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单片机很好玩3,制作一个呼吸灯

单片机 lcc 329℃ 0评论

上一节为了解决单片机 IO 电流驱动能力不足,导致 LED 小灯亮度不高的问题,借助了三极管。单片机的 IO 通过三极管开关 LED 小灯的电流,最后的确明显让小灯的亮度更高了。

使用电路模拟软件

还记得上一节的这张图吗?

这个是我手绘的原理图,看着很丑。我还记得一年前发现了一款比较轻量级的模拟软件,非常好用,所以今天又找出来了,推荐初学者使用。现在将上面的原理图画出:

画好原理图后,就可以模拟了。

现在将开关拨向高电平,模拟单片机 IO 输出高电平,可以看出此时 LED 小灯的阳极电压只有 54.64 mV,这显然不能驱动LED小灯,所以小灯没有亮。现在再将开关拨向地:

此时,LED 小灯的阳极电压达到 4.83V,所以小灯亮起来了。

虽然不能迷信模拟软件,但是它(DesignSoft Tina 9 – Industrial)的确是一个不错的参考,尤其对于和我一样的初学者朋友来说。

使用C语言制作呼吸灯

现在既然 LED 小灯足够亮,那么就能做些更好玩的东西了。相信不少朋友使用过带“呼吸灯”的手机,指示灯慢慢的变暗,再慢慢的变亮,看起来就跟动物呼吸一样,所以称为“呼吸灯”。

那么,它是怎么实现的呢?我们的使用的普通 LED 小灯也能实现吗?当然是可以的,纯硬件电路就不说了,这里主要介绍下如何使用 C语言编程控制单片机实现“呼吸灯”。

C语言控制小灯亮度

“呼吸灯”其实就是小灯的亮度是逐渐变化的。也就是说,只要能够使用单片机控制我们的 LED 小灯的亮度,“呼吸灯”效果也就实现了。

上一节使用 C语言控制单片机 IO 交替输出高低电平,实现了 LED 小灯的闪烁效果,核心代码如下:

 while(1){
        P20 = 0;
        delay(10);
        P20 = 1;
        delay(10);
    }

IO 输出的高低电平持续时间都是 10 个单位,一个完整的周期内,LED 小灯的亮灭时间都是相等的。那么,现在有下面这两种情况:

  • 一个周期内,LED 小灯亮的时间比灭的时间持续时间长。
  • 一个周期内,LED 小灯亮的时间比灭的时间持续时间短。

想象一下,哪种情况下的小灯更亮呢?答案是显而易见的,所以使用 C语言编程单片机控制小灯亮度的思路就有了,就是控制一个周期内,LED 小灯的亮灭持续时间长短而已。如此一来,假设一个亮灭周期为 100 个时间单位,就可以写出下面这个函数:

void twinkle_once(unsigned char darkTime)
{
    P20 = 0;
    delay(100-darkTime);
    P20 = 1;
    delay(darkTime);
}

现在在 main 函数里测试一下该函数,分两次,一次传入的参数为 10,一次为 90:

int main()
{
    while(1){
        twinkle_once(10);   // 分别测试
        //twinkle_once(90);     // 分别测试
    }
    return 0;
}

可以看出,twinkle_once() 函数的确会因为参数不同,驱动小灯的亮度也不同。

实现“呼吸灯”

既然已经能够使用 C语言编程单片机控制 LED 小灯的亮度,实现“呼吸灯”就不难了。只要传递给 twinkle_once() 函数的参数由小变大,再有大变小就可以了。所以可以写出如下控制代码,请看:

int main()
{
    char darkTime = 0, dir = 1;
    unsigned int cnt = 0;
    while(1){

        cnt ++;
        twinkle_once(darkTime);
        if(cnt == 4){
            cnt = 0;
            if(dir)
                darkTime += 1;
            else
                darkTime -= 1;

            if(darkTime >= 100)
                dir = 0;
            if(darkTime <= 60)
                dir = 1;
        }
    }
}

最终完整代码如下:

变量 cnt 可以控制“呼吸灯”的呼吸节奏,cnt 越小,呼吸速度越快,反之呼吸速度越快。变量 dir 决定小灯是逐渐变暗还是逐渐变亮。编译,烧写程序到单片机,还是按照上一节一样连线,最终可以得到如下效果:

能够看出, twinkle_once() 函数控制 LED 小灯的亮度并不是线性的,所以呼吸灯的“呼吸”效果并不是特别好。因此,更理想的做法不应该只是简单加减 1 修改 darkTime ,而是按照 LED 小灯的响应曲线修改之。限于篇幅,这里就不写了。


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