Arduino 学习-第3课：PWM 实现 LED 呼吸灯效果

在 Arduino 入门实验中，LED 呼吸灯是继 "按键控制 LED 亮灭" 后又一经典案例。它核心利用PWM（脉冲宽度调制） 技术模拟模拟输出，让 LED 灯的亮度从暗到亮、再从亮到暗平滑变化，呈现出如呼吸般的渐变效果。本文将详细拆解呼吸灯的实现原理、代码逻辑，并分享实用的优化技巧。

一、实验核心原理与硬件准备

1. PWM 技术基础

什么是 PWM：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），简单来说就是通过快速切换引脚的高低电平，利用 "占空比"（高电平持续时间占总周期的比例）来模拟不同的电压值。
Arduino 的 PWM 实现 ：Arduino UNO 的数字引脚（标有~符号，如 3、5、6、9、10、11）支持 PWM 输出，analogWrite()函数可输出 0-255 之间的数值，对应占空比 0%（完全熄灭）到 100%（最亮），从而控制 LED 亮度。
呼吸灯逻辑 ：通过循环改变analogWrite()的参数，从 0 递增到 255（亮度渐亮），再从 255 递减到 0（亮度渐暗），配合短延时实现平滑过渡。

开发版中：digital区域的的，带有~的就是PWM（脉冲宽度调制）引脚

2. 硬件清单

Arduino UNO（或兼容板）
LED 灯 ×1
220Ω 限流电阻 ×1
杜邦线若干
面包板 ×1

3. 电路连接

Arduino 引脚	元件	连接说明
9（~PWM 引脚）	LED 正极	LED 正极接 9 脚，负极串 220Ω 电阻接 GND
GND	公共地	电阻另一端接 GND

注意：务必使用标有~的 PWM 引脚，普通数字引脚无法实现亮度渐变，只能控制亮灭。

二、完整代码与逐行解析

arduino

cpp 复制代码

/*
* Breath
* 通过模拟输出PWM控制LED灯，改变其亮度，达到呼吸效果
*/

// 定义PWM引脚：9号引脚是Arduino UNO的PWM引脚（标有~）
int led = 9; 

void setup() {
    // 设置LED引脚为输出模式：PWM输出也需要先配置为OUTPUT
    pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
    // 第一阶段：亮度渐亮（从0到255）
    for (int i = 0; i <= 255; i++) {
        analogWrite(led, i); // 输出PWM值，i越大，LED越亮
        delay(1); // 延时1毫秒，控制渐变速度（数值越小，渐变越快）
    }
    
    // 第二阶段：亮度渐暗（从255到0）
    for (int i = 255; i >= 0; i--) {
        analogWrite(led, i); // 输出PWM值，i越小，LED越暗
        delay(1); // 保持与渐亮阶段相同的延时，让呼吸节奏均匀
    }
}

关键代码解析

analogWrite () 函数 ：这是实现 PWM 输出的核心函数，语法为analogWrite(引脚, 数值)。其中：
- 引脚：必须是支持 PWM 的引脚（UNO 板为 3、5、6、9、10、11）；
- 数值：0-255 的整数，0 对应完全熄灭，255 对应亮度最大。
双 for 循环逻辑：
- 第一个for循环：变量i从 0 递增到 255，PWM 值逐步增大，LED 亮度从暗到亮平滑提升；
- 第二个for循环：变量i从 255 递减到 0，PWM 值逐步减小，LED 亮度从亮到暗平滑降低。
delay () 延时的作用 ：delay(1)控制每次亮度变化的间隔时间，数值越小，呼吸节奏越快；数值越大（如 5、10），渐变越缓慢。1 毫秒的延时能让呼吸效果更细腻，肉眼几乎看不到明显的亮度跳变。

三、实验效果与常见问题

1. 预期效果

Arduino 通电后，LED 灯持续循环：从完全熄灭→缓慢变亮→达到最亮→缓慢变暗→回到熄灭，整个过程无明显卡顿，呈现自然的 "呼吸" 效果。

2. 常见问题排查

问题现象	可能原因	解决方法
LED 只有亮 / 灭，无渐变	选错引脚（非 PWM 引脚）	更换为标有`~`的引脚（如 9、10），并修改代码中`led`变量值
呼吸节奏过快 / 过慢	delay () 数值不合适	增大`delay()`值（如 5、10）减慢节奏，减小则加快
LED 亮度最高时过暗	限流电阻阻值过大	更换 220Ω 电阻（建议范围：180Ω-330Ω）
渐变有明显跳变	for 循环步长 / 延时不合理	保持步长为 1，调整 delay 值至 1-5ms 之间

四、进阶优化与拓展

1. 可调呼吸节奏

通过定义变量控制延时，让代码更易调整，比如实现 "慢亮快暗" 的个性化效果：

arduino

cpp 复制代码

int led = 9;
int brightDelay = 3; // 渐亮延时（毫秒）
int dimDelay = 1;    // 渐暗延时（毫秒）

void setup() {
    pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
    // 慢亮
    for (int i = 0; i <= 255; i++) {
        analogWrite(led, i);
        delay(brightDelay);
    }
    // 快暗
    for (int i = 255; i >= 0; i--) {
        analogWrite(led, i);
        delay(dimDelay);
    }
}

2. 多 LED 同步呼吸

只需增加引脚定义和analogWrite()调用，即可实现多个 LED 同步呼吸：

arduino

cpp 复制代码

int led1 = 9;
int led2 = 10;

void setup() {
    pinMode(led1, OUTPUT);
    pinMode(led2, OUTPUT);
}

void loop() {
    for (int i = 0; i <= 255; i++) {
        analogWrite(led1, i);
        analogWrite(led2, i);
        delay(1);
    }
    for (int i = 255; i >= 0; i--) {
        analogWrite(led1, i);
        analogWrite(led2, i);
        delay(1);
    }
}

总结

LED 呼吸灯的核心是PWM 脉冲宽度调制 ，通过analogWrite()函数输出 0-255 的数值模拟不同电压，实现亮度渐变；
双 for 循环分别控制亮度 "渐亮" 和 "渐暗"，delay()延时决定呼吸节奏的快慢；
务必使用 Arduino 标有~的 PWM 引脚，普通数字引脚无法实现亮度渐变效果。