Python可以這樣玩(14)：廣告流水燈
先準備下面的實驗器件，如果還沒有這些東西，務必跑一趟光華商場，在新大樓以及八德路對面的地下室都買的到。
l Arduino UNO 開發板一個
l 麵包板一個
l Led 燈：6 個，最好是紅、黃、綠各兩個。
l 220Ω的電阻：6 個，我買的一組220Ω電阻是五個，少一個可以用
1KΩ 電阻代替，亮度會低一點，不會燒掉。
l 多彩麵包板實驗跳線：若干
單獨看下面的概要圖，其實接法很簡單，數位PIN 1-6 (下圖有小錯誤，請不要接 PIN 0，從 PIN 1開始接，我在連接 PIN
0 的時候上傳發生問題，應該是因為 PIN 0 同時有 RX的作用，會與上傳的READ動作衝突，因為上傳的動作對板子而言就是READ) 接出來六個電阻與LED，最後全部接地。
不過看到下面這張圖，可能就會亂了：
這就是我們要練習的地方，凡是如果沒有親自動手做，只是在平板上面滑手指，永遠不會進步。現在試著從PIN 1的正極開始，一條一條接到 PIN 6 (也要跳過PIN 0)。接線的時候，請將連接電腦的 USB 街頭拔開。
實驗原理
在生活中我們經常會看到一些由各種顏色的 LED 燈組成的廣告燈(例如台灣的檳榔攤)，廣告燈上各個位置上的 LED
燈不斷的亮滅變化，就形成各種不同的效果。本節實驗就是利用
LED 燈程式設計模擬廣告燈的效果。
在程式中我們設置 LED 燈亮滅的次序和時間，這樣就可以組成不同的效果。我們提供幾個不同的樣式。
樣式一副程式：LED 首先從左邊的綠燈開始間隔
200ms 依次點亮六個
LED 燈，如上圖，接著從右邊的綠燈開始間隔 200ms 依次熄滅六個 LED 燈(左右先別太在意，如果按照前面的接法，由於是反過來，會是右邊開始)。
燈閃爍副程式：六個 LED 燈首先全部點亮，接著延時 200ms，最後六個 LED 燈全部熄滅，這個過程迴圈兩次就實現了閃爍的效果。
樣式二副程式：設置 k 和 j 的值讓中間的兩個黃燈亮先亮，接著讓挨著兩個黃燈兩邊的紅燈亮，最後讓兩邊的綠燈亮；執行一遍後改發 k 和 j 的值讓讓兩邊的綠燈先熄滅，接著兩邊的紅燈熄滅，最後中間的兩個黃燈熄滅。
樣式三副程式：設置 k 和 j 的值，讓兩邊的綠燈亮 400ms 後再熄滅，
接著讓兩邊的紅燈亮 400ms 後再熄滅，最後讓中間的兩個黃燈亮 400ms 後再熄滅；執行一遍後改發 k 和 j 的值讓兩個紅燈亮 400ms 後熄滅，接著讓兩邊的綠燈亮 400ms 後熄滅。
程式碼
程式碼如下：
int Led1 = 1;
int Led2 = 2;
int Led3 = 3;
int Led4 = 4;
int Led5 = 5;
int Led6 = 6;
void style_1(void)
{
unsigned char
j;
for(j=1;j<=6;j++)
{
digitalWrite(j,HIGH);
delay(200);
}
for(j=6;j>=1;j--)
{
digitalWrite(j,LOW);
delay(200);
}
}
void flash(void)
{
unsigned char
j,k;
for(k=0;k<=1;k++)
{
for(j=1;j<=6;j++)
digitalWrite(j,HIGH);
delay(200);
for(j=1;j<=6;j++)
digitalWrite(j,LOW);
delay(200);
}
}
void style_2(void)
{
unsigned char
j,k;
k=1;
for(j=3;j>=1;j--)
{
digitalWrite(j,HIGH);
digitalWrite(j+k,HIGH);
delay(400);
k +=2;
}
k=5;
for(j=1;j<=3;j++)
{
digitalWrite(j,LOW);
digitalWrite(j+k,LOW);
delay(400);
k -=2;
}
}
void style_3(void)
{
unsigned char
j,k;
k=5;
for(j=1;j<=3;j++)
{
digitalWrite(j,HIGH);
digitalWrite(j+k,HIGH);
delay(400);
digitalWrite(j,LOW);
digitalWrite(j+k,LOW);
k -=2;
}
k=3;
for(j=2;j>=1;j--)
{
digitalWrite(j,HIGH);
digitalWrite(j+k,HIGH);
delay(400);
digitalWrite(j,LOW);
digitalWrite(j+k,LOW);
k +=2;
}
}
void setup()
{
unsigned char
i;
for(i=1;i<=6;i++)
pinMode(i,OUTPUT);
}
void loop()
{
style_1();
flash();
style_2();
flash();
style_3();
flash();
}
用Python 控制
使用 Python 控制之前，我們要先把
Standard Firmata上傳到UNO上，前面說明過步驟，上傳完畢之後，燈就不亮了。
開啟IDLE，先行測試下面的程式片段：
import pyfirmata
import time
port = 'COM3'
board = pyfirmata.Arduino(port)
def style1():
for i in
range(1, 7):
board.digital[i].write(1)
time.sleep(0.2)
for i in
range(6, 0, -1):
board.digital[i].write(0)
time.sleep(0.2)
style1()
馬上就發生下面的錯誤，這回是 PIN 1 的問題：
RESTART:
C:/Users/huskywang/Documents/GitHub/python/ArduinoPrograms/Play6LED.py
Traceback
(most recent call last):
File
"C:/Users/huskywang/Documents/GitHub/python/ArduinoPrograms/Play6LED.py",
line 15, in <module>
style1()
File
"C:/Users/huskywang/Documents/GitHub/python/ArduinoPrograms/Play6LED.py",
line 9, in style1
board.digital[i].write(1)
File
"C:\Users\huskywang\AppData\Local\Programs\Python\Python36\lib\site-packages\pyfirmata\pyfirmata.py",
line 526, in write
raise IOError("{0} can not be used
through Firmata".format(self))
OSError:
Digital pin 1 can not be used through Firmata
>>>
為了忠實傳真，我保留了所有我在coding 時候發生的錯誤，因為這些錯誤也一定會發生在其他人身上。仔細看一下手上的 UNO板，會發現 PIN 0 是與 RX 共用，所以我們在上傳時如果佔用，就會發生問題。PIN 1 則是與 TX 共用，在 Firmata 通訊協定中，這些特殊用途的 PIN 我們都要避開。因此請大家把線接到 PIN 2 – PIN 7 上面。在將程式改寫如下：
import pyfirmata
import time
port = 'COM3'
board = pyfirmata.Arduino(port)
def style1():
for i in range(2, 8):
board.digital[i].write(1)
time.sleep(0.2)
for i in range(7, 1,
-1):
board.digital[i].write(0)
time.sleep(0.2)
while(True):
style1()
再加上while() 迴圈，這樣燈號就會一直循環了：
剩下的 style2,
style3 以及 flash，就是這部分的隨堂練習，請自行完成，您可以將答案在我的部落格中留言。
現在我突然有個想法，就是想把著個六燈電路板改成八燈，並且代表 Do Re Mi Fa So La Si Do 八度音的燈號，作為彈奏鋼琴的音符指示燈。一般的情況，我們修改完電路之後，要重新寫C語言程式，重新編譯，重新上傳，之後才能展示新的功能，中間有任何錯誤，又必須重新編譯，重新上傳，一直在做這種反覆的動作。如果使用 Python 透過 Firmata 通訊協定，這些過程就免了，因為 Firmata 是標準通訊協定，上傳一次就好，Python 是直譯語言，寫完直接看結果，非常有效率。
我們從上一小節的程式碼直接修改，可以看到我們剛才新增的兩個燈也亮了，這當成我們的一個開機燈號：
import pyfirmata
import time
led1, led2, led3, led4, led5, led6, led7, led8 = 2, 3,
4, 5, 6, 7, 8, 9
port = 'COM3'
board = pyfirmata.Arduino(port)
def style1():
for i in
range(led1, led8 + 1):
board.digital[i].write(1)
time.sleep(0.2)
for i in
range(led8, led1 - 1, -1):
board.digital[i].write(0)
time.sleep(0.2)
for i in range(1):
style1()
接著，我們寫一個
note() 函數，傳入
1 就亮Do燈號，2 就亮 Re燈號，以此類推，接著上面的 for 迴圈往下寫：
def note(x):
global last
for i in x:
if last
!= 0:
board.digital[last].write(0)
if i !=
p:
board.digital[i].write(1)
time.sleep(0.4)
else:
time.sleep(0.4)
board.digital[i].write(0)
time.sleep(0.1)
last = i
play = [led5, led3, led3, p, led4, led2, led2, p, led1,
led2, led3,
led4, led5,
led5, led5, p]
for i in range(2):
note(play)
我們利用 play 列表來存讓音符，note()函數來演奏每個音符，使用p來定義停頓一拍，這樣您可以看到一首小蜜蜂了。
如果我們利用音樂小節的重複特性，就可以用最簡潔的方式完成整首歌，完整程式碼如下：
import pyfirmata
import time
led1, led2, led3, led4, led5, led6, led7, led8, p = 2,
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
port = 'COM3'
board = pyfirmata.Arduino(port)
def style1():
for i in
range(led1, led8 + 1):
board.digital[i].write(1)
time.sleep(0.2)
for i in
range(led8, led1 - 1, -1):
board.digital[i].write(0)
time.sleep(0.2)
for i in range(1):
style1()
last = 0
def note(x):
global last
for i in x:
if last
!= 0:
board.digital[last].write(0)
if i !=
p:
board.digital[i].write(1)
time.sleep(0.4)
else:
time.sleep(0.4)
board.digital[i].write(0)
time.sleep(0.1)
last = i
play1 = [led5, led3, led3, p, led4, led2, led2, p]
play2 = [led1, led2, led3, led4, led5, led5, led5, p]
play3 = [led1, led3, led5, led5, led3, led3, led3, p]
play4 = [led2, led2, led2, led2, led2, led3, led4, p]
play5 = [led1, led3, led5, led5, led1, led1, led1, p]
note(play1)
note(play2)
note(play1)
note(play3)
note(play4)
note(list(map(lambda
x:x+1,play4[:7:]))+[p])
note(play1)
note(play5)
請注意紅色的部分，我使用了
map, lambda, 切片等技巧，如果看不懂，請再回到列表介紹的部分重新看一次。
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