买来了源地设计的rp2040开发板，上面带一颗WS2812彩灯。那今天上手这块板就不点LED了，直接点RGB。
想起大学第一次上单片机实验课，主要是检验软件是否安装到位，需要编译例程让野火开发板上的LED闪烁。我为了卖弄自己的聪明才智，选择了编译RGB灯的例程给老师检查。老师也没多说什么，无功无过。当时可能还有点生气，后来学Android，后几次实验我交的Kotlin代码那个老师给我不及格的时候，我才念着这个老师的好。
先尝试点亮
from neopixel import NeoPixel
from machine import Pin
pin = Pin(23, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 1)
np[0] = (255,0,0)
np.write()
thonny点击直接运行，不亮……没反应。用万用表量了一下，WS2812数据输入引脚根本没连接到GPIO23，用万用表电流挡分别怼到GPIO23和输入引脚倒是亮了。打着台灯研究了一下，再用万用表量到数据输入引脚是从这个短接引脚连接到GPIO23的，一坨锡短接后正常工作。
循环
简单用for循环让红灯呼吸起来。
from neopixel import NeoPixel
from machine import Pin
import time
pin = Pin(23, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 1)
np[0] = (0,0,0)
np.write()
tick = 0.01
while True:
for i in range(0, 255):
np[0] = (i,0,0)
np.write()
time.sleep(tick)
for i in range(255, 0, -1):
np[0] = (i,0,0)
np.write()
time.sleep(tick)
首先这代码就很长，两个for循环从0到255又到0，加上其他两个颜色至少还要再嵌套一个循环。混合颜色也是个问题。还有颜色的变化太“线性”，匀速变化直来直去不符合自然事物运动的直觉。
三角函数
循环的效果差而且的代码又臭又长，多控制两个颜色只会更长。如果找一个函数，有增长率快慢变化，上下跳动循环迭代，这不就是三角函数吗？
from neopixel import NeoPixel
from machine import Pin
import time
from math import sin, pi, floor
_5pi = 0.5 * pi
pin = Pin(23, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 1)
np[0] = (0,0,0)
np.write()
tick = 0.02
def sin_scaling(x, scal = 255):
return floor(scal * (sin(x) + 1) / 2)
t = 0
while True:
t += tick
time.sleep(tick)
np[0] = (sin_scaling(t), sin_scaling(t+_5pi), sin_scaling(t+2*_5pi))
np.write()
终于有幻彩了，可惜我手机拍的效果不好，gif画质也太差，具体效果就自己买个开发板来试试吧。
但是再仔细看，灯的总亮度时亮时暗，这是由于3个三角函数叠加还是三角函数，RGB灯的总功率一直在变化，如图
三相电和gamma校正
这时我想到工业用的三相电正好是三位，而且输出功率稳定，他们之间相位相差120度。输出功率如图
不出意外，做出来的幻彩灯效果已比较理想，发到电子群里给群友看。有个哥们指出还需要进行gamma校正，参考知乎 调色名词浅析——Gamma（伽玛）校正 进行了校正，完善的代码如下。
from neopixel import NeoPixel
from machine import Pin
import time
from math import sin, pi, floor, pow
_66pi = 2 / 3 * pi
pin = Pin(23, Pin.OUT)
np = NeoPixel(pin, 1)
np[0] = (0,0,0)
np.write()
tick = 0.02
def gamma_correction(x):
return pow(x, 2.2)
def sin_scaling(x, scal = 255):
return floor(scal*gamma_correction((sin(x) + 1) /2))
t = 0
while True:
t += tick
time.sleep(tick)
np[0] = (sin_scaling(t), sin_scaling(t+_66pi), sin_scaling(t+2*_66pi))
np.write()
网上对gamma校正的做法是查表，不过rp2040性能强悍，我们这里只谈算法原理，不谈优化。
不足
- 没有循环走过所有的颜色，也没有提供合适的方法控制颜色
- 二看颜色变换还有些跳跃。网上搜到的方案是在hsv色域变换，然后映射到RGB的值显示，会更加自然。
也是电子群那哥们跟我说，他一个做软件的同事做氛围灯给干跑了。这里面还有更深奥的学问，hsv的变换原理太复杂，我现在学了也记不住，用起来一样抄代码，就不研究了?