使用PWM或脈沖寬度調制管理LED亮度和RGB LED顏色

描述

這個項目基本上是一個關于使用 PWM 或脈沖寬度調制管理 LED 亮度和 RGB LED 顏色的教程。

在第一節中，我們將介紹 PWM 的基礎知識以及它如何與 Arduinos 一起使用。在第 ll 節中，我們將討論單色 LED 的平滑調光，這需要線性變化 PWM 以外的東西，在第 lll 節中，我們將著眼于創建顏色，以及管理 RGB LED 產生的彩虹色。

為了讓這個項目更有趣，我使用了“假霓虹燈”——來自 Adafruit 的邊緣照明 LED 燈條，特別是沒有 Neopixel 功能的 1 米 RGB 版本。但實際上，要嘗試我們在這里討論的所有內容，您真正需要的只是任何普通陽極 RGB LED。

第 l 部分 - PWM 基礎知識

脈沖寬度調制是在高輸出和低輸出之間快速切換數字輸出引腳的過程。輸出處于高電平狀態的時間百分比稱為占空比。

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如果我們使用 PWM 為 LED 供電，則占空比平均反映了我們為其提供的最大功率的百分比。如果我們打開和關閉電源的頻率足夠高，LED 的輸出將平均顯示為其最大輸出乘以占空比。為了讓人眼看到 LED 持續亮起而不是閃爍，PWM 頻率需要至少為 100 Hz。

所有 Arduinos 都有幾個能夠進行 PWM 的數字輸出引腳。它們以 490 或 980 Hz 的頻率運行。對于我們在這個項目中使用的 Nano，具有 PWM 功能的數字引腳是 3、5、6、9、10 和 11。在我們所有的示例中，我們都使用引腳 3（藍色 LED）、引腳 5（紅色 LED）和引腳 6（綠色 LED）。

使用 DigitalWrite(DutyCycle) 指令為 Arduino 指定 PWM 輸出。占空比使用 0 到 255 之間的 8 位值指定，其中 0 是 0% 占空比，255 是 100% 占空比。

第 ll 部分 - 調光 LED

LED 的能量輸出及其發出的光的流明大致與 PWM 占空比成正比。

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上圖顯示了我們的貓在藍色背景下的白色輪廓。

類似霓虹燈的邊緣發光 LED 燈條是普通陽極，旨在由 12 伏特供電。Adafruit 正確地指出它們僅需 9 伏就足夠亮了。該條帶內置電流限制，使用串聯和并聯配置的 LED 組合。

要使用 PWM 控制它，我們需要我們的 PWM 信號來驅動 NPN 晶體管的基極，因為整個條帶吸收的電流比我們的 Arduino 數字引腳可以吸收的電流多得多。我使用了 2N2222 晶體管，但幾乎任何 NPN 晶體管都應該可以工作。

為了將這些條帶的亮度降低到我可以拍攝的程度，我不得不在晶體管的基極輸入端使用 500K 歐姆電位器，將晶體管變成恒流源，除了作為 PWM 的開關。使用這種恒定電流方法，您可以在下面看到條帶的實際外觀。

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。然而，除非你打算嘗試拍攝這些條帶，否則你可以用任何 100-1K 歐姆電阻器替換 500K 歐姆電位器，這將提供足夠的基極驅動使我們的晶體管處于飽和模式（即當 PWM 為高時完全打開）。