Windows IoT借助树莓派.Net Core用PWM做炫彩灯试验

什么是 PWM

PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，简称脉宽调制，通过对一系列的脉冲的宽度进行调制，从而等效出所需要的模拟信号。通过使用 PWM 技术，我们可以在数字电路中模拟出电信号的连续变化。

炫彩灯就是利用PWM产生的连续变化造成了电压变化，从而LED灯亮度有变化。

首次尝试

.Net Core的UWP项目VS自带一个类库Windows.Devices.Pwm，很容易想到和GPIO控制器类似

public async Task InitAsync() 
{
            var controller = await PwmController.GetDefaultAsync();//失败，controller=null
            red = controller.OpenPin(pinNumber: 18);
            green = controller.OpenPin(pinNumber: 23);
            blue = controller.OpenPin(pinNumber: 24);
}

没想到这段代码无法按逾期执行，更谈不上后面的控制了。查了一下资料据说是树莓派默认没有PWM由GPIO方式，还没确认这种说法是否正确，看到C、Python的例子上PWM都正常。

后来发现微软还单独提供了另外一套IoT开发组件System.Device.Gpio，不同于Windows.Device.Gpio.

有这么一段介绍：

“System.Device.Gpio 是一个全新的 .Net Core  开源库，它旨在使 IoT（物联网）应用程序能够通过其 GPIO 引脚或其他 I/O 控制硬件与传感器、显示器和输入设备进行交互。该库是由社区维护的多个设备绑定集合来进行增强实现的。

正如微软 .NET 项目经理 Richard Lunder 所演示的那样，这个新库通过一组可用于控制外部设备的 API，使开发人员能够控制单板计算机的通用 I/O （GPIO）引脚。这在以前使用.NET Core 时是不太可能实现的，尽管.NET Core 也可以运行在 Raspberry Pi 上。它支持的平台包括 Raspberry Pi、BeagleBoard、HummingBoard 和 ODROID，但是不支持比较流行的 Arduino 板，如 UNO、Mega、Nano 等。

通过  NuGet 包提供的这个新库可以在 Linux 和 Windows 10 IoT Core 上运行，它依赖于这些平台上可用的本地驱动程序。对于基于 Linux 4.8 及更高版本的 Linux 发行版，System.Device.Gpio 使用 libgpiod ，它取代了 GPIO sysfs 接口，后者为较老的 Linux 版本提供了比较有限也比较慢的 GPIO 访问。为了获得最高的性能，尽管是以可移植性为代价， Linux 上的 System.Device.Gpio 还支持通过 /dev/mem 来访问 GPIO，虽然这些板定制的驱动程序在将来可能会被删除。

System.Device.Gpio 有一个配套库，名为 Iot.Device.Bindings ，它通过向开发人员提供更高级别的API 而不是依赖pin 级的协议来访问它们，从而可以更容易地使用很多现有的“哑”传感器、显示器和输入设备。目前，  Iot.Device.Bindings 包含了数十种设备的绑定，如 A/D 转换器、加速器、气体传感器、光传感器、气压计等。需要注意的是，Iot.Device.Bindings 是一项社区成果，并没有完全得到微软的支持。

Lunder 演示了如何使用 Mac 上的 Visual Studio Code 运行了一个 LED 控制应用程序，该程序运行在 Raspberry Pi 3 上，它完全支持逐步调试。部分 System.Device.Gpio 是用 C++ 编写的，不过他们正在逐步往 C#上移植，这将使.NET 开发人员更容易对其进行改进和修复。

System.Device.Gpio 仍处于试验阶段，微软正在寻求人们对其 API 的积极反馈，这些 API 可能会在未来的版本中发生变化。”

再次尝试

public class ColorfulLamp
    {
        PwmChannel red;
        PwmChannel green;
        PwmChannel blue;
        public static ColorfulLamp Instance { get; } = new ColorfulLamp();
        private ColorfulLamp()
        {
            red = new SoftwarePwmChannel(pinNumber: 18, frequency: 1000, dutyCycle: 0);
            green = new SoftwarePwmChannel(pinNumber: 23, frequency: 1000, dutyCycle: 0);
            blue = new SoftwarePwmChannel(pinNumber: 24, frequency: 1000, dutyCycle: 0);
        }

        public async Task Start()
        {
            await Task.Factory.StartNew(() =>
             {
                 red.Start();
                 green.Start();
                 blue.Start();

                 Breath(red, green, blue);

                 red.Stop();
                 green.Stop();
                 blue.Stop();
             });
        }
        private void Breath(PwmChannel red, PwmChannel green, PwmChannel blue)
        {
            int r = 255, g = 0, b = 0;

            while (r != 0 && g != 255)
            {
                red.DutyCycle = r / 255D;
                green.DutyCycle = g / 255D;

                r--;
                g++;
                Thread.Sleep(10);
            }

            while (g != 0 && b != 255)
            {
                green.DutyCycle = g / 255D;
                blue.DutyCycle = b / 255D;

                g--;
                b++;
                Thread.Sleep(10);
            }

            while (b != 0 && r != 255)
            {
                blue.DutyCycle = b / 255D;
                red.DutyCycle = r / 255D;

                b--;
                r++;
                Thread.Sleep(10);
            }

        }
    }

执行 

 private async void btnLamp_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
        {
            while (true)
                await ColorfulLamp.Instance.Start();
        }

效果图，制作成gif再补充一下...