单片机控制灯的扩展应用：实现闪烁、渐变等效果，解锁更多可能

# 1. 单片机控制灯的基础原理**

单片机控制灯的基础原理是通过单片机输出控制信号，驱动LED灯的亮灭。单片机内部的定时器模块可以产生周期性的脉冲信号，通过控制脉冲信号的频率和占空比，可以实现灯光的闪烁、渐变等效果。

单片机控制灯的硬件电路非常简单，一般只需要一个单片机、一个LED灯和一个限流电阻。单片机通过IO口输出控制信号，控制LED灯的亮灭。限流电阻的作用是限制流过LED灯的电流，防止LED灯烧毁。

# 2. 单片机控制灯的扩展应用

单片机控制灯的基础原理已经介绍完毕，本章节将进一步探讨单片机控制灯的扩展应用，包括闪烁效果、渐变效果等，丰富灯光的表现形式。

### 2.1 闪烁效果

闪烁效果是单片机控制灯最常见的扩展应用之一，通过周期性或随机性地开关灯，实现不同的闪烁效果。

#### 2.1.1 周期性闪烁

周期性闪烁是指灯以固定的时间间隔进行开关，实现有规律的闪烁效果。其控制原理如下：

void periodic_blink(uint8_t period) {
  while (1) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(period / 2);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(period / 2);
  }
}

**参数说明：**

* `period`：闪烁周期，单位为毫秒。

**代码逻辑分析：**

该函数通过循环不断地设置和复位 GPIO 引脚，实现灯的开关。`HAL_Delay()` 函数用于控制闪烁周期，`period / 2` 表示闪烁的半周期时间。

#### 2.1.2 随机闪烁

随机闪烁是指灯以不规则的时间间隔进行开关，实现更加自然和逼真的闪烁效果。其控制原理如下：

void random_blink() {
  while (1) {
    uint8_t delay = rand() % 1000;
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(delay);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(delay);
  }
}

**参数说明：**

* 无。

**代码逻辑分析：**

该函数通过使用 `rand()` 函数生成随机数，控制闪烁的周期。`rand()` 函数返回一个 0 到 999 之间的随机数，作为闪烁的半周期时间。

### 2.2 渐变效果

渐变效果是指灯的亮度逐渐变化，实现平滑的过渡效果。单片机可以通过调整 PWM 输出的占空比，控制灯的亮度。

#### 2.2.1 线性渐变

线性渐变是指灯的亮度以恒定的速率变化，实现均匀的渐变效果。其控制原理如下：

void linear_fade(uint8_t start, uint8_t end, uint8_t duration) {
  uint8_t step = (end - start) / duration;
  uint8_t value = start;
  while (value <= end) {
    TIM2->CCR1 = value;
    HAL_Delay(1);
    value += step;
  }
}

**参数说明：**

* `start`：起始亮度，0 到 255 之间。
* `end`：结束亮度，0 到 255 之间。
* `duration`：渐变持续时间，单位为毫秒。

**代码逻辑分析：**

该函数通过计算渐变的步长 `step`，然后循环更新 PWM 输出的占空比 `TIM2->CCR1`，实现灯的亮度渐变。`HAL_Delay(1)` 用于控制渐变的速率。

#### 2.2.2 指数渐变

指数渐变是指灯的亮度以指数函数的形式变化，实现更快的初始变化和更平缓的后期变化。其控制原理如下：

void exponential_fade(uint8_t start, uint8_t end, uint8_t duration) {
  float factor = pow(2, (end - start) / duration);
  float value = start;
  while (value <= end) {
    TIM2->CCR1 = value;
    HAL_Delay(1);
    value *= factor;
  }
}

**参数说明：**

* `start`：起始亮度，0 到 255 之间。
* `end`：结束亮度，0 到 255 之间。
* `duration`：渐变持续时间，单位为毫秒。

**代码逻辑分析：**

该函数通过计算指数因子 `factor`，然后循环更新 PWM 输出的占空比 `TIM2->CCR1`，实现灯的指数渐变。`HAL_Delay(1)` 用于控制渐变的速率。

# 3.1 交通信号灯

#### 3.1.1 交通信号灯的控制原理

交通信号灯是一种用于控制车辆和行人交通的设备，通常安装在十字路口或人行横道。它通过显示红、黄、绿三种颜色的灯光来指示车辆和行人何时可以通行或停止。

交通信号灯的控制原理基于以下基本原则：

- **红灯表示停止：**当红灯亮起时，所有车辆和行人都必须停止。
- **黄灯表示注意：**当黄灯亮起时，车辆和行人应做好准备，因为绿灯即将亮起或红灯即将亮起。
- **绿灯表示通行：**当绿灯亮起时，车辆和行人可以通行。

交通信号灯的控制系统通常由以下组件组成：

- **控制器：**控制器是交通信号灯系统的核心，它负责根据预先设定的时间序列控制信号灯的灯光。
- **传感器：**传感器用于检测车辆和行人的存在，并根据检测到的信息调整信号灯的控制。
- **信号灯：**信号灯是交通信号灯系统中最显眼的组件，它们显示红、黄、绿三种颜色的灯光。

#### 3.1.2 单片机实现交通信号灯控制

单片机是一种小型计算机，可以编程来执行特定的任务。它可以用于实现交通信号灯的控制，通过以下步骤：

1. **初始化单片机：**首先，需要初始化单片机，包括设置时钟、端口和中断。
2. **配置信号灯：**配置单片机的端口以控制信号灯，并设置相应的输出模式。
3. **编写控制逻辑：**编写控制逻辑，根据预先设定的时间序列控制信号灯的灯光。
4. **检测传感器：**如果系统中使用了传感器，则需要编写代码来检测传感器并根据检测到的信息调整控制逻辑。
5. **显示信号灯：**根据控制逻辑，更新单片机的输出端口以显示相应的信号灯灯光。

以下是一个使用单片机控制交通信号灯的示例代码：

#define RED_LED 0
#define YELLOW_LED 1
#define GREEN_LED 2

void main() {
  // 初始化单片机
  TRIS