第98-7课：使用Arduino和5个LED制作走马灯

第98-7课：使用Arduino和5个LED制作走马灯

行走灯（也称为“追逐”灯或“Knight Rider”灯）是经典的 Arduino 入门项目之一——而且理由充分。它教你如何按顺序控制多个输出、如何为事件计时，以及如何考虑限流电阻，同时还能做出视觉上令人满意的效果。在这个项目中，你将把五个 LED 连接到 Arduino，并对它们进行编程，使每个 LED 依次点亮，从而营造出单个灯光沿着这一排“行走”的错觉。

一旦你理解了这个模式，就可以把它重新用于数量惊人的现实世界制作中：

• 装饰照明：用于架子、相框或模型的追逐边框。
• 方向指示器：用于道具车辆或电动自行车的顺序转向灯效果。
• 进度或状态显示：一排 LED 随着过程完成而前进。
• 游戏和记分牌道具：“移动目标”或等级指示器。
• 教学辅助：对数字输出和定时最清晰的演示。

同样的五 LED 接线会在本课程的其他几个项目中重复使用，因此你在这里搭建的硬件会成为一个可复用的平台。

行走灯的工作原理

原理与点亮单个 LED 完全相同——只是重复五次（视频 30:47 处）。每个 LED 都通过各自的限流电阻连接到自己的 Arduino 引脚，并且所有电阻共用一条公共接地轨。然后，程序将一个引脚置为 HIGH，等待，再置为 LOW，等待，然后继续到下一个引脚。因为同一时间只有一个 LED 点亮，所以眼睛会把这一序列理解为运动。

两个时间值赋予了这个效果其特征。点亮时间控制每个 LED 保持点亮多久，熄灭时间控制下一个 LED 点亮前的间隔。短点亮时间配合长熄灭时间会产生一个快速移动的单个光点；长点亮时间配合短熄灭时间会产生更平滑、更连续的扫动效果（视频 35:00 处）。

硬件和元件

• 1 × Arduino 板（Uno、Nano 或类似型号）
• 5 × LED（任意颜色；混用颜色会让效果更容易辨认）
• 5 × 电阻 — 300 Ω 到 1 kΩ 都很合适
• 1 × 面包板
• 跳线
• 用于供电的 USB 线或电池组

如果你之后想添加一个按钮变体，还需要一个瞬时按钮和两根额外的跳线。

选择电阻值

LED 的正向电压约为 2 V，并且需要约 10 mA 才能达到全亮度（视频 03:49 处）。在 5 V 电源下，电阻必须承担剩余的 3 V。应用欧姆定律，R = V / I = 3 V / 0.01 A = 300 Ω。实际上，从 300 Ω 到约 1 kΩ 的任何值都可以——电阻越高，LED 越暗，但电路越安全、越高效（视频 05:33 处）。

接线指南

将五个 LED 插入面包板，使它们的阳极（较长的引脚）朝向同一方向。将每个阴极（较短、侧面平坦的引脚）连接到各自的电阻，并将五个电阻的另一端都连接到公共接地轨。然后从每个阳极引一根跳线到 Arduino 引脚。

在这个制作中，LED 分配到引脚 3、4、5、6 和 7（视频 31:29 处）。引脚编号在程序顶部定义，所以如果你更喜欢不同的安排，只需要更改这五行。

代码说明

这个程序刻意保持简单，以便初学者能够理解每一行。只有最顶部的代码块需要根据自己的设置进行编辑。

const int LED1 = 3;
const int LED2 = 4;
const int LED3 = 5;
const int LED4 = 6;
const int LED5 = 7;
int offTime = 30;  // 每个 LED 在 OFF 状态等待的时间
int onTime = 100;  // 每个 LED 处于 ON 的时间

引脚定义。这五行 const int 将每个 LED 映射到一个物理 Arduino 引脚。由于它们被声明为 const，这些值之后不能在程序中更改——这是一种安全习惯，可防止意外重新赋值。如果你将 LED 接到不同的引脚，只需更改这里的数字，其他都不用改。

onTime 和 offTime。这两个整数是项目中唯一的“行为”变量，也是你会想要试验的变量：

• onTime — 每个 LED 保持点亮的时间（以毫秒为单位）。值越大，每一步感觉越慢、越从容。
• offTime — LED 熄灭后、下一个 LED 点亮前的暂停时间。值越小，灯光移动得越快。

试试 onTime = 200 和 offTime = 200，可以获得均匀、中速的追逐效果；或者 onTime = 30 和 offTime = 30，获得非常快、几乎模糊的效果（视频 36:06 处）。

setup() 函数只运行一次，只是将全部五个引脚设置为 OUTPUT 模式。loop() 函数随后对每个 LED 重复同样的四步模式：将引脚驱动为 HIGH，等待 onTime，将其驱动为 LOW，等待 offTime。当第五个 LED 完成后，循环从第一个重新开始，形成无尽的走动效果。

实时项目与演示

使用默认值时，LED 会以轻松的步伐沿着一排逐步移动。上传将 onTime 和 offTime 设置为 200 ms 的草图，会得到稳定、均匀的行进效果；将两者都降到 30 ms，会让光线几乎快到难以跟上地掠过这一排（视频 36:21 处）。

一旦它工作起来，可以尝试两个有用的实验：

• 让点亮时间短于熄灭时间，以形成明显的移动光点。
• 让点亮时间长于熄灭时间，以形成柔和、重叠的辉光。

同样的五 LED 接线会在下一个项目中复用，在那里按钮会让灯光一次前进一步。该制作内容见 课程 98-8：使用 Arduino 的按钮和 LED 实现走马灯。

如果你想通过模拟输入而不是按钮来驱动这一排 LED，请参见 课程 98-9：使用 Arduino 的 LED 电压电平表，或使用电位器的走马灯。

进一步拓展

一旦基本的走动效果可以工作，下一步自然就是让灯光来回反弹，而不是从最后一个 LED 跳回第一个。这纯粹是代码练习 — 不需要额外硬件 — 也是练习循环和数组的好方法。你还可以将此项目与按钮版本结合起来，构建一个可手动推进的显示装置。

本视频中的相关项目

• 课程 98-1：如何使用 Arduino 打开和关闭 LED
• 课程 98-2：如何使用 Arduino 通过按钮打开和关闭 LED
• 课程 98-3：如何使用 Arduino 通过按钮打开/关闭翻转 LED
• 课程 98-4：使用 Arduino 让 LED 灯渐隐：亮度控制
• 课程 98-5：使用 Arduino 在按下按钮时让灯光渐隐
• 课程 98-6：使用 Arduino 的跷跷板 LED 游戏
• 课程 98-8：使用 Arduino 的按钮和 LED 实现走马灯
• 课程 98-9：使用 Arduino 的 LED 电压电平表，或使用电位器的走马灯
• 课程 98-10：Arduino 交通灯

章节

• [00:00] 十个 LED 项目概述
• [01:22] Arduino 分步课程介绍
• [02:29] 什么是 LED 以及如何识别其引脚
• [03:49] 计算限流电阻
• [30:47] 介绍走马灯项目
• [31:06] 五个 LED 的接线图
• [32:52] 走马灯代码讲解
• [34:39] 演示并更改定时值
• [36:41] 使用按钮推进灯光（单独教程）
• [42:25] 使用电位器的 LED 电压条（单独教程）
• [49:25] Arduino 交通灯（单独教程）

图像

wiring of 5 LED on Arduino

Schematic for Arduino walking light LEDs

Schematic for Arduino walking light LEDs with push button

面包板上5个LED与电阻连接到Arduino UNO

wiring of 5 LED on Arduino

Schematic for Arduino walking light LEDs

Schematic for Arduino walking light LEDs with push button

面包板上5个LED与电阻连接到Arduino UNO

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