使用RGB共阳极LED，基于Arduino实现七彩渐变

RGB共阳极LED渐变控制：关键帧颜色实现与挑战

原创已于 2022-05-02 10:13:09 修改 · 8.7k 阅读

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于 2022-04-12 17:10:37 首次发布

一、RGB共阳极LED

RGB——Red，Green，Blue 色光三原色或称三基色，在特定的颜色和亮度配比下可以发出可见光谱波段的任意颜色。

共阴极、共阳极LED，均在灯珠外引出四个引脚，由于二极管本身所具有的单向导通性，有共阳极和共阴极的区分。

共阳极LED在左侧电位高于右侧某色引脚电位时单色点亮，而共阴极LED则在左侧某色引脚电位高于右侧时单色点亮。

购买的两种共阳极LED灯珠，左侧引脚从左到右依次定义为：R，Vcc，G，B；右侧是贴片灯珠，引脚从左下角顺时针依次定义为：R，G，B，Vcc，Vcc引脚有缺口标记，市场上可能也有不同引脚定义的产品。

二、中间变化颜色

按照三基色配比的原理，除了红、绿、蓝之外，还可以使灯珠发出可见光波段的其余相加混色。

于是通过给三色的引脚加特定配比的电平，按照通过Arduino脉宽调制（PWM）改变输出电压的定义，使用analogWrite（X，Y）语句，X对应输出引脚，Y取0~255的值，以输出0~5V的电平，接下来有两个问题：

1.理论上讲，若是共阴极LED，各颜色的Y取十六进制RGB颜色码对应的值就可以输出想要的颜色，但RGB三路的内阻、截止电压等电学特性并不相同，即使按照HEX的RGB颜色码规定每一路的电压值，显示出的颜色其实会与计算机上查得的颜色有所差异，故采用试验得出连续变化中关键帧颜色对应的各路电压配比；

2.若使用共阳极LED，需要反向规定各路的导通与截止，即共阳极输入5V电压，当某路输出电平也为5V（Y=255）时，此路截止，即对应的颜色不亮，而输入电平与输出电平的差值大于该路二极管截止电压时，该路导通，对应颜色亮。而要改变亮度，则输出电平越低，负载电压越高，亮度越亮。

三、关键帧颜色

试验采用Arduino Mega 2560，注意输出引脚应支持PWM

以下为我试验得到的关键帧颜色对应的电平配比，使LED在几种颜色之间循环，并不是连续变换，关键帧只规定了其中的几个离散点。

int Rpin=5,Gpin=6,Bpin=7,//输出的三路引脚定义
X=0;
int T=600;//单色持续时长

void setup()
{
  pinMode(Rpin,OUTPUT);
  pinMode(Gpin,OUTPUT);
  pinMode(Bpin,OUTPUT);
}

int changecolor(int X)
{
  switch(X)
  {
  case 0:{
//dark
 analogWrite(Rpin,120);
 analogWrite(Gpin,55);
 analogWrite(Bpin,120);
 delay(T);

//bright
 analogWrite(Rpin,65);
 analogWrite(Gpin,0);
 analogWrite(Bpin,65);
 delay(T);

  }
  
  case 1:{
  //red
  analogWrite(Rpin,55);
  analogWrite(Gpin,255);
  analogWrite(Bpin,255);
  delay(T);
  }

  case 2:{
  //orange
  analogWrite(Rpin,0);
  analogWrite(Gpin,200);
  analogWrite(Bpin,255);
  delay(T);
  }

  case 3:{
  //yellow
  analogWrite(Rpin,55);
  analogWrite(Gpin,55);
  analogWrite(Bpin,255);
  delay(T);
  }

 case 4:{
 //green
 analogWrite(Rpin,220);
 analogWrite(Gpin,55);
 analogWrite(Bpin,255);
 delay(T);
 }

  case 5:{
 //cyan
  analogWrite(Rpin,255);
 analogWrite(Gpin,55);
 analogWrite(Bpin,245);
 delay(T);
  }

  case 6:{
//blue
 analogWrite(Rpin,220);
 analogWrite(Gpin,230);
 analogWrite(Bpin,55);
 delay(T);
  }

  case 7:{
 //
 analogWrite(Rpin,255);
 analogWrite(Gpin,230);
 analogWrite(Bpin,55);
 delay(T);
  }

  case 8:{
//purple
analogWrite(Rpin,220);
 analogWrite(Gpin,255);
 analogWrite(Bpin,240);
 delay(T);
 X=0;
  }
}
}

void loop()
{
  changecolor(X);
}

得到关键帧对应的颜色之后，接下来的思路就是将离散的点连接起来，使用循环语句使相邻的电平值近似连续变换，达到渐变的目的；

首先求出相邻两帧各路电平的差值，再除以步数，即得到步进长度，步数越多，变化越平顺。

规定变量时，注意步进长度变为非整形。

int Rpin=5,Gpin=6,Bpin=7;
float R,G,B;
int T;

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  pinMode(Rpin,OUTPUT);
  pinMode(Gpin,OUTPUT);
  pinMode(Bpin,OUTPUT);
}

void analogwrite(){
    analogWrite(Rpin,R);
    analogWrite(Gpin,G);
    analogWrite(Bpin,B);
    delay(100);
}

void darktolight()
{
  for(R=120,G=55,B=120,T=20;T>=0;T--,R=R-2.75,G=G-2.75,B=B-2.75)
  {
    analogwrite();
    }
}

void lighttored()
{
  for(R=65,G=0,B=65,T=20;T>0;T--,R=R-0.5,G=G+12.75,B=B+9.5)
  {
   analogwrite();
   } 
}

void redtoorange()
{
  for(R=55,G=255,B=255,T=20;T>0;T--,R=R-2.75,G=G-2.75)
   {
    analogwrite();
    }
}

void orangetoyellow()
{
  for(R=0,G=200,B=255,T=20;T>=0;T--,R=R+2.75,G=G-7.25)
  {
   analogwrite();
  }
}

void yellowtogreen()
{
  for(R=55,G=55,B=255,T=20;T>=0;T--,R=R+8.25)
  {
  analogwrite();   
  }
}

void greentocyan()
{
   for(R=220,G=55,B=255,T=20;T>=0;T--,R=R+1.75,B=B-0.5)
   {
   analogwrite();
    }  
}

void cyantoblue()
{
  for(R=255,G=55,B=245,T=20;T>=0;T--,R=R-1.75,G=G+8.75,B=B-9.5)
  {
  analogwrite();
  }
}

void blueto()
{
  for(R=220,G=230,B=55,T=20;T>=0;T--,R=R+1.75)
  {
   analogwrite();
  }
}
void topurple()
{
  for(R=255,G=230,B=55,T=20;T>=0;T--,R=R-1.75,G=G+1.25,B=B+9.25)
  {
   analogwrite(); 
  }  
}

void purpletodark()
{
  for(R=220,G=255,B=240,T=20;T>=0;T--,R=R-5,G=G-10,B=B-6)
  {
  analogwrite(); 
  }  
}
  
void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  darktolight();
  lighttored();
  redtoorange();
  orangetoyellow();
  yellowtogreen();
  greentocyan();
  cyantoblue();
  blueto();
  topurple();
  purpletodark();
}

VID_20220412_170053

四、总体达到渐变目的，但在蓝色附近仍然有突变。