Arduino練習：呼吸燈

之前利用Arduino板子的數位腳位，以開關的狀態控制LED明滅，這一篇要讓LED變成會呼吸的燈（漸亮、漸暗、漸亮、漸暗、不斷循環），並利用可變電阻控制呼吸燈明滅循環的時間長度。

電路圖（Fritzing格式）與程式原始碼，可在此下載。

呼吸燈：

LED不只能有明滅兩種狀態，我們還可以讓它有最亮、普通亮、不太亮、稍暗、很暗、最暗、等等狀態，Arduino利用所謂的pulse width modulation (PWM)技術，可以做到這點。

雖然數位腳位只能輸出開（5V）、關（0V）兩種狀態，但可以在極短的時間內不斷切換，讓"開"的狀態佔某百分比，達到類比輸出的效果。看看下面這張圖，如果一直都是0V，那就類似於LED滅掉，如果5V狀態佔全部的25%，就等於LED的亮度只有全亮時的四分之一，依此類推。


聽起來好像很難，但用起來很簡單，繼續往下吧。

電路圖如下：

從Arduino板子上的5V腳位、GND腳位，接線到麵包板上。
從Arduino板子的腳位3接到220 ohm電阻、再接到LED的長腳（陽極、正極）、LED的短腳接地。

我們將利用數位腳位3，以PWM控制LED的明亮程度。



注意，每個板子可輸出PWM的腳位有所不同，我用的Uno板，可用腳位有3、5、6、9、10、11。

程式碼：
int brightness = 0;
int fadeAmount = 5;
int delayDuration = 30;

void setup()  {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop()  {
  analogWrite(3, brightness);
  brightness = brightness + fadeAmount;
  if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount ;
  }   

  delay(delayDuration);                           
}
在setup()裡，將腳位3的模式設為OUTPUT。但其實，使用analogWrite()不需要此設定。

在loop()裡，以函式analogWrite()改變LED的明亮程度，第一個參數是腳位，第二個參數是個從0到255的值，在此例裡就會改變LED的亮度，以變數brightness記錄亮度，然後，每執行一次loop()就加上fadeAmount、改變brightness亮度值，若brightness超過了0~255的範圍，就把fadeAmount正變負、負變正，最後，延遲30 milliseconds。

好了，你應該會看到LED從全暗，慢慢逐漸變亮、變成最亮，然後再逐漸變暗，不斷循環。可以修改delay(30)這個數值，調整循環時間。


以可變電阻控制呼吸燈的循環時間：

電路圖如下：

加入一個10k ohm的可變電阻，左腳接5V，右腳接地，中腳交到Arduino板子的A0腳位（類比腳位）。



程式碼：
int brightness = 0;
int fadeAmount = 5;
int delayDuration = 30;

void setup()  {
  pinMode(3, OUTPUT);
}

void loop()  {
  analogWrite(3, brightness);
  brightness = brightness + fadeAmount;
  if (brightness <= 0 || brightness >= 255) {
    fadeAmount = -fadeAmount ;
  }  

  delay(delayDuration);
 
  int potValue = analogRead(A0);
  delayDuration = map(potValue, 0, 1023, 1, 50);
}
多了一個全域變數delayDuration，用來記錄延遲的值。

在loop()裡，以analogRead()讀取類比腳位的值，Arduino裡有類比數位轉換器（analog-to-digital converter），會將這個腳位的電壓轉為0~1023範圍裡的數值。取得後放在potValue，然後，我們利用函式map()將這個數值對應到1~50的區間內。隨著可變電阻的轉動而改變，進而控制呼吸燈的循環時間。


參考資料：

• Arduino官方範例，Examples > Basics > Analog Read Serial，Examples > Analog > Fading，Examples > Analog > Analog In, Out Serial、Examples > Analog > Analog Input。
• Arduino官方網站關於類比腳位（analog pin）的說明文件，函式analogRead()、analogWrite()、map()的說明、PWM的說明。
• Cooper Maa的Arduino教學文章，Lab3 控制 LED 燈光亮度、Lab4 使用可變電阻調光。