第二章 科创板-追光少年

第1课 科创板-追光少年

1、了解光源的概念与光的传播；

2、认识光学三原色，并了解其配色原理；

3、点亮板载多彩LED灯；

4、通过编程驱动板载多彩LED灯显示黄色。

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光源的概念与光的传播——Science

我们把能自行发光且正在发光的物体叫做光源。太阳、打开的电灯、燃烧着的蜡烛等都是光源。

光在同种均匀介质中是沿直线传播的，换句话说，光沿直线传播的前提是在同种均匀介质中。光的直线传播不仅是在均匀介质，而且必须是同种介质。光在两种均匀介质的接触面上是要发生折射的，此时光就不是直线传播了。

二、LED灯及光学三原色配色原理——Engineering and Technology

科创板板载多彩LED灯

STEAM百科

多彩LED灯

LED（Light Emitting Diode）又叫发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。

科创板带有4个LED多彩灯，每个多彩LED灯是由红、绿、蓝3种颜色的小灯组成的。那为什么小灯只有三个颜色却要叫做多彩LED灯呢，那叫要从光学三原色说起了。

光学三原色配色原理

三原色：是指色彩中不能再分解的三种基本颜色，我们通常说的三原色，主要是色彩三原色和光学三原色。

色彩三原色（CMYK）：品红、黄、青（是青不是蓝，蓝是品红和青混合的颜色）、黑。主要在绘画配色里使用，色彩三原色可以混合出所有颜料的颜色，同时相加为黑色，黑白灰属于无色系。

光学三原色（RGB）：红、绿、蓝。光学三原色混合后，组成显示屏显示颜色，三原色同时相加为白色，白色属于无色系（黑白灰）中的一种。

三原色光模式是一种加色模型，将红（Red）、绿（Green）、蓝（Blue）三原色的色光以不同的比例相加，以产生多种多样的色光，例如红光和绿光同时点亮时，红绿两种光便会混合成黄色。

三、试验与科学——Technology and Math

1、点亮板载多彩LED灯

科创板板载多彩LED灯是由红、绿、蓝3种颜色的小灯组成，其中红色LED灯对应科创板管脚27，绿色LED灯对应管脚12，蓝色LED灯对应管脚23。

想要点亮多彩LED灯的红色灯，只需要设置对应红色LED灯的对应管脚27为高电平即可。

认识“初始化数字输出管脚”代码块以及“数字输出”代码块

两个代码块均位于“输入\输出”模块中。其中 “初始化数字输出管脚代码”块作用为初始化指定管脚为数字输出管脚； “数字输出代码块”作用为设定指定管脚的数字输出值为高或低。

科创板上的红色LED灯对应管脚号为27，以下代码就可以控制板载多彩LED灯模块的红灯点亮了：

接下来我们做一个进阶程序，将红色、绿色、蓝色LED灯设置为交替闪烁，时间间隔为1秒。在这个程序里面我们就要用到一个新的代码块“重复（满足条件/不满足条件）”。

认识“重复（满足条件/不满足条件）”代码块

“重复（满足条件/不满足条件）”代码块位于“控制”模块分类中。表示“重复（满足条件）”接口插入判断条件为“真”，运行“执行”接口中的程序；“重复（满足条件）”接口插入判断条件为“假”，不运行“执行”接口中的程序。

多彩LED灯不同色灯交替闪烁的程序：

将程序下载到科创板中后，科创板背面4个角上的多彩LED灯便会开始工作，顺序为红色灯点亮1秒后熄灭，绿色灯亮1秒后熄灭，蓝色灯亮1秒后熄灭，如此循环。

2、点亮板载多彩LED灯的黄灯

之前我们已经学过光学三原色的相关知识，知道红绿两种光便会混合成黄色光，那我们是不是只要同时点亮红色LED灯与绿色LED灯就可以了呢？我们来编写程序，尝试一下。

将红、绿LED灯管脚同时点亮的程序：

当我们将这段程序下载到科创板中，运行后会发现只有红色LED灯在亮，而不是我们预想中的黄色灯光，这是为什么呢？

这里需要介绍一下，我们科创板板载三个颜色的LED灯是共GND的，但是因为三种颜色LED灯的内阻是不一样的，当同样的电压加载在上面时，根据功率公式P=U/R2，它们的发光功率是不同的。红色LED灯内阻最小，其次绿色LED灯，蓝色LED灯内阻最大，所以在电压相同的情况下，红色LED灯的功率最大，基本将绿色LED灯的光盖住了。

那我们怎么点亮黄灯呢，只有通过程序让红色跟绿色灯各亮一小段时间（红灯亮则绿灯灭，绿灯亮则红灯灭），每个小段时间（1ms）是一样的，这样2种颜色均匀混合就成黄色了。

点亮黄灯的程序：

执行以上程序，就可以点亮板载的黄灯了。

3、点亮白色灯

我们已经点亮了黄色灯，接下来尝试点亮白色灯。

点亮白色灯的原理跟点亮黄色灯的原理是一样的，点亮黄色等是让红灯、绿灯“同时”点亮，点亮白色灯就是让红灯、绿灯、蓝灯“同时”点亮，根据光学三原色的配色原理，这时，灯光的颜色就是白色的。

点亮白色灯的程序：

执行以上程序，就可以点亮板载的白灯了。

四、延伸与扩展——Arts

想一想，能不能让多彩LED灯模拟交通信号灯呢，怎样去实现？

请以小组的形式进行合作，尝试让多彩LED灯模拟交通信号灯。

设计要求：

（能够让多彩LED灯模拟交通信号灯闪烁；

（保证控制方式安全可靠。