第2课 科创（chuàng）板（bǎn）-灯光呼（hū）吸

1、了（le）解PWM原理；

2、利（lì）用PWM控制灯亮度；

3、通（tōng）过编程制作呼吸灯（dēng）。

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PWM原（yuán）理（lǐ）——Science

PWM又称脉冲宽度调制，就是改变脉冲宽度来实现对（duì）对象（xiàng）的控制，达到预期的效果。

我们先来看三组（zǔ）不同的脉冲信（xìn）号，如下图所示（shì）：

这是一个周期（qī）是10ms的波形图，但是在（zài）每个周期内，高低电平的脉冲宽度各不相同，这就是PWM的本（běn）质（zhì）。在这里大家要记住一（yī）个概念，叫做“占空比”，占空比是指（zhǐ）在一个周期内，高电平的时间占整个周期的比例。比如第一部分波形的占空比是40%，第二部分波形占空比是60%，第三部分（fèn）波形占空比是80%，这就是PWM原理。

那（nà）为何它能对（duì）模拟电（diàn）路进行控制呢？在数字电路（lù）里（lǐ），只有0和1两种（zhǒng）状态，比如点亮LED灯的（de）程（chéng）序，当我（wǒ）们在控制程序里面写“1”时，灯就会点亮（liàng），写“0”时，灯就会灭掉（diào）。我们让“1”和“0”间隔运（yùn）行，灯就会闪（shǎn）烁。如果我们把这个间隔不断的减小（xiǎo），减小到我（wǒ）们的肉眼分（fèn）辨不（bú）出（chū）来，这时候灯表现出（chū）来的现象（xiàng）就是保持亮的（de）状态，但亮度又（yòu）没有“1”时的亮度高。明白了这个原（yuán）理（lǐ），那么我们就可以通过调节灯亮的时间与整个周期的比例来调节灯的亮度了（le）。

二、试验与（yǔ）科学——Technology and Math

1、利用PWM控制灯的（de）亮度

认识“数字”代码块

“数字”代码块位于（yú）“数学”模块中（zhōng），它表示的是一个特定的数字。

认识“赋值（zhí）”代码块

“赋（fù）值”代码块位于“变（biàn）量”模块中，它的作用是定义一个变量，并给这个变量一个特定值。

设置一个变量“i”，i的取值空（kōng）间是0到10，周期为10。

i/10就是（shì）它的占空比，将（jiāng）i依次从0到10写入（rù）程序并下载到科创板，体验下不（bú）同（tóng）占（zhàn）空比时LED灯的亮度变化。

大家已（yǐ）经（jīng）做（zuò）完试验了，想必大（dà）家会有这（zhè）样的疑问，当i=0时，管脚27为高电平，0秒后（hòu）为低电平，10毫秒后再变为高电平，如此循环，理论上等应该（gāi）是灭的，为什么还稍微有（yǒu）点暗红（hóng）色呢？

这（zhè）是因为处理器在执行程序（xù）时本来就需要时间的，在执行这段代码时首先（xiān）执行了管脚27高电（diàn）平（红灯亮），延时0毫秒，再执（zhí）行管脚27低电平（红（hóng）灯（dēng）灭），这个过（guò）程需要执行3个程（chéng）序块，另外（wài）在硬件电路里往往有（yǒu）震荡出现，电流（liú）不是马（mǎ）上消失的（de）。

2、初尝呼吸灯

认（rèn）识“对“range”中的（de）每个项目”代（dài）码（mǎ）块（For循环）

“对“range”中的每个（gè）项目”代（dài）码块（kuài）位于“控制”模块分类中，表示从起（qǐ）始数到终（zhōng）止数中取（qǔ）出固定步长（zhǎng）的变量，并执行（háng）接口中的程序。

呼（hū）吸灯是指灯光在（zài）控制下完成由暗（àn）到亮，再（zài）由亮（liàng）到暗的逐渐变化，感觉好像是人在呼吸。

让灯光从暗到亮的逐（zhú）渐（jiàn）变化过程，可以转化成（chéng）高（gāo）电平持（chí）续时间在固定周期中的比例逐渐升高的过程，即（jí）占（zhàn）空（kōng）比从0~1的过（guò）程（chéng）。

上图所（suǒ）示程（chéng）序中， “range”模块（kuài）执行完要（yào）100次，执行一（yī）次周期10000微秒，即10毫（háo）秒。执行完（wán）整个“range”模块需要（yào）100*10毫秒，即1秒。此（cǐ）为占空比从0/10000~10000/10000的（de）LED灯。

我们已（yǐ）经实（shí）现（xiàn）了LED灯由暗到亮的逐渐变化过程，同（tóng）理（lǐ）可以写出LED灯由亮到按的（de）逐渐变化过程。将两个程序块放到一（yī）起，就可（kě）以组成一个完整的呼吸灯了。

3、优化呼吸灯（dēng）

认识“初始化（huà）PWM模拟输出”代码块（kuài）以及（jí）“PWM模拟输出（chū）赋值”代码块

两（liǎng）个代码（mǎ）块均位于“输入\输出（chū）”模块中。其中（zhōng）“初（chū）始（shǐ）化PWM模拟输（shū）出”代码块作用为初始（shǐ）化指定管脚的（de）PWM模拟输（shū）出值； “PWM模拟输出赋（fù）值”代码块作用为将指定PWM管脚赋（fù）值为特定值（0或1）。

此前PWM的原理以及应用，我们已经（jīng）学会（huì）了（le）。但（dàn）是我们还有更（gèng）简单的程序应用，那就是用我们科创板自带（dài）的PWM模块。

科创板自带PWM的赋值范围为（wéi）0~1023，即占空比从0到1。

板载PWM呼吸灯（dēng）程序：

执行以上程序，就可以点亮板载四个绿色呼吸灯了。

三（sān）、延（yán）伸与扩展（zhǎn）——Arts

想一（yī）想，能不能设计一（yī）款（kuǎn）流（liú）水呼（hū）吸灯呢，怎样去实（shí）现（xiàn）？

请以小组的形式进（jìn）行合作，尝试让（ràng）多彩（cǎi）LED灯的三色灯（dēng）光轮（lún）流完成一个呼吸灯流程。

设计要求：

（能够（gòu）让多彩LED灯交依次完成一个呼吸灯（dēng）流程；

（保证控（kòng）制方式安全可靠。