【编程入门教程一】Python控制LED灯开启/关闭以及闪烁树莓派Pico RP2040

5816

前言：点亮一颗LED灯也是学习编程入门的第一步，在本节教程内你将学习认识LED灯的组成，以及在单片机上如何写简单的Python代码来控制一颗LED灯，这对于你之后用Python程序控制各种硬件都有非常大的启蒙。

一：认识LED灯二极管

LED 二极管，即发光二极管（Light-emitting diode，LED），是一种能够将电能化为可见光的半导体器件。核心部分是由 P 型半导体和 N 型半导体组成的晶片，在两种半导体之间有一个过渡层，称为 P-N 结。P 型半导体也称为空穴型半导体，空穴浓度远大于自由电子浓度；N 型半导体也称为电子型半导体，自由电子浓度远大于空穴浓度。

当给 LED灯加上正向电压（P 区接正极，N 区接负极）时，外加电压削弱内建电场，自由电子从 N 区被推向 P 区，空穴从 P 区被推向 N 区，PN 结导通电流。注入到对方区域的少数载流子与所在区域的多数载流子相遇并复合，电子从导带跃迁回价带，其损失的能量以光子形式释放，从而实现发光。光子的波长（颜色）由半导体材料的带隙宽度决定。

不同的半导体材料可发出不同颜色的光，如 GaAs 可发出红外光，AlGaAs、AlInGaP 等可发出红光，GaP（掺氮）等可发出黄光 / 绿光，GaN、InGaN 等可发出蓝光 / 紫外光。白光则主要通过蓝光 LED 激发荧光粉或 RGB 三基色混合两种方法实现。

二：硬件连接

将LED灯的长脚正极接线到GP0，短脚负极接线到GND。我们通过编程来控制GP0引脚输出电压信号，能实现控制LED灯！

三：Python编程

1.点亮LED灯，并闪烁（以下代码已注释中文，可自行学习）

from machine import Pin   # 从machine模块导入Pin类，用于控制GPIO引脚
import time               # 导入time模块，用于实现延时功能

led = Pin(0, Pin.OUT)     # 初始化GP0引脚（物理引脚0）为输出模式，创建led对象来控制这个引脚

try:                      # 创建循环函数，使LED持续闪烁工作
    while True:
        led.value(1)      # 设置LED引脚为高电平（3.3V），点亮LED
        time.sleep(1)     # 延时1秒，保持LED点亮状态
        
        led.value(0)      # 设置LED引脚为低电平（0V），关闭LED
        time.sleep(1)     # 延时1秒，保持LED关闭状态
      
except KeyboardInterrupt: # 点击停止按钮关闭运行
    led.value(0)          # 程序结束时确保LED处于关闭状态
    print("程序已停止")    # 打印提示信息，表明程序已停止

运行上述代码后可观察LED灯的闪烁情况。可以通过修改time.sleep(1)延时时间来控制LED的闪烁快慢。

2.在添加按键功能，实现打开/关闭/闪烁（以下代码已注释中文，可自行学习）

from machine import Pin         # 从machine模块导入Pin类，用于控制GPIO引脚
import time                     # 导入time模块，用于实现延时功能
led = Pin(0, Pin.OUT)           # 初始化LED引脚（GP0）为输出模式

#------------------------------------------------------
# 初始化按键引脚，设置为输入模式并启用内部上拉电阻
# 按下按键时引脚会读取到低电平（0），未按下时为高电平（1）

btn_on = Pin(22, Pin.IN, Pin.PULL_UP)    # 按键A（GP22）: 打开LED
btn_off = Pin(21, Pin.IN, Pin.PULL_UP)   # 按键B（GP21）: 关闭LED
btn_blink = Pin(20, Pin.IN, Pin.PULL_UP) # 按键C（GP20）: 开启闪烁
btn_exit = Pin(19, Pin.IN, Pin.PULL_UP)  # 按键D（GP19）: 退出程序

led_mode = 0                             # 定义LED工作模式变量 0为关闭, 1为常亮, 2为闪烁

try:
    # 程序主循环
    while True:                           # 检测退出按键是否按下（低电平）
        if btn_exit.value() == 0:
            print("程序已退出")
            led.value(0)                  # 确保LED关闭
            break                         # 退出主循环
        
                                          # 检测打开LED按键是否按下
        if btn_on.value() == 0:
            led_mode = 1                  # 设置为常亮模式
            led.value(1)                  # 立即点亮LED
            time.sleep(0.1)               # 简单消抖
        
        if btn_off.value() == 0:           # 检测关闭LED按键是否按下
            led_mode = 0                   # 设置为关闭模式
            led.value(0)                   # 立即关闭LED
            time.sleep(0.1)                # 简单消抖
        
        if btn_blink.value() == 0:           # 检测闪烁模式按键是否按下
            led_mode = 2                     # 设置为闪烁模式
            time.sleep(0.1)                  # 简单消抖
        
        if led_mode == 2:                    # 如果处于闪烁模式，执行闪烁逻辑
            led.toggle()                     # 切换LED状态（亮与暗）
            time.sleep(1)                    # 闪烁时间每1秒
        else:
            time.sleep(0.05)                 # 非闪烁模式时短暂延时，降低CPU占用

except KeyboardInterrupt:                    # Thonny中停止程序
    led.value(0)                             # 确保LED关闭
    print("程序已停止")
 #------------------------------------------------------

功能说明：运行上述代码后，可以按下A键为打开LED，按下B键为关闭LED，按下C键为闪烁模式，按下D键停止程序。（可以通过修改time.sleep(1)延时时间来控制LED的闪烁快慢）