基于树莓派点亮RGB三基色LED灯

上一篇实现了树莓派的第一个基础实验——点亮双色LED灯，并了解了树莓派GPIO的基本用法。如果你已经成功完成过树莓派双色LED灯实验，并且对深入树莓派玩法有更多的兴趣的话，那么我们进一步尝试点亮一个更加绚丽的LED灯：RGB三基色LED灯。

一、介绍

RGB-LED模块可以发出各种颜色的光。红色，绿色和蓝色的三个LED被封装到透明或半透明塑料外壳中，并带有四个引脚。红色，绿色和蓝色三原色可以按照亮度混合并组合各种颜色，因此可以通过控制电路使RGB-LED发出彩色光。

二、组件

Raspberry Pi 4b主板*1

树莓派电源*1

40P软排线*1

RGB-LED模块*1

面包板*1

跳线若干

三、实验原理

在本实验中，我们将使用PWM技术来控制RGB的亮度。

脉冲宽度调制（PWM）是一种通过数字方式获取模拟结果的技术。数字控制用于创建方波，信号在高电平和低电平之间切换。这种开关模式，可以通过改变信号持续的时间部分，与信号关闭的时间来模拟全开（5V）和关（0V）之间的电压。“有效”的持续时间称为脉冲宽度。要获得不同的模拟值，可以更改或调节脉冲宽度。如果你使用的LED重复此开关模式足够快，得到信号好像是0到5V之间的稳定电压，控制LED的亮度。

四、实验步骤

建立电路，按照如下表格连线：

树莓派	T形转接板	RGB-LED灯模块
GND	GND	GND
GPIO0	GPIO17	R
GPIO1	GPIO18	G
GPIO2	GPIO27	B

五、使用python语言编程

#!/usr/bin/env python   #告诉Linux本文件是一个Python程序
import RPi.GPIO as GPIO    #导入控制GPIO的模块，RPi.GPIO
import time     #导入时间模块，提供延时、时钟和其它时间函数


colors = [0xFF0000, 0x00FF00, 0x0000FF, 0xFFFF00, 0xFF00FF, 0x00FFFF] #颜色列表
R = 11        #定义物理针脚号
G = 12
B = 13


#初始化程序
def setup(Rpin, Gpin, Bpin):
    global pins  # 在函数内部声明被其修饰的变量是全局变量
    global p_R, p_G, p_B
    pins = {'pin_R': Rpin, 'pin_G': Gpin, 'pin_B': Bpin}
    GPIO.setmode(GPIO.BOARD)  # 设置引脚编号模式为板载模式，即树莓派上的物理位置编号
    for i in pins:
        GPIO.setup(pins[i], GPIO.OUT)  # 设置针脚模式为输出（或者输入GPIO.IN）
        GPIO.output(pins[i], GPIO.LOW)  # Set pins to low(0 V) to off led


    p_R = GPIO.PWM(pins['pin_R'], 2000)  # set Frequece to 2KHz
    p_G = GPIO.PWM(pins['pin_G'], 1999)
    p_B = GPIO.PWM(pins['pin_B'], 5000)


    p_R.start(0)  # Initial duty Cycle = 0(leds off)
    p_G.start(0)
    p_B.start(0)


def map(x, in_min, in_max, out_min, out_max): #将颜色的刺激量转换为占空比对应的值。
    return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min


def off():
    for i in pins:
        GPIO.output(pins[i], GPIO.LOW)    # Turn off all leds

def setColor(col):  # For example : col = 0x112233
    R_val = (col & 0xff0000) > > 16  # 先“与”运算 只保留自己颜色所在位的值有效
    G_val = (col & 0x00ff00) > > 8  # 再“右移”运算 将自己颜色所在位的值提取出来
    B_val = (col & 0x0000ff) > > 0


    R_val = map(R_val, 0, 255, 0, 100)  # 将颜色的刺激量转换为占空比对应的值
    G_val = map(G_val, 0, 255, 0, 100)
    B_val = map(B_val, 0, 255, 0, 100)


    p_R.ChangeDutyCycle(R_val)  # 更改占空比，调整该颜色的亮度
    p_G.ChangeDutyCycle(G_val)
    p_B.ChangeDutyCycle(B_val)
#循环函数
def loop():
    while True:
        for col in colors:
            setColor(col)
            time.sleep(1)
#资源释放
def destroy():
    p_R.stop()      #Turn off PWM
    p_G.stop()
    p_B.stop()
    off()              # Turn off all leds
    GPIO.cleanup()     #重置GPIO状态
#程序入口
if __name__ == "__main__":
    try:                       #用try-except代码块来处理可能引发的异常
        setup(R, G, B)      #调用初始化设置LED灯的函数
        loop()                     #调用循环函数
    except KeyboardInterrupt:      #如果遇用户中断（control+C），则执行destroy()函数
        destroy()             #调用清除LED状态的函数