Arduino 筆記 - Lab3 控制 LED 燈光亮度

實驗目的

利用 PWM (Pulse Width Modulation, 脈衝寬度調變) 控制 LED 燈光亮度。

材料

• Arduino 主板 x 1
• LED x 1
• 220 ohm 電阻 x 1
• 單心線 x N

接線

• LED 接到 pin9 和 GND，長腳(陽極)串接一顆 220 ohm 電阻到 pin9，短腳(陰極)直接接到 GND

電路圖

程式碼

Fading.pde

 

編譯這支程式，然後上傳到 Arduino 板子上，過數秒後，就會看到 LED 燈光不斷地改變亮度，一下子漸亮，一下漸暗。

說明：

• L01: brightness 變數用來保存目前的燈光亮度
• L02: fadeAmount 變數用來設定每一次燈光亮度的調整值
• L06: 宣告 pin9 為 output pin, LED 接在 pin9 上
• L11: 使用 analogWrite(9, brightness) 設定 pin9 上的 LED 燈光亮度
• L14: 調整下一次的燈光亮度
• L17~L19: 改變 fadeAmount 燈光亮度調整值，假如 brightness 已達到最亮(255)，就將 fadeAmount 改成 -5，讓燈光下一次的變化改成漸漸變暗，假如 brightness 已達到最暗(0)，就將 fadeAmount 改回 +5，讓燈光下一次的變化改成漸漸變亮。
• L21: 延遲 30ms，這樣肉眼才能看得到 LED 調光的效果

範例照片／影片

Youtube 上正好有段示範利用 PWM 控制 LED 燈光亮度的影片，我們來看看他的示範：

PWM 原理簡介

數位輸出可以控制訊號的開跟關，開意味著通電，關意味著斷電，如果我們能夠進一步通電的時間比例，就能讓類比輸出產生變化，例如 LED 燈光通電時間為 50%，就可以控制 LED 讓它只有 50% 的亮度，如果把通電時間比例改為 25%，就可以控制 LED 讓它只有 25% 的亮度。這個方法稱為 PWM (Pulse Width Modulation)脈衝寬度調變，PWM 是一個利用數位訊號來控制類比輸出的技術，常用於蜂鳴器、電熱器、馬達或風扇轉速、燈光亮度等的控制。

下圖中，垂直的綠線代表一個規律的時間週期，在 Arduino 中，每個週期是 2ms (PWM 頻率為 500Hz)。analogWrite() 的參數值範圍介於 0 到 255 之間，analogWrite(255) 代表產生 100% duty cyle 的輸出(一直通電)，而 analogWrite(127) 則是產生 50% duty cycle 的輸出(一半的時間通電，一半的時間斷電)。

Duty Cycle 為每一個週期通電(on) 的時間比例。

你可能會納悶，一直開開關關的 ，LED 會不會閃爍讓眼睛不舒服？答案是不會的，因為開關的頻率很快，肉眼是看不出 LED 有在閃爍的。

動動腦

1. 如何加快或放慢 LED 亮度變化的速度？(提示：delay() 函式)
2. 改用 pin9 以外的其它 PWM 腳位
3. 多接幾顆 LED，讓每顆 LED 使用不同的速率改變亮度

參考資料

• PWM