PWM实现“流星雨”效果
1、不同频率LED灯闪烁
接下来我们以下面LED灯的闪烁代码为例子，改变延时长短来看LED灯的效果
void setup()
{
pinMode(2, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(2, HIGH);
delay(50); // Wait for xx millisecond(s)
digitalWrite(2, LOW);
delay(50); // Wait for xx millisecond(s)
}
500ms延时闪烁（1Hz频率）
200ms延时闪烁（2.5Hz频率）
50延时ms闪烁（10Hz频率）
通过三个对比实验我们发现随着频率的升高，我们的LED灯慢慢的开始感觉不到闪烁，由于我们人眼的视觉停留效应，一般大于50Hz的刷新率就能满足我们的要求
2、高频率LED闪烁变形过程
我们还是以这个代码，将频率固定在50Hz，然后保持周期不变即高低电平加起来的时间等于40ms，然后改变高低电平的占空比(高低电平占总周期的百分比)，我们通过调节高低电平的延时的长度来调节亮度的占比
代码部分：
void setup()
{
pinMode(2, OUTPUT);
}
void loop()
{
digitalWrite(2, HIGH);
delay(10); // Wait for 1000 millisecond(s)
digitalWrite(2, LOW);
delay(10); // Wait for 1000 millisecond(s)
}
50Hz频率最大亮度（即灯灭的情况下延时为0，亮的情况下延时20ms）
50Hz频率50%亮度（即灯灭的情况下延时为10ms，灯亮的情况下延时10ms）
50Hz频率25%亮度（即灯灭的情况下延时为15ms，灯亮的情况下延时5ms）
50Hz频率10%亮度（即灯灭的情况下延时为18ms，灯亮的情况下延时2ms）
我们把上面的动作连贯起来，也就是说把亮度延时做成连续变化,为了在实际中效果更好，我们将延时改成延时200个us,这样连续变化效果更好
代码部分：
void setup()
{
pinMode(2, OUTPUT);
}
int count = 0;
int PWM_Time = 50;
void loop()
{
digitalWrite(2, HIGH); // LED灯灭
delayMicroseconds(200-PWM_Time); // Wait for xx millisecond(s)
digitalWrite(2, LOW); // LED灯亮
delayMicroseconds(PWM_Time); // Wait for xx millisecond(s)
count++;
if(count==50)
{
count = 0;
PWM_Time++;
if(PWM_Time>=200) PWM_Time = 0;
}
}
LED灯渐亮效果
我们再进一步修改下，让它变成一个呼吸的效果
代码部分：
void setup()
{
pinMode(2, OUTPUT);
}
int count = 0; // 因为延时比较短，直接使用会变化的
// 太快看不到效果，说以加个计数的变量
int PWM_Time = 0; // LED占空比变量
int LED_Togle_Flag = 0; // LED逐渐亮灭翻转标志
void loop()
{
if(LED_Togle_Flag)
{
digitalWrite(2, HIGH); // LED灯灭
delayMicroseconds(200-PWM_Time); // Wait for xx millisecond(s)
digitalWrite(2, LOW); // LED灯亮
delayMicroseconds(PWM_Time); // Wait for xx millisecond(s)
}
else
{
digitalWrite(2, HIGH); // LED灯灭
delayMicroseconds(PWM_Time); // Wait for xx millisecond(s)
digitalWrite(2, LOW); // LED灯亮
delayMicroseconds(200-PWM_Time); // Wait for xx millisecond(s)
}
count++;
if(count==50)
{
count = 0;
PWM_Time++;
// 切换亮暗变化逻辑
if(PWM_Time>=200)
{
PWM_Time = 0;
LED_Togle_Flag = ~LED_Togle_Flag;
}
}
}
LED灯呼吸灯
首先我们先来分析下流星雨的逻辑：
首先我们要实现一个这样的效果，第一个最亮，然后后一个是前一个的45%的亮度
代码部分：
// ----------------------------------------------------------------------------
// LED_Rains.ino
//
// 数字引脚实现的雨滴流动效果
// 雨滴流动效果与流水灯（跑马灯）的区别在于雨滴流水效果有拖尾效果，即亮过的灯是慢慢熄灭的
//
// 使用 UNO 的所有引脚用模拟 PWM 实现雨滴流动的效果，包括模拟输入口也可以用做数字输出
// 各引脚接 LED 正极，LED 负极接 GND
// ----------------------------------------------------------------------------
const unsigned char leds[] = { A4, A5, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 }; // 所有的引脚按 LED 接线顺序排列
const unsigned int maxPwm = 100; // 手工模拟 PWM，可以自己定义最大的 PWM 值是多少，所以定义一个整百整千的数比较方便计算
unsigned int ledPwm[12] = { 1, 3, 4, 6, 9, 13, 18, 25, 35, 50, 70, 100}; // 存放运行时每一个 LED 的亮度 PWM 值
void setup()
{
for (char i = 0; i < 12; ++i)
{
pinMode(leds[i], OUTPUT);
}
}
void loop()
{
unsigned int i, j;
for (i = 0; i < 12; ++i) // 先亮灯，等占空比到切换点的时候灭灯
{
digitalWrite(leds[i], LOW);
}
for( i=0; i<maxPwm; ++i)
{
for (j = 0; j < 12; ++j)
{
if (i == ledPwm[j])
digitalWrite(leds[j], HIGH);
}
delayMicroseconds(1);
}
}
静态流星雨效果
代码解释：
我门首先给亮度数组ledPwm[12]储存按比例分配的数值，这里我是按70%的一个比例来计算
比如说最暗是100，那么次暗的就是100*70% = 70，以此类推，然后我们就按照分配的亮度来把灯分别点亮
这部分代码是把所有LED灯先点亮
for (i = 0; i < 12; ++i) // 先亮灯，等占空比到切换点的时候灭灯
{
if (ledPwm[i] == 0)
continue;
digitalWrite(leds[i], LOW);
}
这部分代码根据LED灯的亮暗程度来分别控制灭的时间，我们先根据最大亮度值“maxPWM”来将亮度分为100份，每份的延时是1us，然后在内部的循环里面检查当前的亮度值是否到达分配的份数，如果到达了，那就熄灭，没有到达，就继续保持亮
for( i=0; i<maxPwm; ++i)
{
for (j = 0; j < 12; ++j)
{
if (i == ledPwm[j])
digitalWrite(leds[j], HIGH);
}
delayMicroseconds(1);
}
让LED”流星雨“运动
显然这样静态的流星雨还是满足不了我们的要求，接下来我们让流星雨先动起来
我们需要它这样动
LED流星雨动态分解示意图
我们先试着让它动一位,我只需要把ledPwm[12]这个数组里面的值重新进行排列就可以了，这其实就是对数组操作
unsigned int ledPwm[12] = { 3, 4, 6, 9, 13, 18, 25, 35, 50, 70, 100, 1}; // 存放运行时每一个 LED 的亮度 PWM 值
LED流星雨移动一位的效果
LED“流星雨”连续运动
从上面我们知道，我们如果有办法对数组进行连续的操作，那么就能实现“流星雨”流动的效果
所有代码参考这个哥们的：Arduino 入门程序示例之一排 LED(2015-06-11)
其中下面这一点代码是arduino自带的时间计数器，可以直接读取里面的数值，用来辅助计数用的，其实你也可以不用这个，可以自己直接在里面计数也可以的
extern volatile unsigned long timer0_millis;
完整版代码：把所有需要改动的数值变量全部放在最前面，这是编写可复用程序常用的一种做法，可以灵活适应多个灯，同时可以调节速度，调节亮度比例
// ----------------------------------------------------------------------------
// LED_Rains.ino
//
// 数字引脚实现的雨滴流动效果
// 雨滴流动效果与流水灯（跑马灯）的区别在于雨滴流水效果有拖尾效果，即亮过的灯是慢慢熄灭的
//
// 使用 UNO 的所有引脚用模拟 PWM 实现雨滴流动的效果，包括模拟输入口也可以用做数字输出
// 各引脚接 LED 正极，LED 负极接 GND
// ----------------------------------------------------------------------------
const unsigned char leds[] = { A4, A5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 }; // 所有的引脚按 LED 接线顺序排列
const unsigned int maxPwm = 100; // 手工模拟 PWM，可以自己定义最大的 PWM 值是多少，所以定义一个整百整千的数比较方便计算
const unsigned int initPwm = 100; // 最亮的灯的 pwm 值，即移动的时候在最头一个灯的亮度
const unsigned int deltaPwm = 1; // 灯慢慢熄灭的 pwm 值，后一个灯比前一个灯暗多少。这相当于是一个等差队列。等差的亮度感觉不大好，所以引入下一个等比的因素
const unsigned int deltaPercent = 45; // 后一个灯比前一个灯暗，其亮度是前一个灯的百分之几。相对于前面的递减，这个相当于是等比级数
const unsigned long delayMs = 100; // 移动延迟，单位 ms
const unsigned char ledNum = sizeof(leds) / sizeof(leds[0]); // 引脚数量，即 LED 个数
unsigned int ledPwm[ledNum]; // 存放运行时每一个 LED 的亮度 PWM 值
void setup()
{
for (char i = 0; i < ledNum; ++i)
{
pinMode(leds[i], OUTPUT);
ledPwm[i] = 0;
}
}
extern volatile unsigned long timer0_millis; // 声明外部变量 timer0_millis 以便在程序中使用，其实就是 millis() 的返回值——程序运行的毫秒数
void loop()
{
static unsigned char head = 0;
static unsigned long lastTick = timer0_millis;
unsigned int i, j;
for (i = 0; i < ledNum; ++i) // 先亮灯，等占空比到切换点的时候灭灯
{
if (ledPwm[i] == 0)
continue;
digitalWrite(leds[i], LOW);
}
ledPwm[head] = initPwm; // 水滴头是最亮的
for (i = 0; i < maxPwm; ++i) // 这里就是数字口模拟的 PWM 程序了
{
for (j = 0; j < ledNum; ++j)
{
if (i == ledPwm[j])
digitalWrite(leds[j], HIGH);
}
delayMicroseconds(1);
}
// 如果延时时间还没到，先跳出，不进行水滴的移动
if (timer0_millis - lastTick < delayMs) // 由于是用数字口模拟的 PWM，程序要不停的跑，不能使用 delay() 来延时，会卡住的
return;
lastTick = timer0_millis;
for (i = 0; i < ledNum; ++i) // 处理每一个灯的亮度
{
ledPwm[i] = ledPwm[i] * deltaPercent / 100;
if (ledPwm[i] <= deltaPwm){ ledPwm[i] = 0; }
else { ledPwm[i] -= deltaPwm; }
if (i == head){ ledPwm[i] = initPwm; }
}
head = (head + 1) % ledNum; // 移动水滴头
}
完整版LED“流星雨”效果
总结：
1、我们了解了PWM的实现方式
2、LED在不同的频率下，会“欺骗”我们的眼睛，这样是玩单片机中惯用的一种思路
3、通过剖析LED"流星雨"，我们发现其实它就用了一些简单的处理方式实现的，没有我们想象中的那么复杂
4、LED"流星雨"里面有一点简单的算法，算法是独立于单片机的，在其他平台(51,STM32等)上面同样可以实现，同时算法也是一个程序的灵魂
作者:想啥做啥
原文链接:https://www.jianshu.com/p/09fc330d140c