4.02.3. Лабораторная работа №4.2.3.md

Радуга на светодиоде

Тема работы

В главе 2 мы научились просто включать цвета на RGB-светодиоде, вручную переставляя провода. В этой лабораторной работе мы выйдем на совершенно новый уровень - заставим Рудирон самостоятельно и плавно смешивать цвета, создавая на одном светодиоде эффект радужного перелива.

Цель

Научиться управлять всеми тремя каналами RGB-светодиода с помощью команды analogWrite().
Понять, как с помощью ШИМ можно получить не только основные, но и смешанные, промежуточные цвета.
Закрепить использование циклов for для создания сложных световых анимаций.

Оборудование и материалы

Отладочная плата Рудирон.
Макетная плата.
1 RGB-светодиод с общим катодом.
3 резистора номиналом 220 Ом.
4 соединительных провода.
USB-кабель для подключения Рудирона к компьютеру.
Компьютер с настроенной средой Arduino IDE.

Ход работы

Как смешиваются цвета?

Вы наверняка знаете, что если смешать краски, например, синюю и жёлтую, получится зелёная. Это субтрактивная модель, она работает с отражённым светом. Но в мире экранов и светодиодов всё иначе. Здесь используется аддитивная модель, где цвета складываются. Основные цвета здесь — Красный (Red), Зелёный (Green) и Синий (Blue), или RGB.
Смешивая свет от этих трёх источников, мы можем получить любой цвет радуги.
- Красный + Зелёный = Жёлтый
- Зелёный + Синий = Голубой (Циан)
- Синий + Красный = Пурпурный (Маджента)
- Красный + Зелёный + Синий = Белый
- Отсутствие всех цветов = Чёрный
В этой работе мы запрограммируем плавный переход по цветовому кругу, проходя через все основные и смешанные цвета. А в качестве домашнего задания вы сможете попробовать реализовать полный спектр.
Сборка схемы

Схема подключения очень похожа на ту, что мы использовали для простого переключения цветов, но с одним важным отличием: мы должны подключить выводы светодиода к пинам Рудирона, которые поддерживают ШИМ. Согласно документации, это, например, пины 5, 7 и 8.
- Вставьте RGB-светодиод (с общим катодом) в макетную плату.
- К каждой из трёх цветных ножек (анодов) подключите по резистору на 220 Ом.
- Соедините с Рудироном:
  - Вывод красного цвета (через резистор) подключите к пину 5.
  - Вывод зелёного цвета (через резистор) подключите к пину 7.
  - Вывод синего цвета (через резистор) подключите к пину 8.
  - Самую длинную ножку (общий катод) подключите к пину GND.

Написание и загрузка кода

Убедитесь, что перемычка PRG | RUN стоит в положении PRG.

Откройте Arduino IDE и введите следующий код:

// Назначаем пинам ШИМ понятные имена
const int redPin = 5;
const int greenPin = 7;
const int bluePin = 8;

void setup() {
  pinMode(redPin, OUTPUT);
  pinMode(greenPin, OUTPUT);
  pinMode(bluePin, OUTPUT);
}

void loop() {
  // От красного к жёлтому (увеличиваем зелёный)
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
  analogWrite(redPin, 255);
  analogWrite(greenPin, i);
  analogWrite(bluePin, 0);
  delay(10);
  }

  // От жёлтого к зелёному (уменьшаем красный)
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
  analogWrite(redPin, i);
  analogWrite(greenPin, 255);
  analogWrite(bluePin, 0);
  delay(10);
  }

  // От зелёного к голубому (увеличиваем синий)
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
  analogWrite(redPin, 0);
  analogWrite(greenPin, 255);
  analogWrite(bluePin, i);
  delay(10);
  }

  // От голубого к синему (уменьшаем зелёный)
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
  analogWrite(redPin, 0);
  analogWrite(greenPin, i);
  analogWrite(bluePin, 255);
  delay(10);
  }

  // От синего к пурпурному (увеличиваем красный)
  for (int i = 0; i <= 255; i++) {
  analogWrite(redPin, i);
  analogWrite(greenPin, 0);
  analogWrite(bluePin, 255);
  delay(10);
  }

  // От пурпурного к красному (уменьшаем синий)
  for (int i = 255; i >= 0; i--) {
  analogWrite(redPin, 255);
  analogWrite(greenPin, 0);
  analogWrite(bluePin, i);
  delay(10);
  }
}

Нажмите кнопку «Upload», чтобы загрузить код на плату.

Проверка работы

Сразу после загрузки RGB-светодиод начнёт плавно переливаться, проходя через все шесть основных и смешанных цветов: красный, жёлтый, зелёный, голубой, синий, пурпурный и снова красный.

Результаты

Вы создали полноценную световую анимацию! Ваша программа плавно управляет яркостью каждого из трёх кристаллов RGB-светодиода, создавая непрерывный переход между цветами.

Анализ результатов

Весь эффект достигается за счёт шести циклов for. В каждом цикле яркость одного цвета остаётся постоянной (0 или 255), а яркость другого плавно меняется от 0 до 255 (или наоборот). Например, в первом блоке analogWrite(redPin, 255) держит красный цвет на максимуме, а analogWrite(greenPin, i) постепенно добавляет к нему зелёный. В результате мы видим, как чисто красный цвет плавно превращается в жёлтый.

Выводы

В этой лабораторной работе вы объединили знания о RGB-светодиодах и ШИМ. Вы научились программно смешивать цвета и создавать плавные переходы между ними. Этот принцип лежит в основе всей современной цифровой графики, работы цветных дисплеев и систем «умного» освещения.

Вопросы для самопроверки

Что такое аддитивная цветовая модель?
Как с помощью RGB-светодиода получить белый цвет? А оранжевый?
Почему для этой работы важно было подключить светодиод к пинам, поддерживающим ШИМ?
Как изменить код, чтобы переливы цветов происходили в два раза быстрее?
Задача со звёздочкой: Подумайте, как можно было бы реализовать переход по полному спектру, как на втором цветовом круге. Опишите алгоритм словами. (Подсказка: в любой момент времени яркость одного цвета равна 255, другого — 0, а третьего — меняется).

Вы научились создавать настоящую радугу с помощью программы! В следующей лабораторной работе мы перейдём от света к движению и научимся плавно управлять скоростью вращения вентилятора.