玩Arduino — 之全彩LED

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上一次玩了单色的LED，每个小灯泡都只能是一种颜色，今天我们来玩一下全彩的LED。

万物皆可RGB

— 鲁迅

全彩LED的产品无处不在，比如封面的LED灯带，机械键盘的键帽下面，机箱里，以及制造各种情趣。。。情调的氛围灯🙂

什么是RGB?

用过图像编辑软件或者写过UI代码的同学们肯定见过RGB表示的颜色代码，习惯上我们用2位16进制数表示一种颜色的值（即1 byte），取值范围是0–255，按照RGB的顺序排列，比如：

红色：FF0000
绿色：00FF00
蓝色：0000FF
黄色：FFFF00
青色：00FFFF
洋红：FF00FF
白色：FFFFFF

有个在线网站提供RGB颜色合成的效果，感兴趣可以看一下女朋友的口红色号的RGB 💄

全彩LED

全彩的LED顾名思义就是通过控制RGB值来控制LED发出的颜色，通常你看到的全彩LED是长成下面这个样子的。它有4根引脚，最长的一根为阳极VCC或阴极GND，通常为左边的第二根，然后从左到右依次是RGB的控制引脚。

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上图左边的LED所有的LED共用一个阴极，所以是“共阴”的，在RGB引脚里提供的电压越高，对应的颜色亮度越高；依此类推右边那个就是共阳的，在RGB引脚提供的电压越低，对应的颜色亮度越高。

或者可以简单的记住输入端与GND或VCC之间的电压差越大，颜色亮度越高。

实验：红绿蓝黄青洋红白色交替闪烁

实验材料：

Arduino UNO R3 x 1
面包板 x 1
全彩LED x 1
220Ω电阻 x 3
杜邦线若干

电路连线很简单，把Arduino的A0-A2分别连接220Ω的分压电阻，然后分别连接RGB的三个引脚，另外根据“共阳”还是“共阴”决定第二个引脚连接VCC还是GND。

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前面用单色LED玩的时候只用到了Arudino的数字端口（Digital），端口号是0–13，数字端口只能输出低电平（0V）或高电平（5V）。如果要输出0–5V之间的电压，就需要使用模拟端口（Analog），对应的端口号是A0-A5。我们就可以用模拟端口来控制RGB的亮度，从而控制LED显示不同的颜色。
然后开始🐎

// 如果是共阳的LED，取消下一行的注释
// #define COMMON_ANODE

const int redPin = A0; // 红色引脚
const int greenPin = A1; // 绿色引脚
const int bluePin = A2; // 蓝色引脚

void setup() {
}

void loop() {
  setColor(0xff, 0, 0); // 红色
  delay(1000);
  setColor(0, 0xff, 0); // 绿色
  delay(1000);
  setColor(0, 0, 0xff); // 蓝色
  delay(1000);
  setColor(0xff, 0xff, 0); // 黄色
  delay(1000);
  setColor(0, 0xff, 0xff); // 青色
  delay(1000);
  setColor(0xff, 0, 0xff); // 洋红
  delay(1000);
  setColor(0xff, 0xff, 0xff); // 白色
  delay(1000);
}

// 设置LED的颜色
void setColor(int red, int green, int blue)
{
  #ifdef COMMON_ANODE
    red = 255 - red;
    green = 255 - green;
    blue = 255 - blue;
  #endif

  // 设置RGB针脚的电压，有效值0-255，对应0-5V电压
  analogWrite(redPin, red);
  analogWrite(greenPin, green);
  analogWrite(bluePin, blue);  
}

解释一下：

代码默认使用共阴的LED，如果你的LED是共阳的，请取消第2行的注释
模拟端口的使用不需要调用pinMode
写入模拟端口需要使用analogWrite代替digitalWrite，第一个参数是引脚A0-A5，第二个参数是0–255的整数值，对应0–5V电压
setColor函数封装了设置RGB值的代码，有效值0–255，如果为了保证输入的合法性可以使用 constrain函数限制输入值

从软件🐕的角度来看，代码是简单的不能再简单了，反而是电路太麻烦，每个引脚都要外接一个电阻来限制电流或者说分压，而且需要3个引脚来控制颜色。如果要控制3个LED就要，9个电阻，9个引脚。Arduino的模拟口只有6个，岂不是连3个LED灯都控制不了了？摔

如果你注意观察会发现Arduino的数字接口的3，5，6，9，10，11的旁边都有个~符号，下面写着PWM，这些接口可以提供类似模拟端口的功能。

PWM是什么？

PWM = Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制技术，用高低电位的周期变化模仿模拟信号。比如一直输出低电位就可以模拟analogWrite(0)，或者一直高电位模拟analogWrite(255)。analogWrite(64)就是通过25%的周期提供高电位，其余时间低电位，来模拟平均1.25V的电位。以此类推analogWrite(127)就用50%的时间提供高电位，analogWrite(191)就用75%的时间。

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你可以把上面代码里的A0改成3，5，6，9，10，11任意一个试一下，结果是一样。
有了这几个PWM接口，我们就有了12个“模拟信号”接口，控制至多4个LED。那5个LED呢？还有那种LED灯带，上面至少有几十个LED，要怎么控制呢？
很显然，通过增加接口的数量并不是解决这个问题最好的方法，而且手工连接每个LED和电阻显然也不是我们喜欢的方法，如果元件太多了，一块面包板未必能满足你的需求。
这时候就需要购买带有控制芯片的LED灯了，它可以让你用1个PWM接口控制非常多的LED灯，下一次我们来控制一个七彩的LED跑马灯灯带。

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