3.14. 以 PWM 調節 LED 亮度¶

使用 PWM 與 RC 濾波器產生類比訊號頁面使用 RC 低通濾波器從 PWM 訊號中萃取出直流電壓。對 LED 而言並不需要這個濾波器——人眼本身就會進行平均化。

當 LED 以快於約 60 Hz 的速度開關時，視覺系統便無法分辨個別脈衝，而是感知到等於平均光輸出的穩定亮度。50 % 的占空比看起來大約是半亮度；25 % 是四分之一；10 % 則是昏暗。

接線方式與 GPIO 輸出上的靜態外接 LED 相同——一個與 LED 串聯的限流電阻，並依電子學基礎中的規則選定其阻值。改變的只在軟體：該接腳以 PWM 輸出運行，而非單純的 Pin.OUT。

3.14.1. 選擇頻率¶

對 LED 調光而言，PWM 頻率只需跨過人眼的閃爍門檻：

低於約 60 Hz 時，人眼會直接看到脈衝。
低於約 200 Hz 時，周邊視覺與快速的眼球運動仍可能顯現閃爍。
1 kHz 遠高於上述所有情況，是典型的預設值。

對於 GPIO 上的小型 LED 而言，並沒有什麼有意義的上限；從 1 kHz 到 10 kHz 對人眼而言表現都相同。

3.14.2. 淡入淡出¶

淡入／淡出迴圈會將占空比從關掃描到全開再回到關，並在每一步短暫停留：

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 與 5 ms 步進下，人眼會看到兩個方向皆平順的淡變，而表觀亮度會跟隨占空比的數值。

感知亮度與占空比並非嚴格的線性關係——人眼的響應大致遵循平方或立方律——因此 duty_u16 的線性掃描看起來並不像是亮度的線性掃描。若要在感知上更平順的淡變，請以曲線方式步進占空比。

一個便利且僅用整數的訣竅，是步進一個 8 位元計數器，並用其平方作為占空比。255 × 255 = 65025 在捨入誤差範圍內即達到滿刻度，因此掃描涵蓋了整個範圍：

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)

現在這個淡變從關到全開在表觀亮度上感覺大致均勻。