第二章 科創板-追光少年

第1課 科創板-追光少年

1、了解光源的概念與光的傳播；

2、認識光學三原色，并了解其配色原理；

3、點亮板載多彩LED燈；

4、通過編程驅動板載多彩LED燈顯示黃色。

1
光源的概念與光的傳播——Science

我們把能自行發光且正在發光的物體叫做光源。太陽、打開的電燈、燃燒著的蠟燭等都是光源。

光在同種均勻介質中是沿直線傳播的，換句話說，光沿直線傳播的前提是在同種均勻介質中。光的直線傳播不僅是在均勻介質，而且必須是同種介質。光在兩種均勻介質的接觸面上是要發生折射的，此時光就不是直線傳播了。

二、LED燈及光學三原色配色原理——Engineering and Technology

科創板板載多彩LED燈

STEAM百科

多彩LED燈

LED（Light Emitting Diode）又叫發光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環氧樹脂封裝起來。

科創板帶有4個LED多彩燈，每個多彩LED燈是由紅、綠、藍3種顏色的小燈組成的。那為什么小燈只有三個顏色卻要叫做多彩LED燈呢，那叫要從光學三原色說起了。

光學三原色配色原理

三原色：是指色彩中不能再分解的三種基本顏色，我們通常說的三原色，主要是色彩三原色和光學三原色。

色彩三原色（CMYK）：品紅、黃、青（是青不是藍，藍是品紅和青混合的顏色）、黑。主要在繪畫配色里使用，色彩三原色可以混合出所有顏料的顏色，同時相加為黑色，黑白灰屬于無色系。

光學三原色（RGB）：紅、綠、藍。光學三原色混合后，組成顯示屏顯示顏色，三原色同時相加為白色，白色屬于無色系（黑白灰）中的一種。

三原色光模式是一種加色模型，將紅（Red）、綠（Green）、藍（Blue）三原色的色光以不同的比例相加，以產生多種多樣的色光，例如紅光和綠光同時點亮時，紅綠兩種光便會混合成黃色。

三、試驗與科學——Technology and Math

1、點亮板載多彩LED燈

科創板板載多彩LED燈是由紅、綠、藍3種顏色的小燈組成，其中紅色LED燈對應科創板管腳27，綠色LED燈對應管腳12，藍色LED燈對應管腳23。

想要點亮多彩LED燈的紅色燈，只需要設置對應紅色LED燈的對應管腳27為高電平即可。

認識“初始化數字輸出管腳”代碼塊以及“數字輸出”代碼塊

兩個代碼塊均位于“輸入\輸出”模塊中。其中 “初始化數字輸出管腳代碼”塊作用為初始化指定管腳為數字輸出管腳； “數字輸出代碼塊”作用為設定指定管腳的數字輸出值為高或低。

科創板上的紅色LED燈對應管腳號為27，以下代碼就可以控制板載多彩LED燈模塊的紅燈點亮了：

接下來我們做一個進階程序，將紅色、綠色、藍色LED燈設置為交替閃爍，時間間隔為1秒。在這個程序里面我們就要用到一個新的代碼塊“重復（滿足條件/不滿足條件）”。

認識“重復（滿足條件/不滿足條件）”代碼塊

“重復（滿足條件/不滿足條件）”代碼塊位于“控制”模塊分類中。表示“重復（滿足條件）”接口插入判斷條件為“真”，運行“執行”接口中的程序；“重復（滿足條件）”接口插入判斷條件為“假”，不運行“執行”接口中的程序。

多彩LED燈不同色燈交替閃爍的程序：

將程序下載到科創板中后，科創板背面4個角上的多彩LED燈便會開始工作，順序為紅色燈點亮1秒后熄滅，綠色燈亮1秒后熄滅，藍色燈亮1秒后熄滅，如此循環。

2、點亮板載多彩LED燈的黃燈

之前我們已經學過光學三原色的相關知識，知道紅綠兩種光便會混合成黃色光，那我們是不是只要同時點亮紅色LED燈與綠色LED燈就可以了呢？我們來編寫程序，嘗試一下。

將紅、綠LED燈管腳同時點亮的程序：

當我們將這段程序下載到科創板中，運行后會發現只有紅色LED燈在亮，而不是我們預想中的黃色燈光，這是為什么呢？

這里需要介紹一下，我們科創板板載三個顏色的LED燈是共GND的，但是因為三種顏色LED燈的內阻是不一樣的，當同樣的電壓加載在上面時，根據功率公式P=U/R2，它們的發光功率是不同的。紅色LED燈內阻最小，其次綠色LED燈，藍色LED燈內阻最大，所以在電壓相同的情況下，紅色LED燈的功率最大，基本將綠色LED燈的光蓋住了。

那我們怎么點亮黃燈呢，只有通過程序讓紅色跟綠色燈各亮一小段時間（紅燈亮則綠燈滅，綠燈亮則紅燈滅），每個小段時間（1ms）是一樣的，這樣2種顏色均勻混合就成黃色了。

點亮黃燈的程序：

執行以上程序，就可以點亮板載的黃燈了。

3、點亮白色燈

我們已經點亮了黃色燈，接下來嘗試點亮白色燈。

點亮白色燈的原理跟點亮黃色燈的原理是一樣的，點亮黃色等是讓紅燈、綠燈“同時”點亮，點亮白色燈就是讓紅燈、綠燈、藍燈“同時”點亮，根據光學三原色的配色原理，這時，燈光的顏色就是白色的。

點亮白色燈的程序：

執行以上程序，就可以點亮板載的白燈了。

四、延伸與擴展——Arts

想一想，能不能讓多彩LED燈模擬交通信號燈呢，怎樣去實現？

請以小組的形式進行合作，嘗試讓多彩LED燈模擬交通信號燈。

設計要求：

（能夠讓多彩LED燈模擬交通信號燈閃爍；

（保證控制方式安全可靠。