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：

from machine import Pin
import time

# 定义引脚对象，并初始化引脚为高电平
r_pin = Pin(15, Pin.OUT, value=1)
b_pin = Pin(2, Pin.OUT, value=1)
g_pin = Pin(4, Pin.OUT, value=1)

while True:
    # 红色
    r_pin.value(0)
    g_pin.value(1)
    b_pin.value(1)
    time.sleep(1)

    # 绿色
    r_pin.value(1)
    g_pin.value(0)
    b_pin.value(1)
    time.sleep(1)

    # 蓝色
    r_pin.value(1)
    g_pin.value(1)
    b_pin.value(0)
    time.sleep(1)

    # 红 + 绿
    r_pin.value(0)
    g_pin.value(0)
    b_pin.value(1)
    time.sleep(1)

    # 红 + 蓝
    r_pin.value(0)
    g_pin.value(1)
    b_pin.value(0)
    time.sleep(1)

    # 蓝 + 绿
    r_pin.value(1)
    g_pin.value(0)
    b_pin.value(0)
    time.sleep(1)

    # 红 + 绿 + 蓝
    r_pin.value(0)
    g_pin.value(0)
    b_pin.value(0)
    time.sleep(1)

由于 MicroPython 中 PWM 的占空比的分辨率是固定的，范围为 0~1023，而 RGB 值的范围为 0~255，因此，还需要将颜色值转换成对应的占空比，256 为 2 的 8 次方，1024 为 2 的 10 次方，转换时只需要将 RGB 值乘以 4 即可获得对应的占空比

但是，这样获取到的占空比是共阴型 RGB LED 的占空比输入方式，我们知道共阴与共阳点亮 LED 的方式是完全相反的，因此，在对共阳极 RGB 进行 PWM 调光时需要注意，要传递的 RGB 的值为 255 - 当前值 才可以获得，因此，我们想通过 PWM 输出各种不同颜色光的代码如下：

from machine import Pin, PWM
import time


# 定义 PWM 引脚，初始占空比为 100%(熄灭)
pwm_r = PWM(Pin(15), freq=2000, duty=1023)
pwm_g = PWM(Pin(4), freq=2000, duty=1023)
pwm_b = PWM(Pin(2), freq=2000, duty=1023)


# 将 RGB 颜色值转换为共阳型 RGB LED 的占空比
def set_color(r, g, b):
    pwm_r.duty(1023 - r * 4)
    pwm_g.duty(1023 - g * 4)
    pwm_b.duty(1023 - b * 4)

while True:
    # 玫瑰红
    set_color(255, 0, 128)
    time.sleep(1)
    
    # 橙色
    set_color(255, 127, 0)
    time.sleep(1)
    # 湖蓝
    set_color(0, 128, 255)
    time.sleep(1)

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：