第98-4課：用Arduino令LED燈漸變：亮度控制

第98-4課：用Arduino令LED燈漸變：亮度控制

LED 周圍都係 — 指示燈、顯示屏、裝飾燈光 — 但大部分初學者都係止步於簡單咁開同閂。呢個項目會行多一步：用 Arduino 內置嘅 PWM（脈衝寬度調變）功能，令 LED 平滑咁漸光漸暗。唔係硬梆梆咁閃，而係亮度慢慢升起同落下，模仿自然嘅調光、呼吸效果，同埋由一個純數位引腳做出類似類比嘅控制。呢個係最令人滿足嘅入門項目之一，因為你可以即刻見到結果，而且同樣嘅技術係真實產品入面支撐住摩打速度控制、音量同背光調光。

一旦你明白咗漸變，你就可以將佢應用喺各式各樣嘅實用製作上面：

• 喺裝置上面整一個「呼吸」狀態指示燈，溫柔咁脈動，而唔係刺眼咁閃
• 根據環境光或者一日嘅時間，自動調暗 LED 夜燈
• 控制 LCD 或者 OLED 顯示屏背光嘅亮度
• 整氣氛燈或者裝飾燈，喺唔同亮度之間平滑過渡
• 模擬一個慢速日出鬧鐘，逐漸變光咁自然喚醒你
• 為小型直流摩打或者風扇加入速度控制（同樣嘅 PWM 原理適用）

呢個教學係 Robojax Arduino 一步一步課程嘅一部分，專門涵蓋 10 個項目入面嘅第 4 個：用 Arduino 令 LED 燈漸變。完整程式可以喺文章下面下載。

硬件同組件

呢個項目嘅零件清單好簡單 — 如果你之前做過任何 Arduino 嘢，你大概已經有齊所有需要嘅嘢：

• 1× Arduino 板（Uno、Nano、Mega，或者任何兼容板）
• 1× LED（5mm 或者 3mm，任何顏色）
• 1× 電阻（200Ω 到 1000Ω — 300Ω 到 1kΩ 範圍都好好用）
• 麵包板同杜邦跳線
• 用嚟編程同供電嘅 USB 線

關於 LED 有一個重要提示：長腳係陽極（正極），短腳 — 或者塑膠外殼有平邊嗰邊 — 係陰極（負極）。掉轉咗嘅話，LED 就唔會著，所以通電之前要再檢查一次。

至於電阻值，影片喺 （影片 03:49 位置） 度計咗條數：一粒典型 LED 大約降 2V，需要大概 10mA 電流。用 5V 供電，剩低嘅 3V 就要降喺電阻上面，得出 R = V/I = 3V / 0.01A = 300Ω。實際上，300Ω 到 1000Ω 都冇問題 — 數值越高，LED 就越暗。對於漸變嚟講，呢個其實冇所謂，因為你點都係喺度改變亮度。

接線指南

接線簡單到不能再簡單。LED 嘅陽極透過電阻連接到 Arduino 上面一個支援 PWM 嘅引腳 — 喺呢個項目入面係引腳 3。陰極就連接到地。

點解特別係引腳 3？因為唔係所有 Arduino 引腳都支援 PWM。喺大部分 Arduino 板上面，支援 PWM 嘅引腳會用波浪號符號（~）標示 — Uno 上面通常係引腳 3、5、6、9、10 同 11。如果你用一個唔支援 PWM 嘅引腳，analogWrite() 就唔會產生可變輸出；LED 只會係開或者閂。

跟住以下步驟連接電路：

1. 將 LED 插入麵包板，留意邊隻腳係陽極（長啲）同邊隻係陰極（短啲／平邊嗰邊）。
2. 將 LED 嘅陽極透過電阻連接到 Arduino 引腳 3。
3. 將 LED 嘅陰極連接到 Arduino 嘅 GND 引腳。
4. 用 USB 將 Arduino 插落你部電腦。

程式碼解釋

呢個項目嘅 sketch 係基於經典嘅 Arduino「Fade」範例，加咗少少調整。與其逐行解釋，不如集中講吓你自己做實驗嗰陣想調整嘅部分。

用家可配置變數

喺程式碼頂部，有三個變數控制住成個行為：

int led = 3;           // the PWM pin the LED is attached to
int brightness = 0;    // how bright the LED is
int fadeAmount = 3;    // how many points to fade the LED by

• led — 呢個定義咗 LED 連喺邊個引腳。預設係引腳 3，但你可以改做任何支援 PWM 嘅引腳（喺你塊板上面有 ~ 標記嗰啲）。如果你將 LED 搬去第二個引腳，就要更新呢個值嚟配合。
• brightness — 呢個係目前嘅亮度等級，由 0（熄咗）到 255（最光）。程式碼由 0 開始，但你可以由呢個範圍入面任何一個值開始。
• fadeAmount — 呢個係最有趣嘅一個。佢控制每個循環會行幾多個亮度「級」。好似 3 咁細嘅值會產生緩慢、漸進嘅淡出淡入。好似 20 咁大嘅值就會令 LED 好快咁淡入淡出。影片喺 （影片 22:37） 示範咗呢個 — 由 5 改到 20 會大幅加快個效果。

淡出淡入係點運作嘅

淡出淡入嘅核心係喺 loop() 入面兩行：

analogWrite(led, brightness);
brightness = brightness + fadeAmount;

每次行過個循環，目前嘅亮度值就會用 analogWrite() 寫入 LED，然後亮度就會加 fadeAmount。analogWrite() 函數用 PWM 嚟模擬類比電壓 — 佢會快速咁開關個引腳，而開同關嘅時間比例就決定咗感受到嘅亮度。

當亮度去到 0 或者 255，程式碼就會透過反轉 fadeAmount 嘅正負號嚟改變方向：

if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {
  fadeAmount = -fadeAmount;
}

呢個就係令 LED 淡入、然後淡出、然後再淡入嘅原因 — 一個連續嘅呼吸循環。循環尾嘅 delay(30) 控制咗成個動畫嘅速度。延遲越短，淡出淡入越快；延遲越長，就越慢。

試吓唔同嘅值

有兩個變數可以令你最大程度咁控制視覺效果：

• 增加 fadeAmount 就會有更快、更戲劇性嘅淡出淡入。試吓 10 或者 20。
• 減少 fadeAmount 就會有緩慢、柔和嘅呼吸效果。試吓 1 或者 2。
• 調整 delay() 嘅值 嚟改變節奏。延遲越短，成個循環越快；延遲越長，就拉得越長。

將細嘅 fadeAmount 同短嘅延遲結合，會產生極之順滑、幾乎好似有機咁嘅淡出淡入 — 非常適合環境照明。大嘅 fadeAmount 同短嘅延遲就會產生快速脈衝效果。

即時專案示範

程式碼上傳之後，你就會見到 LED 由熄咗慢慢變光到最光，然後再變暗，不斷重複。影片喺 （影片 22:25） 展示咗預設行為 — 一個順滑、中等速度嘅淡出淡入。

當 fadeAmount 改到 20，LED 就會好快咁淡入淡出 — 幾乎好似閃爍咁。當設定到 3，淡出淡入就會明顯耐啲，產生一個放鬆、漸進嘅過渡。影片喺 （影片 23:02） 清楚示範咗呢個。

呢個專案嘅美妙之處係你可以即時見到程式碼改動嘅效果 — 唔需要改接線，只需要編輯變數再重新上傳。呢個緊密嘅反饋循環令佢成為建立 PWM 同時間控制點互動嘅直覺嘅絕佳方法。

如果你想進一步用按鈕嚟觸發淡出淡入，而唔係俾佢不斷咁行，呢個喺另一個教學入面有講 — 睇吓下面嘅相關專案部分。

呢條影片嘅相關專案

• 第 98-1 課：點樣用 Arduino 開關 LED
• 第 98-2 課：點樣用按鈕同 Arduino 開關 LED
• 第 98-3 課：點樣用按鈕同 Arduino 開關一個切換式 LED
• 第 98-5 課：用 Arduino 喺撳掣時淡出淡入燈光
• 第 98-6 課：用 Arduino 玩蹺蹺板 LED 遊戲
• 第 98-7 課：用 Arduino 同 5 粒 LED 整走馬燈
• 第 98-8 課：用按鈕同 LED 同 Arduino 整走馬燈
• 第 98-9 課：用 Arduino 整 LED 電壓電平錶或者用電位器整走馬燈
• 第 98-10 課：Arduino 交通燈

章節

• [00:00] 10 個 Arduino LED 專案概覽
• [01:22] 課程同所需零件介紹
• [02:29] 認識 LED：符號、極性同類型
• [03:49] 用歐姆定律計算 LED 電阻值
• [05:53] 專案 1：開關 LED
• [12:43] 專案 2：用按鈕控制 LED
• [17:13] 專案 3：用按鈕切換 LED
• [20:12] 專案 4：LED 淡出淡入 — 程式碼講解
• [22:25] 淡出淡入示範同調整淡出淡入速度
• [23:20] 專案 5：用按鈕觸發 LED 淡出淡入
• [27:32] 專案 6：蹺蹺板 LED 效果
• [30:47] 專案 7：用 5 粒 LED 整走馬燈
• [36:41] 專案 8：用按鈕控制走馬燈
• [42:25] 專案 9：用電位器整 LED 電壓電平錶
• [49:25] 專案 10：Arduino 交通燈

圖片

Arduino wiring for LED with resistor

Arduino schematic for LED

Arduino wiring for two LEDs see saw

Arduino schematic for two LEDs see saw

LED-5mm-green

330_ohm_resistor

Arduino wiring for LED with resistor

Arduino schematic for LED

Arduino wiring for two LEDs see saw

Arduino schematic for two LEDs see saw

LED-5mm-green

330_ohm_resistor

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