4.1.1 实验内容

本实验为利用PWM方式实现呼吸灯的实验现象，呼吸灯即灯的亮度在一个范围内明暗变化，是一个动态的过程。 这部分介绍两个新的函数，分别为analogWrite()和analogRead()，本实验中应用到analogWrite()函数，该函数有两个参数analogWrite(pin, value)，分别为所需要设定的引脚和引脚输出的模拟量大小，输出电压范围为0V-5V，映射到0-255范围内，则每变化1代表电压变化0.02V。其作用是给端口写入一个值(占空比)，可以用来控制LED灯的亮度变化。当执行analogWrite()命令后，端口会输出一个稳定的占空比的方波。除非有下一个命令来改变它。PWM信号的频率大约为490Hz。 analogWrite()命令只能工作于9，10，11号端口。在使用analogWrite()命令前，可以不使用pinMode()命令把端口定义为输出端口，当然如果定义了更好，这样利于程序语言规范。 为实现呼吸灯的实验现象有多种方法，最基本简单的一种是用到一个for循环，设置参数a在0-255之间变化，只用analogWrite(pin，a)控制输出即可。

PWM（Pulse-width modulation）脉宽调制

PWM不是真正的模拟信号，而是用数字信号的变化来类比模拟信号。使用数字控制产生占空比不同的方波（一个不停在开与关之间切换的信号）来控制不同电压输出。在本次实验中，端口的输出电压只有0V和5V，要想实现在0V-5V之间的电压就要用到PWM。打个比方来说，PcDuino的电压输出只有LOW(0V)和HIGH(5V)，比作0和1，那么如果输出为01010101交替，则输出就近似为2.5V了。所以，就是用0和1输出的比例来近似不同的输出电压。单位时间内输出的0和1越多，控制就越精确。

上图中，绿线之间代表一个周期，其值也是PWM频率的倒数。换句话说，如果arduino PWM的频率是500Hz，那么两绿线之间的周期就是2毫秒。analogWrite() 命令中可以操控的范围为0-255，analogWrite(255)表示100%占空比（常开）， analogWrite(127)占空比大约为50%（一半的时间）。

4.1.2 实验步骤

1. 将LED的两个管脚分别连接GPIO9和GND；
2. 打开Arduino IDE，新建项目，编写代码（以下为参考代码，实际可以实现本实验现象的方式有很多）；
3. 编译并上传到PcDuino开发板中，观察实验现象。

4.1.3 代码及相关分析

代码一版：

#include <core.h>
int led = 9;

void setup() {                
  pinMode(led, OUTPUT);    // 初始化led为输出模式
}

void loop() {
  for( int i = 0 ; i < 255 ; i++)
  {
  analogWrite(led, i);
  delay(10);
  }

}

这段代码为简单的实现呼吸灯的方法，下一版本为使实现结果更清晰，输出value值。

进阶版本：

/*
* PWM test program
*/
#include <core.h>
int pwm_id = 9;
int delay_us = 200000;
int freq = 781; //Hz
int value = 0;

void setup() {
  int step = 0;

  step = pwmfreq_set(pwm_id, freq);
  printf("PWM%d set freq %d and valid duty cycle range [0, %d]\n",pwm_id, freq, step);
  if(step > 0){
    printf("PWM%d test with duty cycle %d\n",pwm_id, value);
    analogWrite(pwm_id,value);
  }

}
void loop() {
  while(1)
  {
    value +=5;
    if(MAX_PWM_LEVEL < value)value = 0;
    delayMicroseconds(delay_us);
    printf("PWM%d test with duty cycle %d\n", pwm_id, value);
    analogWrite(pwm_id, value);
  }

}

4.1.4 实验结果

实验结果如上图所示，显示的数据为0V-5V电压映射到0-255区间后的结果，因为呼吸灯现象用图片很难分辨亮的强弱，此处不贴实际效果图。