RGB LED

本节课我们来学习使用 MicroPython 控制 RGB LED 模块。

实验原理

之前我们已经学习过 LED 了，并且实现过控制 LED 亮灭以及呼吸灯的实验，但是 LED 只能发出一种颜色的光，而 RGB LED 是一种集成红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色 LED 芯片的复合发光器件，通过 PWM（脉宽调制）控制各颜色通道的亮度比例。

这里，先简单了解 RGB 加色模型，我们可以通过红、绿、蓝三种颜色就可以模拟出其他颜色，每个通道的颜色强度范围是 0-255 ，任何一个数值的变化都会有一种颜色对应，可以实现 256*256*256 种颜色的混合输出，除了使用 3 个 0-255 范围的数值表示颜色之外，还可以将三个数值转换成 16 进制数，前面加上 # 来表示颜色，这就是我们常见的 16 进制颜色编码。比如下图是不同颜色对应的 RGB 值

颜色	对应的 RGB 值	16 进制颜色码
红色	RGB(255, 0, 0)	#FF0000
橙色	RGB(255, 127, 0)	#FF7F00
湖蓝	RGB(0, 128, 255)	#0080FF
玫瑰红	RGB(255, 0, 128)	#FF0080

了解了 RGB 加色原理之后，我们就可以来学习 RGB LED 了，RGB LED 通常有 4 个引脚，分为共阳和共阴两种类型。它们的核心区别在于 公共端（COM）的极性和驱动方式。以下是两者的详细对比：

类型	公共端（COM）	LED 连接方式	点亮条件
共阴极	阴极（GND）	三个 LED 的阴极短接，阳极独立	向 R/G/B 引脚输出 高电平（+3.3V 或 +5V），电流从控制端流向公共端（GND），LED 点亮
共阳极	阳极（+VCC）	三个 LED 的阳极短接，阴极独立	向 R/G/B 引脚输出 低电平（GND），电流从公共端（VCC）流向控制端，LED 点亮

本套教程，我们使用的是共阳极 RGB 模块。

硬件电路设计

物料清单（BOM 表）：

材料名称	数量
共阳极 RGB LED 模块	1
杜邦线(跳线)	若干

软件程序设计

第一步，我们先使用 GPIO 控制 RGB LED 输出最基础的几种颜色，代码如下：

#define R_PIN   15
#define G_PIN   4
#define B_PIN   2


void setup() {
  // 初始化引脚
  pinMode(R_PIN, OUTPUT);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);

  // 共阳型 LED 的控制端为高电平时熄灭
  digitalWrite(R_PIN, HIGH);
  digitalWrite(G_PIN, HIGH);
  digitalWrite(B_PIN, HIGH);
}

void loop() {
  // 红色
  digitalWrite(R_PIN, 0);
  digitalWrite(G_PIN, 1);
  digitalWrite(B_PIN, 1);
  delay(1000);

  // 绿色
  digitalWrite(R_PIN, 1);
  digitalWrite(G_PIN, 0);
  digitalWrite(B_PIN, 1);
  delay(1000);

  // 蓝色
  digitalWrite(R_PIN, 1);
  digitalWrite(G_PIN, 1);
  digitalWrite(B_PIN, 0);
  delay(1000);

  // 红 + 绿
  digitalWrite(R_PIN, 0);
  digitalWrite(G_PIN, 0);
  digitalWrite(B_PIN, 1);
  delay(1000);

  // 红 + 蓝
  digitalWrite(R_PIN, 0);
  digitalWrite(G_PIN, 1);
  digitalWrite(B_PIN, 0);
  delay(1000);

  // 蓝 + 绿
  digitalWrite(R_PIN, 1);
  digitalWrite(G_PIN, 0);
  digitalWrite(B_PIN, 0);
  delay(1000);

  // 红 + 绿 + 蓝
  digitalWrite(R_PIN, 0);
  digitalWrite(G_PIN, 0);
  digitalWrite(B_PIN, 0);
  delay(1000);

}

由于 GPIO 只能控制电平高低，因此，我们可以显示的颜色是有限的，所以，我们还需要使用 PWM 调光，才能输出更多的颜色。

需要注意的是，由于共阳与共阴 LED 的输出方式是完全相反，因此，我们在使用共阳 RGB LED 时需要输出的 PWM 的占空比应该是 255 - RGB 值，这里，我们可以直接使用 analogWrite() 函数进行 PWM 输出，因为 analogWrite() 输出的占空比范围默认为 0-255，代码如下：

#define R_PIN   15
#define G_PIN   4
#define B_PIN   2

// 将 RGB 颜色值转换为共阳型 RGB LED 的占空比
void set_color(int r, int g, int b) {
  analogWrite(R_PIN, 255-r);
  analogWrite(G_PIN, 255-g);
  analogWrite(B_PIN, 255-b);
}


void setup() {
  // 初始化引脚
  pinMode(R_PIN, OUTPUT);
  pinMode(G_PIN, OUTPUT);
  pinMode(B_PIN, OUTPUT);

}

void loop() {
  // 玫瑰红
  set_color(255, 0, 128);
  delay(1000);

  // 橙色
  set_color(255, 127, 0);
  delay(1000);

  // 湖蓝
  set_color(0, 128, 255);
  delay(1000);

}

这里是一些常用的 RGB 颜色，大家可以用这些 RGB 值测试一下代码显示的颜色是否正确：