3.14. 使用 PWM 进行 LED 调光¶

用 PWM 和 RC 滤波器生成模拟量页面使用 RC 低通滤波器从 PWM 信号中提取出直流电压。对于 LED 而言，并不需要该滤波器——人眼本身就完成了取平均的工作。

当 LED 以快于约 60 Hz 的频率开关时，视觉系统就无法再分辨单个脉冲，而会感知到一个等于平均光输出的稳定亮度。50 % 的占空比看起来大约是一半亮度；25 % 是四分之一；10 % 则很暗。

接线方式与 GPIO 输出中静态外接 LED 的方式相同——一个与 LED 串联的限流电阻，其阻值依据电子学基础中的规则来确定。改变的仅是软件部分：该引脚作为 PWM 输出运行，而不是普通的 Pin.OUT。

3.14.1. 选择频率¶

对于 LED 调光，PWM 频率只需越过人眼的闪烁阈值即可：

低于约 60 Hz 时，人眼会直接看到脉冲。
低于约 200 Hz 时，余光视觉和快速的眼球运动仍可能察觉到闪烁。
1 kHz 舒适地高于上述所有阈值，是一个典型的默认值。

对于 GPIO 上的小型 LED 而言，没有什么有意义的上限；从 1 kHz 到 10 kHz 的任何频率对人眼来说表现都相同。

3.14.2. 渐变¶

渐入/渐出循环将占空比从关闭扫到完全开启再扫回来，并在每一步短暂停留：

import time
from machine import PWM, Pin

led = PWM(Pin("P7"), freq=1000, duty_u16=0)

while True:
    for d in range(0, 65535, 256):
        led.duty_u16(d)
        time.sleep_ms(5)
    for d in range(65535, 0, -256):
        led.duty_u16(d)
        time.sleep_ms(5)

在 1 kHz PWM 和 5 ms 步进下，人眼会看到两个方向上都很平滑的渐变，表观亮度跟随占空比的数值变化。

感知亮度与占空比并非严格的线性关系——人眼的响应大致遵循平方或立方律——因此 duty_u16 的线性扫描看起来并不像亮度的线性扫描。要获得感知上更平滑的渐变，应按曲线来步进占空比。

一个便利的纯整数技巧是：步进一个 8 位计数器，并用它的平方作为占空比。255 × 255 = 65025 在舍入误差范围内已接近满量程，因此扫描可以覆盖整个范围：

import time
from machine import PWM, Pin

led = PWM(Pin("P7"), freq=1000, duty_u16=0)

while True:
    for step in range(256):
        led.duty_u16(step * step)   # 0..65025, roughly quadratic
        time.sleep_ms(5)
    for step in range(255, -1, -1):
        led.duty_u16(step * step)
        time.sleep_ms(5)

现在从关闭到全亮，渐变在表观亮度上感觉大致均匀。