第2课呼吸灯#

2.1 项目介绍#

在之前的研究中，我们知道LED有亮/灭状态，那么如何进入中间状态呢?如何输出一个中间状态让LED“半亮”?这就是我们将要学习的。呼吸灯，即LED由灭到亮，再由亮到灭，就像“呼吸”一样。那么，如何控制LED的亮度呢?我们将使用ESP32的PWM来实现这个目标。

2.2 模块相关资料#

工作电压:	DC 3.3-5V
工作电流：	20mA
最大功率：	0.1W
控制接口:	数字口（数字输入）
工作温度：	-10°C ~ +50°C
LED显示颜色：	黄色

2.3 元件知识#

Analog & Digital

模拟信号在时间和数值上都是连续的信号。相反，数字信号或离散时间信号是由一系列数字组成的时间序列。生活中的大多数信号都是模拟信号。一个熟悉的模拟信号的例子是，全天的温度是如何不断变化的，而不是突然从0到10的瞬间变化。然而，数字信号的值可以瞬间改变。这个变化用数字表示为1和0(二进制代码的基础)。如下图所示，我们可以更容易地看出它们的差异。

在实际应用中，我们经常使用二进制作为数字信号，即一系列的0和1。由于二进制信号只有两个值(0或1)，因此具有很大的稳定性和可靠性。最后，可以将模拟信号和数字信号相互转换。

PWM：

脉宽调制(PWM)是一种利用数字信号控制模拟电路的有效方法。普通处理器不能直接输出模拟信号。PWM技术使这种转换(将数字信号转换为模拟信号)非常方便。PWM技术利用数字引脚发送一定频率的方波，即高电平和低电平的输出，交替持续一段时间。每一组高电平和低电平的总时间一般是固定的，称为周期(注:周期的倒数是频率)。高电平输出的时间通常称为脉宽，占空比是脉宽(PW)与波形总周期(T)之比的百分比。高电平输出持续时间越长，占空比越长，模拟信号中相应的电压也就越高。下图显示了对应于脉冲宽度0%-100%的模拟信号电压在0V-3.3V(高电平为3.3V)之间的变化情况.

PWM占空比越长，输出功率越高。既然我们了解了这种关系，我们就可以用PWM来控制LED的亮度或直流电机的速度等等。从上面可以看出，PWM并不是真实的模拟信号，电压的有效值等于相应的模拟信号。因此，我们可以控制LED和其他输出模块的输出功率，以达到不同的效果。

ESP32 与 PWM

在ESP32上，LEDC(PWM)控制器有16个独立通道，每个通道可以独立控制频率，占空比，甚至精度。与传统的PWM引脚不同，ESP32的PWM输出引脚是可配置的，每个通道有一个或多个PWM输出引脚。最大频率与比特精度的关系如下公式所示：

其中比特的最大值为31。例如,生成PWM的8位精度(2的8次方 = 256。取值范围为0 ~ 255)，最大频率为80,000,000/255 = 312,500Hz。)

2.4 实验组件#


ESP32 Plus主板 *1	黄色LED模块 *1	3P线 *1	USB线 *1

2.5 模块接线图#

黄色LED的控制引脚：

黄色LED灯（S引脚）io12

⚠️ 特别注意：智能家居已经组装好了，这里不需要把LED模块拆下来又重新组装和接线，这里再次提供接线图，是为了方便您编写代码！

2.6 实验代码#

/*  
 * 项目: breath_led
 * 描述: LED渐亮渐暗,实现呼吸灯的效果
 * 编译IDE：ARDUINO IDE
 * 作者: http//www.keyes-robot.com
*/
#include <Arduino.h>
#define led_y 12    // 定义LED引脚

void setup()
{
  pinMode(led_y, OUTPUT);  // 设置引脚为输出模式
}

void loop()
{
  for(int i = 0; i < 255; i++)  // For循环：增加变量i到255
  {
    analogWrite(led_y, i);  // PWM输出控制LED亮度
    delay(3);
  }
  
  for(int i = 255; i > 0; i--)  // For循环：递减变量i到0
  {
    analogWrite(led_y, i);
    delay(3);
  }
}

2.7 实验结果#

按照接线图接好线，外接电源，选择好正确的开发板板型（ESP32 Dev Module）和适当的串口端口（COMxx），然后单击按钮上传示例代码至ESP32主控板。示例代码上传成功后，可以看到黄色LED灯渐亮渐暗，似乎在呼吸。

2.8 代码说明#

pinMode(LED, OUTPUT);	设置引脚为输出模式
int i = 0; 255; i ++	i从0到255，每次加1
analogWrite (led_y, i);	Led_y为PWM口，i是要输出的PWM值（0~255）

第2课 呼吸灯

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