背景
众所周知，在我们的日常生活中有许许多多的场景需要用到 LED 亮度调节，比较常见的场景包括（不仅限于）手机屏幕亮度调剂、电视亮度、汽车仪表盘亮度、家用电器等。这一讲我们介绍如何利用单片机实现 LED 调光。
原理
介绍调光之前，简单回顾一下点亮 LED 的工作原理，如下图左侧所示。在电源与地之间串联电阻 R 和 LED，我们这里以 3.3V 电源进行讲解，根据高中物理欧姆定律可知，调节电阻 R 的大小，便可调节流过 LED 电流的大小，又因为 LED 是电流驱动器件，发光亮度与电流成正比关系。因此，调节电阻便可实现 LED 发光亮度的调节了。但，这种调节方法在许多场景中是不太适应的，例如手机背景亮度的调节。原因是，电阻 R 是安装在电路板上，每次调节亮度需要重新焊接一个电阻，为了一个调节背景亮度还需要手机开盖换电阻，显然是不太合实际的。因此，我们希望可以通过软件直接调节亮度。
另一种调节 LED 亮度的方法称之为 PWM 调光。如下图右侧所示，直接将 LED 连接至单片机的 I/O 口，单片机 I/O 的状态只有两种要么是 0V、要么是 3.3V。当 I/O 输出 0V 时，LED 点亮，当 I/O 输出 3.3V 时，LED 两端无电压差，并无电流流过，因此不亮。而单片机输出的到底是 0V 还是 3.3V，在软件中可以设计的，因此，可以实现软件调节 LED 了。
- 如下图 ① 所示，当单片机 I/O 口输出一直为 3.3V 时，LED 处于常灭状态。
- 当单片机 I/O 口输出为 0V 时，LED 点亮，如下图 ② 所示。
- 当单片机 I/O 口先输出 1s 的 0V、再输出 1s 的 3.3V，如此循环往复的周期信号时，如图 ③ 所示。此时我们将观察到的现象为 LED 先点亮 1s,然后熄灭 1s,接着又点亮 1s，再灭 1s,看到的是一种 LED 闪烁的状态。上面单片机 I/O 口输出的实际上是一个，周期为 2s,0V 和 3.3V 持续时间各占 50%，既 0V 占空比为 50% 的周期信号。
- 试想一下,假设我们保持占空比 50% 不变，而将周期 2s 缩小至 1ms，相当于 0.5ms 的 0V，0.5ms 的 3.3V 的周期信号，如图 ④ 所示。此时，LED 实际上也是闪烁的，只不过闪烁的太快了，人眼无法分辨。由于人眼的视觉暂存效应，看到的 LED 一直是点亮的，只不过亮度没有图 ① 那么亮，大概在一半作用。
- 我们回过头来看一下，当 0V 的占空比为 0% 的时候，不就是图 ① 的常灭状态，当 0V 的占比为 100%，就是图 ② 的常亮情况。那我们是不是通过调节输出的 0V 的占空比，让其在 0%~100% 之间变化，就可以调节 LED 的亮度了？没错，这就是 PWM 调光原理，即脉冲宽度调制技术（Pulse Width Modulation），即通过调节每个周期内点亮 LED 的时间长度，来实现 LED 亮度的调节。
- 通过调节占空比可以实现 LED 亮度的调节，那么 PWM 调光有什么缺点呢？屏幕是否闪烁和周期，也常说频率是有关系的。当周期为上面的 2s 时，频率为周期的倒数，即 0.5Hz 时，人眼很轻易分辨闪烁的效果。当周期为 1ms，即频率为 1KHz 时，人眼就无法分辨是否闪烁了。人眼可分辨的周期大约为 25ms,既 40Hz，一般认为只要频率大于 60Hz，对与人眼来说其实是一样的，都看不出闪烁效果。所以，对于手机屏幕来讲，大于 60Hz 就可以了。如果你的手机是 PWM 调光的，使用高清的摄像机去拍摄屏幕，可以看清闪烁条纹。
- 单片机的 I/O 口如何实现 PWM 信号输出呢？请参见“STM32F103C8T6 TIM4 同时配置 4 路 PWM 输出” 。
呼吸灯的实现
根据上面的介绍，参考“STM32F103C8T6 TIM4 同时配置 4 路 PWM 输出” 。通过设置占空比就可以让 LED 显示某一个亮度了。这一节我们要在上述基础之上实现呼吸灯的效果，既 0-2sLED 灯由不亮逐渐变到最亮，2s-4s 由最亮逐渐变到不亮，如此循环往复。
原理简单，在 0-4s 的时间内平均分成 40 等份，1,2，3，....20 等份的占空比分别设置为 5%，10%，15%,....100%,即逐渐递增，后 21,22,23，....40 等份的占空比分别设置为 100%，95%，90%,....5%,即逐渐递减。因此只需要在主程序中启动一个定时器即可，在相应的定时器中断函数中设置 PWM 的占空比即可。工程代码如下：
LED 呼吸.mp4