友情提示：380元/半年，儿童学编程，就上码丁实验室。
前面了解开关方式，但怎么调节 LED 的亮度？调节亮度方式很多，在 Arduino 的应用中，最常见的控制方式是PWM （脉冲宽度调制）。
其实，不仅 LED 亮度，3D打印机和机器人伺服电机、遥控设备的舵机等都是通过 PWM 来控制。因此，PWM是灵活运用 Arduino 必备技能。
先简单介绍一下什么是 PWM。维基百科的解释是“利用电压或电流会通/断方式，将重复脉冲序列加载到模拟负载上。”听起来很复杂，其实就是周期性开启/关闭 LED，从而向 LED 输出不同的功率。因为人眼对亮度的感知是一个累积过程， 亮的时间在整个周期中，所占得比例越大，人眼感觉越亮。
第一个实验很简单，一个LED就可以完成：
我们设计一个简单的程序，让 LED 暗亮循环，呈现呼吸灯效果：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
|
/*
作者：Ardui.Co
效果：LED 暗亮循环
版本：1.0
更新时间：2017年1月6日
*/
intLight=9;//定义 9 号数字端口为外接 LED 接口，须有 PWM 标记的端口
intn=0;//初始化LED亮度为0
voidsetup(){
pinMode(Light,OUTPUT);
}
voidloop(){
for(n;n<=255;n++)
{
analogWrite(Light,n);
delay(10);
}
for(n;n>=0;n–)
{
analogWrite(Light,n);
delay(10);
}
}
|
注意，Andruino Uno 提供 6 个 PWM 信号端口，在开发板上都有特殊标记（一般是 # 或者 ~），要使用 PWM 必须要用这些端口。同时，PWM 输出范围为0 – 255 级。
呼吸灯的效果不错，但是没有人机交互，怎样才能自由地控制 LED 亮度？现在加入两个按钮，接线图如下：
我们要读取两个按钮的状态，将数字端口10、11设置为 INPUT 状态，按下去触发高电平，增/减亮度：
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
|
/*
作者：Ardui.Co
效果：按钮控制 LED 亮度
版本：1.0
更新时间：2017年1月6日
*/
intLight=9;
intn=0;
voidsetup()
{
pinMode(Light,OUTPUT);
pinMode(10,INPUT);
pinMode(11,INPUT);
}
voidloop()
{
intup=digitalRead(10); //读取10号口的状态
intdown=digitalRead(11); //读取11号口的状态
if(up==HIGH) //判断10号口目前是否是高电平
{
n=n+10; //以10为间隔，增加亮度
if(n>=255){
n=255;//限定最大值为255
}
analogWrite(Light,n); // 使用PWM控制9号口输出，n 取值在0-255之间
delay(100);//防抖
}
if(down==HIGH) //降低亮度
{
n=n-10;
if(n<=0){
n=0;
}
analogWrite(Light,n);
delay(100);
}
}
|
analogWrite() 利用数字端口输出了一个模拟量。但Arduino 的数字端口，只有高/低电平两种信号输出，应该怎么理解这个模拟量的含意和机制呢？首先要弄清按下按钮时，9号数字端口发生了什么，同时要进一步理解PWM：
按下按钮，即 n 增加或减少后，用万用表测量一下 9号数字端口的变化：
按下按钮时，频率不变、电压在变，PWM 的占空比也在变。占空比（注意视频中，万用表是“空占比”，即占空比的倒数，日常多用“占空比”）就是开启和关闭之间的时间比值：
占空比 = τ / T
当 n = 255 时，占空比为 100% 以上，处于完全开启状态（τ = T）；当 n = 0时，占空比为 0% ，处于完全关闭的状态（τ = 0）；当 n = 64 时，占空比 = 25%；当 n = 127 时，占空比 = 50%；当 n = 191 时，占空比 = 75%。如下图：
其实，输出不同的占空比，可以理解为输出 0 ~ 5V 之间的电压来调节LED的亮度。虽然你在视频看到就这样，但这不完全正确，后面的课程会继续深入介绍 PWM 的原理。
另外，有没有注意到，LED 在较暗亮度下是否感到了闪烁？现实中，一些显示器采用 PWM 控制的 LED 背光，亮度调到最低时，也有这种频闪效应。
因为PWM 控制亮度的原理是 “亮-灭-亮-灭” 过程，频率低，占空比小，LED 单个周期内关闭的绝对时间就长，实际上，就是可见光在对眼睛进行一个频率的闪烁冲击。PWM频率越低，人眼对冲击的感知越高；反之，频率越高，对冲击的感知越低。
Arduino Uno 6个 PWM 端口分别提供了两种频率，5、6号端口为980Hz，其他均为490Hz 。如果我们采用5号端口控制LED，会降低频闪的感觉。