Pulsating LED - Fading with PWM

FunduinoLast updated on 28.12.2015

Eine LED mit Pulsweitenmodulation heller und dunkler werden lassen

Eine LED soll nicht einfach an- und ausgehen, sondern pulsierend heller und dunkler werden. Im Englischen heißt dieser Effekt „fading“.

Dabei lernst du die Pulsweitenmodulation kennen – den Trick, mit dem ein Mikrocontroller trotz seiner rein digitalen Ausgänge Zwischenstufen erzeugt.

Steckbrett mit LED und Vorwiderstand am Arduino UNO — Schaltplan für den Arduino UNO

Choose a microcontroller

Pins, schematic, and sketch in the steps change with your selection. It remains saved.

Warum es PWM braucht

Ein digitaler Ausgang am Mikrocontroller kennt nur zwei Zustände: 5 Volt an oder 5 Volt aus. Um eine LED dunkler leuchten zu lassen, müsstest du die Spannung dazwischen einstellen können – etwa 5 Volt für hell, 4 Volt für etwas dunkler und so weiter. Genau das können digitale Pins aber nicht.

Es gibt aber einen Umweg: die Pulsweitenmodulation, kurz PWM. Dabei wird die Spannung im Millisekundentakt ein- und ausgeschaltet. Bei einer hohen PWM liegen die 5 Volt fast durchgehend am Pin an, bei einer niedrigen nur noch ganz kurz. Für das Auge sieht das genauso aus, als würde die Spannung tatsächlich schwanken – die LED wirkt heller oder dunkler.

Das ist eine sehr knappe Zusammenfassung. Wenn du tiefer einsteigen willst, findest du im Netz ausführliche Erklärungen zur Pulsweitenmodulation.

Verkabeln und programmieren

Pin assignment Arduino UNO

LED 1Pin 5

LED 2Pin 7

Logikspannung5 V

Beim Arduino UNO schreibst du die Pin-Nummer direkt in den Sketch, also 5 und 7 ohne Zusatz.

Nicht jeder digitale Pin des UNO kann PWM. Geeignet sind die Pins, die auf dem Board mit einer Tilde (~) gekennzeichnet sind: 3, 5, 6, 9, 10 und 11. Im Sketch hängt die LED an Pin 6.

Wenn du den Arduino UNO zum ersten Mal benutzt: Hardware und Software einrichten.

Pinübersicht des Arduino UNO mit hervorgehobenen PWM-Pins — Die PWM-Pins des UNO sind mit einer Tilde gekennzeichnet

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Sketch für den Arduino UNO

int LED = 6;  // Das Wort "LED" steht jetzt für den Pin 6

// Fadeschritte bestimmt die Geschwindigkeit des Fadens.
int Fadeschritte = 5;

// "Helligkeit" steht für den Wert, der bei der PWM ausgegeben wird.
// Die 0 ist dabei nur ein beliebiger Startwert.
int Helligkeit = 0;

void setup()
{
  // Für analogWrite ist kein Setup notwendig.
}

void loop()
{
  /*
    analogWrite aktiviert an der LED die PWM-Funktion. Ausgegeben wird der Wert,
    der unter dem Namen "Helligkeit" gespeichert ist - beim ersten Durchlauf also 0.
  */
  analogWrite(LED, Helligkeit);

  /*
    Nun wird der Wert für die Ausgabe verändert: Zur bisherigen Helligkeit kommen
    die Fadeschritte dazu, beim ersten Mal also 0 + 5 = 5. Der loop-Teil wiederholt
    sich, danach beträgt die Helligkeit 10, dann 15 und so weiter.
  */
  Helligkeit = Helligkeit + Fadeschritte;

  // Die LED behält die Helligkeit 25 Millisekunden lang, also nur ganz kurz.
  // Ein kleinerer Wert lässt die LED schneller pulsieren.
  delay(25);

  /*
    Hat die Helligkeit den Wert 0 oder (||) 255 erreicht, wechselt das Vorzeichen
    der Fadeschritte. Die LED wird also zuerst bei jedem Durchlauf ein bisschen
    heller, bis der Höchstwert 255 erreicht ist. Danach zählt der Sketch in
    Fünferschritten rückwärts, bis die Helligkeit wieder bei 0 ist - und von vorn.
  */
  if (Helligkeit == 0 || Helligkeit == 255)
  {
    Fadeschritte = -Fadeschritte;
  }
}

Download: sketch-fuer-den-arduino-uno.ino

Board in the Arduino IDEArduino Uno

Ein zusätzliches Board-Paket brauchst du dafür nicht. Der UNO ist in der Arduino IDE ab Werk dabei.

Pin assignment Wemos D1 Mini

LED 1D6

LED 2D7

Logikspannung3,3 V

Den Pin-Nummern muss das D vorangestellt werden. Du schreibst also D6 und D7 in den Sketch, nicht 6 und 7.

Beim Wemos D1 Mini kannst du alle digitalen Pins für analogWrite verwenden, also D0 bis D8. Im Sketch hängt die LED an D5.

Wenn du den Wemos D1 Mini zum ersten Mal benutzt: Board einrichten.

Steckbrett mit LED und Vorwiderstand am Wemos D1 Mini — Schaltplan für den Wemos D1 Mini

Pinübersicht des Wemos D1 Mini mit hervorgehobenen PWM-Pins — Beim Wemos D1 Mini eignen sich alle digitalen Pins für analogWrite

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Sketch für den Wemos D1 Mini

int LED = D5;  // Das Wort "LED" steht jetzt für den Pin D5

// Fadeschritte bestimmt die Geschwindigkeit des Fadens.
int Fadeschritte = 5;

// "Helligkeit" steht für den Wert, der bei der PWM ausgegeben wird.
// Die 0 ist dabei nur ein beliebiger Startwert.
int Helligkeit = 0;

void setup()
{
  // Für analogWrite ist kein Setup notwendig.
}

void loop()
{
  /*
    analogWrite aktiviert an der LED die PWM-Funktion. Ausgegeben wird der Wert,
    der unter dem Namen "Helligkeit" gespeichert ist - beim ersten Durchlauf also 0.
  */
  analogWrite(LED, Helligkeit);

  /*
    Nun wird der Wert für die Ausgabe verändert: Zur bisherigen Helligkeit kommen
    die Fadeschritte dazu, beim ersten Mal also 0 + 5 = 5. Der loop-Teil wiederholt
    sich, danach beträgt die Helligkeit 10, dann 15 und so weiter.
  */
  Helligkeit = Helligkeit + Fadeschritte;

  // Die LED behält die Helligkeit 25 Millisekunden lang, also nur ganz kurz.
  // Ein kleinerer Wert lässt die LED schneller pulsieren.
  delay(25);

  /*
    Hat die Helligkeit den Wert 0 oder (||) 255 erreicht, wechselt das Vorzeichen
    der Fadeschritte. Die LED wird also zuerst bei jedem Durchlauf ein bisschen
    heller, bis der Höchstwert 255 erreicht ist. Danach zählt der Sketch in
    Fünferschritten rückwärts, bis die Helligkeit wieder bei 0 ist - und von vorn.
  */
  if (Helligkeit == 0 || Helligkeit == 255)
  {
    Fadeschritte = -Fadeschritte;
  }
}

Download: sketch-fuer-den-wemos-d1-mini.ino

Board in the Arduino IDELOLIN(WEMOS) D1 R2 & mini

Dafür muss die ESP8266-Boardverwaltung installiert sein. Du fügst sie einmalig über die Einstellungen der Arduino IDE hinzu.

Pin assignment ESP32-Wroom

LED 1GPIO 26

LED 2GPIO 27

Logikspannung3,3 V

Beim ESP32 schreibst du die GPIO-Nummer direkt in den Sketch, also 26 und 27 ohne D davor.

Der ESP32-WROOM geht einen anderen Weg: Er hat zwei echte Digital-Analog-Wandler an den Pins 25 und 26, die du mit dacWrite ansprichst. Statt die Spannung zu pulsieren, geben sie eine echte analoge Spannung aus. Im Sketch hängt die LED an Pin 26.

Wenn du den ESP32-WROOM zum ersten Mal benutzt: Board einrichten.

Je nachdem, welche Version des ESP32-Boardpakets du installiert hast, kennt die Arduino IDE auch analogWrite. Falls dacWrite bei dir nicht übersetzt wird oder du einen anderen Pin verwenden willst, probiere analogWrite – beides führt hier zum selben sichtbaren Ergebnis.

Steckbrett mit LED und Vorwiderstand am ESP32-WROOM — Schaltplan für den ESP32-WROOM

Pinübersicht des ESP32-WROOM mit hervorgehobenen DAC-Pins — Die beiden DAC-Pins 25 und 26 des ESP32-WROOM

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Sketch für den ESP32-WROOM (dacWrite)

int LED = 26;  // Das Wort "LED" steht jetzt für den Pin 26

// Fadeschritte bestimmt die Geschwindigkeit des Fadens.
int Fadeschritte = 5;

// "Helligkeit" steht für den Wert, der ausgegeben wird.
// Die 0 ist dabei nur ein beliebiger Startwert.
int Helligkeit = 0;

void setup()
{
  // Für dacWrite ist kein Setup notwendig.
}

void loop()
{
  /*
    dacWrite gibt an Pin 25 oder 26 eine echte analoge Spannung aus. Ausgegeben
    wird der Wert, der unter dem Namen "Helligkeit" gespeichert ist - beim ersten
    Durchlauf also 0.
  */
  dacWrite(LED, Helligkeit);

  /*
    Nun wird der Wert für die Ausgabe verändert: Zur bisherigen Helligkeit kommen
    die Fadeschritte dazu, beim ersten Mal also 0 + 5 = 5. Der loop-Teil wiederholt
    sich, danach beträgt die Helligkeit 10, dann 15 und so weiter.
  */
  Helligkeit = Helligkeit + Fadeschritte;

  // Die LED behält die Helligkeit 25 Millisekunden lang, also nur ganz kurz.
  // Ein kleinerer Wert lässt die LED schneller pulsieren.
  delay(25);

  /*
    Hat die Helligkeit den Wert 0 oder (||) 255 erreicht, wechselt das Vorzeichen
    der Fadeschritte. Die LED wird also zuerst bei jedem Durchlauf ein bisschen
    heller, bis der Höchstwert 255 erreicht ist. Danach zählt der Sketch in
    Fünferschritten rückwärts, bis die Helligkeit wieder bei 0 ist - und von vorn.
  */
  if (Helligkeit == 0 || Helligkeit == 255)
  {
    Fadeschritte = -Fadeschritte;
  }
}

Download: sketch-fuer-den-esp32-wroom-dacwrite.ino

Board in the Arduino IDEESP32 Dev Module

Dafür muss die ESP32-Boardverwaltung installiert sein. Du fügst sie einmalig über die Einstellungen der Arduino IDE hinzu.

Pin assignment NodeMCU

LED 1D1

LED 2D2

Logikspannung3,3 V

Auch beim NodeMCU steht vor der Pin-Nummer ein D. D1 entspricht GPIO 5, D2 entspricht GPIO 4.

Beim NodeMCU eignen sich die Pins D0, D1, D2, D3, D5, D6, D7 und D8 für analogWrite. Im Sketch hängt die LED an D1.

Wenn du den NodeMCU zum ersten Mal benutzt: Board einrichten.

Steckbrett mit LED und Vorwiderstand am NodeMCU — Schaltplan für den NodeMCU

Pinübersicht des NodeMCU mit hervorgehobenen PWM-Pins — Die PWM-Pins des NodeMCU

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Sketch für den NodeMCU

int LED = D1;  // Das Wort "LED" steht jetzt für den Pin D1

// Fadeschritte bestimmt die Geschwindigkeit des Fadens.
int Fadeschritte = 5;

// "Helligkeit" steht für den Wert, der bei der PWM ausgegeben wird.
// Die 0 ist dabei nur ein beliebiger Startwert.
int Helligkeit = 0;

void setup()
{
  // Für analogWrite ist kein Setup notwendig.
}

void loop()
{
  /*
    analogWrite aktiviert an der LED die PWM-Funktion. Ausgegeben wird der Wert,
    der unter dem Namen "Helligkeit" gespeichert ist - beim ersten Durchlauf also 0.
  */
  analogWrite(LED, Helligkeit);

  /*
    Nun wird der Wert für die Ausgabe verändert: Zur bisherigen Helligkeit kommen
    die Fadeschritte dazu, beim ersten Mal also 0 + 5 = 5. Der loop-Teil wiederholt
    sich, danach beträgt die Helligkeit 10, dann 15 und so weiter.
  */
  Helligkeit = Helligkeit + Fadeschritte;

  // Die LED behält die Helligkeit 25 Millisekunden lang, also nur ganz kurz.
  // Ein kleinerer Wert lässt die LED schneller pulsieren.
  delay(25);

  /*
    Hat die Helligkeit den Wert 0 oder (||) 255 erreicht, wechselt das Vorzeichen
    der Fadeschritte. Die LED wird also zuerst bei jedem Durchlauf ein bisschen
    heller, bis der Höchstwert 255 erreicht ist. Danach zählt der Sketch in
    Fünferschritten rückwärts, bis die Helligkeit wieder bei 0 ist - und von vorn.
  */
  if (Helligkeit == 0 || Helligkeit == 255)
  {
    Fadeschritte = -Fadeschritte;
  }
}

Download: sketch-fuer-den-nodemcu.ino

Board in the Arduino IDENodeMCU 1.0 (ESP-12E Module)

Dafür muss die ESP8266-Boardverwaltung installiert sein. Du fügst sie einmalig über die Einstellungen der Arduino IDE hinzu.

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