1.2. 呼吸灯¶

前一节中我们已经掌握从hiibot_bluefi.basedio中导入LED类，并实例化为led，然后对red和white两个属性赋不同的值，分别实现红色LED和白色LED的亮/灭控制，或者调用led对象的两个函数：redToggle()或whiteToggle()分别控制红色LED和白色LED的状态切换，也能达到指示灯闪烁的目的。

如果我们能够改变LED指示灯的亮度，使用LED指示灯输出更多种计算机系统状态，譬如工作状态、空闲状态、故障状态等。这一节我们来学习控制LED亮度的方法。

我们首先以BlueFi的白色LED为例，实现其亮度控制。BlueFi的白色LED主要作用是为集成光学传感器提供辅助光，根据不同的光照环境，能够调节辅助光的亮度是基本的需求。

1.2.1. 白色LED的亮度控制¶

我们已经知道REPL可以帮助我们了解一个实体对象的具体属性和函数等信息，我们在执行下面示例程序前，可以首先点击MU编辑器的“串口” 按钮，并在串口控制台窗口按下“Ctrl+C”键，让BlueFi进入REPL模式，在REPL提示符“>>”后输入依次以下语句：

>>from hiibot_bluefi.basedio import PWMLED

>>led=PWMLED()

>>led.

red white

当输入“led.”再按下Tab键后，REPL将为我们列出led对象的全部属性和函数。显然，PWMLED类的实体对象led仅有两个属性，再无其他接口！然后，仍在REPL模式输入以下语句，并按“Enter”键后观察白色LED的亮度：

>>led.white = 100

观察白色LED的亮度

>>led.white = 1000

观察白色LED的亮度

>>led.white=65535

观察白色LED的亮度

>>led.white=0

观察白色LED的亮度

现在可以在“>>”提示符后按“Ctrl+D”键退出REPL模式。如果你真的动手试验过，相信你会得到这样的结论：赋予led.white属性的值越大白色LED灯越亮。当led.white=0时，白色LED灯完全灭掉。

显然，我们能够用程序来控制白色LED灯的亮度，只要赋予led对象的white属性不同的值，亮度随着值的大小变化。这种控制LED亮度的原理是什么？

1.2.2. PWM¶

PWM, 脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation)的英文缩写。这是一种计算机系统内常用的特殊数字信号，这种信号的形式是方波，频率是固定不变的，但是高电平的宽度与周期的比值是可调节的，俗称“脉冲(高电平)宽度(可)调变”信号。根据前一节的所知道的， led.white=1时白色LED灯亮，为0时灭。PWM方法调节LED亮度的原理是，以固定的周期，如1000ns，其中500ns让LED亮，500ns让 LED灭，LED的实际亮度为最大亮度的1/2；其中250ns亮，750ns灭，LED的实际亮度为最大亮度的1/4；如果0ns亮，1000ns灭，实际上LED是灭掉的；如果1000ns亮，0ns灭，实际上LED处于最亮状态；..。

由此，我们可以推断出：PWM控制LED亮度的数学计算如下：

亮度 = (高电平的宽度)/(PWM周期) * 最大亮度

当高电平的宽度刚好等于PWM周期时，LED最亮；当高电平的宽度为0时，LED灭；当高电平宽度为PWM周期的1/4时，LED亮度就是最大亮度的 1/4。

在hiibot_bluefi.basedio模块的PWMLED类中，PWM周期固定为1ms(正好1000ns)，每一个周期被分割为2^16(即65536)份，也就是所说 PWM信号的高电平宽度定义为“v*(1000ns/65536)”，当v=65535时，高电平宽度几乎等于PWM信号的一个周期(即LED最亮)。我们习惯上把这里的“v”称作占空比，其有效的取值范围为：0~65535。

至此，你能与REPL模式下执行”led.white=v”时随着v的大小亮度随之变化的规律对上了吗？

1.2.3. 红色LED的亮度¶

打开MU编辑器，将下面的程序复制-粘贴到MU编辑器中，并保存到/CIRCUITPY/code.py文件，让BlueFi执行这个示例的程序，观察红色LED 亮度的变化规律：

  import time
  from hiibot_bluefi.basedio import PWMLED
  led = PWMLED()
  b=0
  while True:
      led.red = b
      b = b+655
      if b>65535:
          b=0
      time.sleep(0.01)

仔细观察本示例程序的执行效果，感觉到BlueFi在给你眨眼了吗？红色LED灯的亮度逐渐编导最亮，然后立即熄灭，再逐渐变为最大，如此往复。为什么有这种效果？下面我们逐行来分析每行脚本程序的效果。

示例代码分析：

第1行，导入一个Python内建的模块“time”

第2行，从“/CIRCUITPY/lib/hiibot_bluefi/basedio.py”模块中导入一个名叫“PWMLED”的类

第3行，将导入的“PWMLED”类实例化为一个实体对象，名叫“led”

第4行，声明一个变量“b”，并赋值0

第5行，开始一个无穷循环的程序块

第6行(无穷循环程序块的第1行)，led对象的red属性(led.red)设置为变量b的值

第7行(无穷循环程序块的第2行)，将变量b的值增加655

第8行(无穷循环程序块的第3行)，判断变量b的值是否大于65535

第9行(无穷循环程序块的第4行)，如果b>65535，则b=1

第10行(无穷循环程序块的第5行)，执行time的sleep方法，参数为0.01秒(即10ms)

这个示例中，我们在无穷循环的程序块中不停地将变量b增加655，一直增加到b>65535之后再把b重新赋值为0，如此重复，而且每重复一次就把b的值赋给led对象的white属性。

变量，允许在程序中改变的量！在本示例中，变量b的值不停顺序取{0, 655, 1310, .., 41920}数据集中的一个值，并把这个数值当作红色LED的占空比赋值给“led.red”属性。红色LED亮度的变化规律正好与数据集中的数值变化规律一致。

1.2.4. 呼吸灯¶

以下示例的程序执行结果具有特殊的医学效果：催眠。运行本示例程序时，切勿直视BlueFi的白色LED，直视白色LED太久，你可能会被催眠。

 import time
 from hiibot_bluefi.basedio import PWMLED
 led = PWMLED()
 b=0
 d=1
 while True:
     led.white = b
     b += 655 if d==1 else -655
     if b>65535:
         b=65535
         d=0
     if b<0:
         b=0
         d=1
     time.sleep(0.01)

你被催眠了吗？这个示例程序的执行效果俗称“呼吸灯”。白色LED的亮度从灭逐渐变为最亮，然后又逐渐灭掉，如此重复。这样的周期如果正好与你的呼气-吸气的周期一致，据说很容易把你催眠。

这段程序能够让白色LED亮度随着我们呼吸节奏改变亮度，其中的关键之处是变量b的变化规律。第8～14行程序都是在增加或减少b变量的值。你能列举出变量b取值的完全数据集？

你能用一句既贴切又合适的话来概括变量b的变化规律？

总结：

PWM信号

PWM信号的周期、频率和占空比

实体对象的属性赋值

变量

变量赋值

变量自增/自减

本节中，你总计完成了14行代码的编写工作

重要

PWMLED类的接口

red (属性, 可读可写, 有效值：0~65535), BlueFi红色LED亮度控制

whilte (属性, 可读可写, 有效值：0~65535), BlueFi白色LED亮度控制