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外观

3. 闪烁灯 ​

3.1 LED 灯结构组成 ​

LED 灯（发光二极管）是一种半导体光源，主要结构包括以下部分：

  • 外壳：通常由塑料或玻璃制成，用于保护内部元件。
  • 发光材料：LED 最核心的部分，由特殊半导体材料制成，例如：常见的 InGaN（氮化铟镓）或 AlInGaP（铝铟镓磷）。
  • 芯片：用于产生光的发光二极管芯片。
  • 引线：提供电连接的金属引线。
  • 焊点：将LED 芯片与引线连接在一起的焊接点。
  • 电极：负责连接半导体材料与外部电路，通常由金属制成。
  • 反射腔：用于增强发光效果的一个结构，将发出的光反射到正面。

3.2 LED 灯发光原理 ​

LED（发光二极管）发光原理基于半导体特性。在半导体中，存在着两类载流子：电子（n型半导体）和空穴（p型半导体）。当n型与p型半导体材料接触时，会在交界处形成一个层结。当施加适当的电压时，层结中空穴和电子可重组并释放能量。这个能量以光子的形式释放出来，产生光。

3.3 LED 灯驱动原理 ​

LED 驱动指的是通过稳定的电源为 LED 提供合适的电流和电压，使其正常工作点亮。LED 驱动方式主要有恒流和恒压两种。限定电流的恒流驱动是最常见的方式，因为 LED 灯对电流敏感，电流大于其额定值可能导致损坏。恒流驱动保证了稳定的电流，从而确保了 LED 安全。 LED 灯的驱动比较简单，只需要给将对应的正负极接到单片机的正负极即可驱动。LED的接法也分有两种，灌入电流和输出电流。

  • 灌入电流指的是LED的供电电流是由外部提供电流，将电流灌入我们的MCU；风险是当外部电源出现变化时，会导致MCU的引脚烧坏。
  • 输出电流指的是由MCU提供电压电流，将电流输出给LED；如果使用 MCU的GPIO 直接驱动 LED，则驱动能力较弱，可能无法提供足够的电流驱动 LED。
  • 需要注意的 是 LED 灯的颜色不同，对应的电压也不同。电流不可过大，通常需要接入220欧姆到10K欧姆左右的限流电阻，限流电阻的阻值越大，LED的亮度越暗。

3.4 LED灯原理图 ​

在开发板的原理图中，使用的是灌入电流接法，将LED的正极接入电源3.3V，负极接入限流电阻再到GPIO48。通过LED灯的驱动原理可以知道，我们只要控制开发板的GPIO48引脚输出低电平，即可点亮LED；

3.5 LED 灯驱动流程 ​

3.5.1 导入接口类 ​

在MicroPython中，"machine"是一个用于处理底层硬件操作的模块。它提供了访问和控制硬件资源（如GPIO引脚、串口、I2C、SPI等）的功能，使得在MicroPython环境下编写嵌入式系统程序变得更加便捷。通过"machine"模块，我们可以进行诸如控制GPIO的输入输出、操作和管理串口通信、配置和操作I2C和SPI总线以及控制定时器等功能。该模块为嵌入式设备的硬件编程提供了一系列的接口和工具。

C
import machine
#机器硬件的接口类

3.5.2 初始化引脚 ​

C
classmachine.Pin(id, mode=- 1, pull=- 1, *, value, drive, alt)

该函数用于初始化引脚。其中，任何未指定的，没有写出来的设置，将保持其先前状态。

参数说明：

  • id 是强制性的，可以是任意对象。可能的值类型包括：int（内部 Pin 标识符）、str（Pin 名称）和元组（[port, pin] 对）。
  • mode 指定引脚模式，可以是以下之一：
  • Pin.IN - 引脚配置为输入。如果将其视为输出，则该引脚处于高阻抗状态。
  • Pin.OUT - 引脚配置为（正常）输出。
  • Pin.OPEN_DRAIN - 引脚配置为开漏输出。开漏输出的工作方式如下：如果输出值设置为0，则该引脚处于低电平有效；如果输出值为 1，则引脚处于高阻抗状态。并非所有端口都实现此模式，或者某些端口可能仅在某些引脚上。
  • Pin.ALT - 引脚配置为执行特定于端口的替代功能。对于以这种方式配置的引脚，任何其他引脚方法（除了 Pin.init()）都不适用（调用它们将导致未定义或特定于硬件的结果）。并非所有端口都实现此模式
  • Pin.ALT_OPEN_DRAIN - 与 相同 Pin.ALT，但引脚配置为开漏。并非所有端口都实现此模式。
  • pull指定引脚是否要连接（弱）上下拉电阻。可以是以下之一：
  • None - 没有上拉或下拉电阻。
  • Pin.PULL_UP - 上拉电阻使能。
  • Pin.PULL_DOWN - 下拉电阻启用。
  • value仅对 Pin.OUT 和 Pin.OPEN_DRAIN 模式有效，如果给定，则指定初始输出引脚值，否则引脚外设的状态保持不变。
  • drive 指定引脚的输出功率，可以是以下之一： Pin.LOW_POWER, Pin.MED_POWER 或Pin.HIGH_POWER。实际的当前驱动能力取决于端口。并非所有端口都实现此参数。
  • alt为引脚指定一个备用功能，它可以采用的值取决于端口。此参数仅对Pin.ALT和 Pin.ALT_OPEN_DRAIN 模式有效。当一个引脚支持多个备用功能时，可以使用它。如果仅支持一个引脚备用功能，则不需要此参数。并非所有端口都实现此参数。 示例：
C
led_gpio = 48
#初始化 led_gpio 引脚为输出模式，开启上拉电阻，
led_pin = machine.Pin(led_gpio, machine.Pin.OUT, machine.Pin.PULL_UP)

3.5.3 设置引脚高低电平 ​

C
Pin.on()

将引脚设置为“1”输出电平。

C
Pin.off()

将引脚设置为“0”输出电平。

示例：

C
led_gpio = 48
#初始化 led_gpio 引脚为输出模式，开启上拉电阻，默认输出低电平（0）
led_pin = machine.Pin(led_gpio, machine.Pin.OUT, machine.Pin.PULL_UP)
#设置引脚输出低电平
led.off()

关于其他设置引脚的方式可以参考官方MricoPython文档的GPIO类：

http://www.86x.org/en/latet/esp32/quickref.html#pins-and-gpio

3.6 闪烁灯验证 ​

在Thonny中新建一个文件。
命名保存为 01_led.py 。

在01_led.py中编写如下代码：

c
import machine                #机器硬件的接口类
import time                   #导入时间类

led_gpio = 48                #定义一个变量【LED控制引脚】为48

#初始化 led_gpio 引脚为输出模式，开启上拉电阻，默认输出低电平（0）
led_pin = machine.Pin(led_gpio, machine.Pin.OUT, machine.Pin.PULL_UP)

while True:

    #将引脚设置为“1”输出电平
    led_pin.on()

    #延时500ms
    time.sleep(0.5)

    #将引脚设置为“0”输出电平
    led_pin.off()

    #延时500ms
    time.sleep(0.5)

在案例中，有使用到了时间类延时，说明如下：

c
utime.sleep(seconds)
  • 睡眠给定的秒数seconds。ESP32S3可以接受秒作为浮点数以休眠几秒钟。 还有其他相关的延时函数请参考官方MricoPython文档的time类:

http://www.86x.org/en/latet/library/time.html

3.7 闪烁灯效果 ​

开发板上标记着G48的LED灯，下载代码后将一会亮一会灭，持续循环。