Arduino实验一：LED应用实验

一、发光二极管介绍

1.发光二极管

发光二极管简称LED，由镓(Ga)和砷(As)、磷§的化合物组成的二极管，电子与空穴复合时辐射出可见光。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
发光二极管与普通二极管一样都是由一个PN结组成，也具有单向导电性，在二极管加正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

2.工作原理

发光二极管反向击穿电压5V，正向伏安特性曲线陡，使用时一定要串联限流电阻以此控制通过二极管的电流。限流电阻R计算公式： R=(E-VF)/I，其中E是电源电压，VF是LED正向电压降，I是工作电流。一般在5V的逻辑电路中，使用220$\Omega$的电阻作为限流电阻。

3.内部结构与连线

发光二极管的两根连线中较长的一根为正极，连接电源正极。

LED灯连线方法：正向导通，负向截止。具体请查阅其他资料。

二、LED闪烁实验

1.实验器材

1个LED灯，220$\Omega$电阻，面包板及跳线若干，Arduino UNO R3板及USB线。

2.实验连线

3.实验原理

设置数字8引脚为高电平点亮LED灯，延时5s，再设置数字8引脚为低电平熄灭LED灯，延时5s,人的肉眼看到的LED灯每5s闪烁一次，熄灭一次，可以将delay(x)的参数x修改为1000，则闪烁周期变为1s.

4.程序代码

int ledPin=8;
void setup() {
     
  // put your setup code here, to run once:
pinMode(ledPin,OUTPUT);
}

void loop() {
     
  // put your main code here, to run repeatedly:
  digitalWrite(ledPin,HIGH);
  delay(5000);
  digitalWrite(ledPin,LOW);
  delay(5000);
 }

5.实验步骤

打开Arduino IDE，连接板卡的USB线，我是在虚拟机上运行程序的，连接USB线时，会跳出一个弹框，选择虚拟机设备即可，然后，选择你的板卡类型，以及端口。

然后写入你的程序代码，然后编译，编译成功之后，就可以上传，在面包板就可以看到闪烁的LED灯。
注意事项：面包板的连接路线，每一行是通路，每一列不导通，具体看面包板的内部连线结构，这一部分容易失误。

三、LED渐变实验

1.实验器材

LED灯1个，220$\Omega$电阻1个，多彩面包板实验跳线若干。

2.实验连线

将发光二极管通过220$\Omega$电阻连接到数字的第9引脚。

3.实验原理

PWM是使用数字手段模拟输出的手段，使用数字控制产生占空比不同的方波来控制模拟输出。占空比越高，灯的亮度越亮。
输出的电压值是通过通和断的时间进行计算的，计算公式：
输出电压=（接通时间/脉冲时间）$\times$最大电压值
基本参数：

1. 脉冲宽度变化幅度（最小值./最大值）
2. 脉冲周期（1秒内脉冲频率个数的倒数）
3. 电压高度（0-5V）
   PWM接口：6个数字接口：3、5、6、9、10、11。
   
   analogWrite(255)表示100%占空比，analogWrite(127)表示占空比大约为50%。
   注意事项：PWM输出与5,6号端口的时候，会产生比预期过高的占空比。原因是PWM输出使用的内部时钟，millis()与delay()函数也在使用，实际占空比比预期大一点，所以，可能会产生5,6号端口输出无法关闭的信号。

4.程序代码

int brightness=0;
int fadeAmount=5;

void setup() {
     
  pinMode(9,OUTPUT);
}

void loop() {
     
  analogWrite(9,brightness);//把brightness的值写入9号端口

  brightness+=fadeAmount;

  if(brightness==0|brightness==255){
     
    fadeAmount=-fadeAmount;//亮度翻转
  }
  delay(30);//延时30ms
}

5.实验结果

达到预期结果，可以修改fadeAmount的值（每次灯的亮度的渐变值），实验的结果也略微不同。