2026-01-05
Arduino 類比輸入與 PWM 調光教學：使用電位器控制 LED 亮度
前言
在上一篇（Arduino 數位輸出輸入教學），我們已經用 LM393 光敏模組練習了「數位輸入→判斷→數位輸出」：
用 digitalRead() 讀 HIGH／LOW，搭配 digitalWrite() 控制 LED 亮或滅，讓 Arduino 透過光敏模組來做出「有偵測到就開燈、沒偵測到就關燈」的開／關控制。
本篇，我們將介紹透過Arduino與類比輸入來設定「強弱程度」，讓 Arduino 從上一篇的「有沒有偵測到＝開／關」推進到「偵測有多少＝漸亮與漸暗」。
我們將會改用 電位器（旋鈕） 做為輸入，讓 Arduino 透過用類比輸入 analogRead() 讀到 0～1023 之間的數值，再用類比輸出analogWrite()（PWM）輸出 0～255 的亮度，完成「轉動旋鈕 → LED 連續變亮／變暗」的效果。
完成本篇後，你將能：理解「數位輸入 vs 類比輸入」的差別（0／1 與 0～1023 的不同）使用 analogRead() 讀取電位器旋鈕的數值使用 analogWrite()（PWM）控制 LED 亮度強弱使用 map() 把 0～1023 轉換成 0～255 的亮度範圍透過簡單延遲與數值處理，讓亮度變化看起來更平滑本篇會先帶你把電路接好、讓程式運作，看見「旋鈕→亮度」的對應關係 文章內容目錄從數位到類比：為什麼 Arduino 需要讀取連續變化的訊號？
Arduino類比輸入教學實作：電位器接線與 analogRead() 數值讀取
Arduino類比輸出教學實作：PWM 調光與 analogWrite() 應用
Arduino 專案實作：結合 map() 函數，打造電位器 LED 調光燈
Arduino PWM 進階觀念與延伸應用
小結與下一步：開啟你的自動化控制之路 從數位到類比：為什麼 Arduino 需要讀取連續變化的訊號？
Arduino 教學系列的上一篇內容，我們先接觸到的是數位數入與輸出 digitalRead() 與 digitalWrite() （延伸閱讀：Arduino 數位輸出輸入教學：以 LM393 光敏模組為例）。這類數位訊號就像家裡的電燈開關，只有「開（1）」與「關（0）」兩種狀態。對於簡單的感應報警或開關控制來說，數位訊號非常直覺且好用。然而，現實生活中的現象往往不是二選一的。如果你想製作出能根據環境「慢慢變亮」的氣氛燈、能夠調整風扇的「轉速快慢」，或是控制音量的「大聲小聲」。在這些情境下，只有開與關是不夠的，我們需要的是「強弱程度」的控制。接下來，我們要讓 Arduino 從只能判斷「有沒有」，進化到能感知「有多少」。透過下圖，我們可以直觀地看出數位（Digital）與類比（Analog）的差異：數位訊號：只有「開 (1)」與「關 (0)」兩種極端狀態，就像非黑即白的階梯。類比訊號：具有連續性的波動，可以停留在 0 到 1 之間的任何位置，就像平滑的斜坡。為了處理這種連續的「斜坡」訊號，Arduino 必須將類比訊號轉化為大腦（處理器）看得懂的數字，這就是我們接下來要學習的核心觀念。 類比訊號的輸入原理：Arduino 如何感知 0~1023 的變化？ 類比訊號（Analog Signal）是一種連續變化的電壓，是讓 Arduino 可以讀到「強弱程度」的一種方式。為了讓處理器(Arduino)理解這些變化，Arduino 內建了「類比數位轉換器（ADC）」。它會將接收到的電壓（通常是 0V 到 5V）切分成 1024 個刻度，並對應成 0 到 1023 的數值。以我們最常用的「電位器（旋鈕）」為例，當你旋轉它時，電位器會改變內部電阻的大小，進而控制輸出的電壓強弱，送進 Arduino 的電壓會隨之改變，程式讀取到的數值也會跟著跳動：旋鈕轉到底（靠近 0V）： 程式讀到的數值接近 0。旋鈕轉到中間（約 2.5V）： 程式讀到的數值會在 512 左右。旋鈕轉到另一頭（靠近 5V）： 程式讀到的數值接近 1023。
透過這種方式，Arduino 就能精準掌握旋鈕的位置或是感測器的強度。在接下來的章節中，我們將實際動手接線，並使用 analogRead() / analogWrite() 語法來觀察這些數字以及LED 亮度的平滑變化的變化。 補充說明：1.類比數位轉換器（ADC） ADC（Analog-to-Digital Converter）是 Arduino 內建的一種轉換機制，它就像是一把「數位量尺」。它會將接收到的連續電壓，依照高低細分成 1024 個小刻度，並對應成 0 到 1023 的數字。讓 Arduino 不只能判斷開或關，還能精確讀出訊號的「強弱程度」。 2. 電位器（Potentiometer）在本專案中扮演著「訊號來源」的角色。它本質上是一個可變電阻，你可以把它想像成一個「可以手動調整流量的水龍頭」。當旋轉旋鈕時，它會改變內部電阻的大小，進而控制輸出的電壓強弱。旋鈕轉到最左邊時輸出 0V；轉到最右邊時輸出 5V。這些變化會被 ADC 捕捉，轉換成我們程式中看到的數值。 3. 可變電阻（Variable Resistor）是電子電路中用來「控制電流大小」的零件。如果把電線比喻成水管，可變電阻就像是一個可以隨時調整鬆緊的夾子。我們最常看到的「電位器」就是可變電阻的一種，它讓我們能透過物理動作來改變電子訊號的強弱。當你調整可變電阻讓電阻變大時，電流就會變小（水流變慢）；當電阻變小時，電流就會變大（水流變快）。
Arduino類比輸入教學實作：電位器接線與 analogRead() 數值讀取 接下來，我們實際操作 Arduino 的「類比輸入」。我們會使用在上一段提過，也是最常見的 電位器（可變電阻） 作為輸入源：透過轉動旋鈕，手動改變輸入到 Arduino 的電壓大小。前面提過 ADC 像一把「數位量尺」，現在我們將電位器接入類比腳位，並透過analogRead() 指令觀察這把量尺如何將 0～5V 的連續電壓，轉化為程式裡的 0～1023 整數。這個步驟，就是把「轉動旋鈕」這個物理動作，轉換成程式可以運算的數位數值。只要理解這一層：「類比輸入→ 數字 → 後續控制」，而這正是所有感測器控制的核心起點。 Arduino與電位器接線重點：如何連接 A0 腳位（VCC／GND／Signal）
在 Arduino 開發板上，類比輸入有專屬的區域，通常標示為 ANALOG IN (A0 到 A5)。接線時，電位器的三支腳位分別承擔不同的任務，請參考以下對應關係： 電位器接腳 (正面朝己)Arduino 腳位功能說明左側腳位GND接地，建立電壓參考點中間腳位 (訊號腳)A0輸出變動電壓給 Arduino 讀取右側腳位5V提供電力來源左側腳位： 連接到 Arduino 的 GND。右側腳位： 連接到 Arduino 的 5V。這兩根腳負責提供電壓環境，誰左誰右只會決定你旋轉時數值增加的方向不同（順時針變大或逆時針變大）。如果你發現旋鈕「往右轉數值反而變小」，只需要將 5V 與 GND 的兩根線對調即可，中間的 A0 訊號線保持不動。中間腳位（訊號輸出）： 這是最關鍵的一根腳，請連接到 Arduino 的 A0 腳位。 總結來說，你可以用一個簡單比喻來理解：左右兩腳是「拉出一條 5V 到 GND 的斜坡」；中間接腳是「在斜坡上找一個位置，回報現在的高度」轉動旋鈕時，中間腳輸出的電壓就會在 0V 和 5V 之間變動，A0 腳位就是在量「這個中間點現在大概有多高」，會把它看成 0～1023 的數值。 小提醒： 如果發現序列埠監測器的數字在跳動，或是停在 0/1023 不動，通常是因為中間的訊號腳接觸不良，或是電位器與 Arduino 沒有「共地（GND）」所導致。如果有外接電源或其他模組，也要共享同一個 GND。沒共地時，讀出來的數值很容易亂跳，甚至會有數字看起來不合理的狀況。 序列埠監測器觀測：使用 analogRead() 驗證實測步驟 接線完成後，我們要做一件事：「確認 Arduino 真的有把旋鈕位置讀成數字」，方法就是用透過一段簡單 analogRead 程式碼讀出來，將讀取到的類比數值透過序列埠視窗顯示。流程上會是把 Arduino 用 USB 接到電腦後、在 Arduino IDE 開啟新的草稿、撰寫測試用核心程式（告訴 Arduino 要讀 A0、把讀到的值印出來’、每隔一小段時間再讀一次） 1. 測試程式：類比腳位（A0-A5）預設即為輸入模式，因此不需要在 setup() 裡撰寫 pinMode。請在程式中加入以下邏輯： // 類比輸入基礎實測：讀取電位器數值
void setup() {
Serial.begin(9600); // 啟動序列埠通訊，速率設為 9600
}
void loop() {
int sensorValue = analogRead(A0); // 讀取 A0 腳位的電壓並轉為數字 (0-1023)
Serial.println(sensorValue); // 將數值印在序列埠監測器上
delay(100); // 延遲 100 毫秒，避免數值跳動過快
} 這段程式的核心邏輯是： 設一個變數來存讀到的數值（例如 sensorValue）。 在 loop() 裡重複做： 用 analogRead(A0) 讀一次 用 Serial.println() 把這個數值印出來 等個幾100毫秒再讀下一次，不用太快。 2. 啟動序列埠監測器（Serial Monitor） 上傳程式後，點擊 Arduino IDE 右上角的放大鏡圖示（或按下 Ctrl+Shift+M）。 3. 觀察數值變化 當你慢慢旋轉電位器，你會看到螢幕上的數字在 0 到 1023 之間平滑變動。這代表 Arduino 已經成功將旋鈕的「物理旋轉角度」轉化為精確的「數位數據」了。 正常情況你會看到：旋鈕轉到靠近 GND 那側 → 數值接近 0旋鈕轉到中間 → 數值大約落在 400～700 中間某一段（不需要剛好）旋鈕轉到靠近 5V 那側 → 數值接近 1023 如果你轉動旋鈕，數值都不變，或一直是 0／1023：先檢查電位器三腳有沒有接對（VCC、GND、A0）。再確認 A0 腳是不是程式裡也寫成 A0（不是寫成 D0）。最後再檢查是否有共地問題（GND 有沒有接回 Arduino）。 經過這一步，我們就完成了：從轉動電位器 → Arduino 類比腳位量到電壓 → 轉成 0～1023 的數字 → 顯示在序列埠監控視窗。 接下來要進入「類比輸出」與 analogWrite() 的部分。我們會解決一個看起來有點矛盾的問題：Arduino 的腳位明明只能輸出 0V 或 5V 這兩種狀態，為什麼卻能讓 LED 呈現「半亮」「微亮」這種中間程度？既然前面已經用類比輸入讀到了「強度數字」，Arduino 又是怎麼透過輸出端（PWM），把這個數字變成對應的亮度強弱？ 下面這一段，我們就來看 Arduino 怎麼在「只能開／關」的腳位上，做出一格一格不同亮度的效果。 Arduino類比輸出教學實作：PWM 調光與 analogWrite() 應用 上一段我們讓 Arduino 用 analogRead(A0) 讀到電位器的「強度數字」。接下來，我們要處理「輸出端」：讓 Arduino 把這個強度，變成 LED 的不同亮度等級。當我們讀取到電位器的數值後，最常見的應用就是控制 LED 的亮度。但在動手之前，我們必須先理解一個硬體上的真相：Arduino 的數位腳位其實只能輸出 0V 或 5V，它是如何做出「漸強、漸弱」效果的呢？。 類比輸出的真相：Arduino 如何用「快閃」模擬強弱？ 首先有一件很重要的事：Arduino 的腳位本質上還是只有兩種狀態：HIGH（給電）或 LOW（不給電）。
它其實沒有真的輸出 2.3V、3.7V 這種中間電壓。那為什麼 LED 看起來可以「微亮」「半亮」「最亮」？Arduino 達成類比輸出效果的技術稱為 PWM（脈波寬度調變）。它的運作邏輯不是改變電壓大小，而是改變「開啟時間的佔比」。 想像你以極快的速度切換開關，眼睛會因為視覺暫留將這串快閃訊號看成穩定的亮度：「全關」：持續輸出 0V，LED 熄滅。「關關開開」（50% 時間開）：切換速度快到肉眼看不見閃爍，感覺就像是「半亮」。「關開開開」（75% 時間開）：看起來就像是「高亮度」。這種透過調整輸出時間長短來模擬強弱的方式，其中「亮著的比例」，我們稱為 Duty Cycle（佔空比）。 所以也可以這樣理解：腳位其實還是只有「開／關」兩種狀態，但 Arduino 透過「開關的時間比例」來做出不同亮度等級，這就是我們在這裡說的「類比輸出效果」。 PWM 腳位辨識與 analogWrite() 語法 並非所有數位腳位都支援 PWM 功能。在 Arduino 開發板上，請認明腳位編號旁帶有 「~」 符號的腳位（如 D3, D5, D6, D9, D10, D11，實際以你手上的板子絲印標示為主）。這些腳位就可以用來作「亮度／強弱」控制（支援 analogWrite()）。如果用沒有「 ~ 」的腳位，則多半只會看到「開／關」，看不到平滑調光。 而在程式撰寫上，我們使用 analogWrite() 指令，呈現如 analogWrite(pin, value) 假設我們要D9的LED輸出的數值範圍為 0 到 255： analogWrite(9, 127); // 讓接在 D9 的 LED 以約一半的亮度發光。 pin：你要控制哪一個 PWM 腳位（範例就是已經接上 LED 的 D9腳位）value：這次要多亮，用一個「亮度等級」的數字表示 用更多的範例來說：假設數值範圍同樣是 0～255，大致可以這樣想： analogWrite(9, 0);
→ 亮度等級 0：LED 不亮（占空比接近 0%） analogWrite(9, 128);
→ 亮度等級大約中間值：LED 半亮（占空比約一半） analogWrite(9, 255);
→ 亮度等級最高：LED 最亮（占空比接近 100%） 而其實也不需要去背每一個數字代表幾％，只要記得這個原則：數值越小 → 亮著的時間越少 → 看起來越暗數值越大 → 亮著的時間越多 → 看起來越亮 實作前的驗證檢查：用固定亮度測試 PWM 效果，確保 LED 具備「調光」能力 在我們把電位器的輸入接進來連動之前，必須先確認硬體環境是否正確。這是一個好習慣：先確保輸出端（LED）能正常顯示不同亮度，避免待會出問題時分不清楚是「旋鈕沒接好」還是「LED 沒接對」。 1. 硬體檢查 確認 LED 這條路有接對。可以用下面這條路徑來檢查： Arduino D9（PWM 腳位） → 電阻 → LED 正極（長腳） → LED 負極（短腳） → Arduino GND出發點↓Arduino D9當 analogWrite() 輸出時，這裡提供電壓經過↓電阻 (220Ω ~ 1kΩ) 負責「擋住一部分電流」，避免 LED 被燒掉作用↓LED 正極 → LED 負極LED 發光接回：閉合迴路⤴Arduino GND回到共地，形成一個完整回路 記得要注意以下三個地方：確認腳位： LED 的正極（長腳）必須接在帶有 「~」符號 的 PWM 腳位（本例使用 D9）。保護電路： 在 D9 和 LED 之間（或 LED 和 GND 之間）串上一顆 220Ω～1kΩ 的限流電阻，是為了避免 LED 被電流衝過頭燒掉。共地：LED 負極（短腳）最後一定要確實接回 GND，讓整條路徑形成一個完整回路。 只要這三件事都確認無誤，D9 腳位在執行 analogWrite() 時，電流正常運行，在實驗時就可以看到的亮度變化就是正常、可預期的。 2. 撰寫「亮度階梯」測試程式 在把電位器接進來之前，我們先進行一個「亮度階梯」的測試，透過程式直接指定 Arduino 輸出四種不同的亮度等級（0 → 80 → 160 → 255），確認 analogWrite() 真的能控制 LED 的亮暗程度。 測試目標： 依序輸出 0 → 80 → 160 → 255 四種等級，觀察 LED 的亮度變化。 程式邏輯與運作說明腳位初始化：在 setup() 裡將 D9 設為輸出模式把Arduino D9 設定成輸出腳位（LED 已依前面步驟接在 D9 → 電阻 → LED → GND 上）。 階梯式輸出：在 loop() 裡利用 analogWrite() 依序發送 0、80、160、255 四種不同強度的 PWM 訊號。 節奏控制：每切換一次亮度，在輸出後加入 delay(1000)，讓 LED 的亮度切換停頓一秒，確保我們的肉眼能清晰分辨出每一階的亮度差異。 // 亮度階梯測試：驗證 PWM 輸出是否正常
void setup() {
pinMode(9, OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(9, 0); // 完全熄滅
delay(1000);
analogWrite(9, 80); // 微亮
delay(1000);
analogWrite(9, 160); // 中亮
delay(1000);
analogWrite(9, 255); // 最亮
delay(1000);
} 透過這個「0 → 80 → 160 → 255」的亮度階梯，可以很直觀地看到：雖然腳位本質上仍然只有開和關兩種狀態，但因為 analogWrite() 改變了「一段時間內亮著的比例」，眼睛看到的效果就變成一格一格不同的亮度。確認這個實驗沒問題後，我們再把前面用 analogRead(A0) 讀到的電位器數值，接到 analogWrite() 裡，讓旋鈕來決定要選哪一階亮度。 3. 實驗結果觀察： 上傳程式後，觀察 LED 的變化，你應該會看到以下四段明顯的亮度階梯： analogWrite(9, 0)：LED 完全熄滅（輸出 0V）。analogWrite(9, 80)：LED 微微亮起，呈現弱光。analogWrite(9, 160)：亮度明顯提升，大約是中等亮度。analogWrite(9, 255)：LED 呈現最亮狀態（100% 全開）。 這驗證檢查確保了兩件關鍵的事：硬體接線無誤：你的 LED 迴路（D9 → 電阻 → LED → GND）已正確閉合。PWM 成功運作：證實了 analogWrite() 確實能透過控制「開啟時間的比例」，讓只能輸出 0V 或 5V 的數位腳位，模擬出「有層次」的類比效果。當你確認 LED 能夠隨心所欲地控制亮度後，代表輸出端已經準備就緒！接下來，我們就要進入最後的重頭戲：將電位器的「旋鈕位置」與 LED 的「亮度」串聯起來，實作手動調光燈。 不過，實作到這邊你應該會發現：我們在前面電位器讀到的數值範圍是 0 ~ 1023，但 LED 亮度的範圍卻只有 0 到 255。為了讓這兩個不同規格的數據能順利溝通，我們將會用到一個非常有用的數學小工具 —— map() 函數。它能像比例尺一樣，自動幫我們把旋鈕的位置精準對應到最合適的亮度！ Arduino 專案實作：結合 map() 函數，打造電位器 LED 調光燈 前一個階段，我們已經確認了兩件事： analogRead() 讀得到電位器數值，而且會跟著旋鈕變化（0～1023 一路變動）analogWrite() 真的能讓 LED 出現「亮度階梯」（0 → 80 → 160 → 255 看得出差別） 接下來，我們就是將兩者串聯起來。接下來，我們要把電位器讀到的「訊號強弱」精準轉化為 LED 的「亮度等級」，讓原本枯燥的數字真正變成手動控制的視覺效果。透過這個實作，你將學會如何讓 Arduino 成為溝通物理旋轉與燈光變化的橋樑。 解決數值範圍的落差：為什麼讀取的 1023 不能直接用於亮度控制？ 在實作讀取端與輸出端連動時，我們會遇到一個很常見的「範圍不一致」現象，以我們這次電位器與LED的例子來說： 讀取端 (analogRead)：讀回來的數值範圍是 0 到 1023（共有 1024 階）。輸出端 (analogWrite)：接收的數值範圍則是 0 到 255（共有 256 階）。 如果直接將讀取到的analogRead()的結果（例如 700、900、1023）套用到 analogWrite()，效果會變得很不直覺。因為輸出端的最大值只到 255，這會導致你旋鈕轉不到四分之一圈時，亮度就已經達到極限，剩下的轉動過程幾乎沒有任何變化。因此，我們需要幫這兩個不同的範圍進行「換算」，將電位器的 0～1023 平滑地轉化為 0～255。而這種數值間的比例換算，在程式開發中我們更專業地稱之為『映射 (Mapping)』，意指將輸入數值精確地對應到目標範圍的特定位置。 為什麼兩端數值不統一？解鎖 1023 與 255 背後的位元邏輯 既然知道了必須進行「映射」，你可能會進一步好奇：為什麼電位器的最大值是 1023，而 LED 輸出的最大值卻是 255？這不是隨機設定的，而是源自於硬體的「解析度」差異： 輸入端（電位器訊號與 10-bit ADC）：Arduino 內部負責將電位器的類比電壓轉為數位的零件稱為「類比數位轉換器 (ADC)」，其解析度為 10-bit。它能將電壓切分成 $2^{10} = 1024$ 份，從 0 開始數，範圍就是 0 ~ 1023。輸出端（LED 亮度與 8-bit PWM）：負責控制 LED 亮度的 analogWrite() 則是 8-bit 的模擬輸出，只能呈現 $2^8 = 256$ 種變化，從 0 開始數，範圍就是 0 ~ 255。 正因為這兩端對訊號的「切分精度」不同，我們需要透過程式進行數據對接。這種精度差異，可以用兩把長度相同，但刻度密度不同的尺來理解： 電位器的尺（10-bit）是一把刻度極細的「公釐尺」，共有 1024 個小刻度，能感知極微小的轉動；而 LED 的尺（8-bit）則是一把較粗的「公分尺」，只有 256 個階層。因為兩把尺的「格子總數」完全不同，我們不能直接套用刻度編號（否則旋鈕轉不到四分之一圈，LED 的尺就走到底了）。因此，必須透過 map() 函數來幫忙「對齊比例」，確保當電位器轉到尺的一半時，LED 也能精準對應到自己尺的一半。 數值轉換的橋樑：map() 函數運作邏輯 面對數值範圍不一致的問題，Arduino 內建的 map() 函數就是最佳的解決方案。它的作用就像一把「比例尺」，能將一個數值範圍等比例地縮放到另一個範圍。 1. map() 的核心概念 簡單來說，map() 會幫你進行數學換算：如果輸入範圍的最大值 1023 對應到輸出的 255，那麼當前讀到的 512（範圍的中間點），應該對應到多少亮度？透過精密的計算，它會給出 127 這個精準的答案。而推薦使用 map() 是因為 map() 的語法邏輯非常清晰且通用性極強：未來如果你換成讀值範圍不同的感測器（例如光敏電阻），你只需要修改函數中的參數，就能立刻完成對應。 2. 語法結構拆解 為了存放轉換後的結果，我們需要建立一個新的變數（例如命名為 brightness），並將 map() 計算後的數值存入其中： int brightness = map(val, 0, 1023, 0, 255) 這行指令可以直覺地理解為：「看看旋鈕讀值 val 在 0～1023 的哪個位置，就把它同步映射到 0～255 的同一個相對位置，並把結果記在 brightness 裡」也就是「旋鈕從最小轉到最大，亮度就會從最暗一路對應到最亮，而且比例是線性的」 int brightness宣告一個整數變數，用來儲存映射後、準備給 LED 使用的「亮度等級」。val你目前讀到的原始數值（即從旋鈕 analogRead 得到的數字）。0, 1023定義「原本的輸入範圍」（從最小到最大）0, 255定義「目標的輸出範圍」（你希望轉換後的亮度等級）。 小補充：快速除法（直覺版） 其實也可以用另一種方式理解：因為1023 大約是 255 的 4 倍，所以可以用「除以 4」快速縮小範圍。也就是：讀到 0～1023 → 變成 0～255，就是將數值直接 除以 4。雖然這也能達成目標，但在撰寫程式時，使用 map() 函數是更標準且通用的做法。 完整範例程式碼：手動調光燈專案 最後，我們將所有邏輯結合在一起。請先確保硬體的電位器接在 A0，LED 接在 D9（帶有 ~ 符號的腳位）。 // 最終實作：手動調光燈 (結合類比輸入與 PWM 輸出)
const int potPin = A0; // 電位器接 A0
const int ledPin = 9; // LED 接 D9 (支援 PWM)
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
}
void loop() {
// 1. 讀取旋鈕值 (0~1023)
int val = analogRead(potPin);
// 2. 使用 map 函數進行範圍映射 (從 0~1023 轉為 0~255)
int brightness = map(val, 0, 1023, 0, 255);
// 3. 輸出 PWM 訊號控制亮度
analogWrite(ledPin, brightness);
// 同步在螢幕印出數值，方便觀察轉換邏輯
Serial.print("旋鈕值: "); Serial.print(val);
Serial.print(" -> 轉換亮度: "); Serial.println(brightness);
delay(50);
} 最終實驗觀察 上傳成功後，當你慢慢旋轉電位器，LED 將會呈現極為平滑的亮度變化。打開「序列埠監測器」，你會看到左邊的輸入數值（0~1023）與右邊轉換後的亮度等級（0~255）呈現完美的比例跳動。恭喜你已經掌握了 Arduino 類比控制中最核心的「類比輸入 > 換算 > 類比輸出」邏輯，這也是未來製作自動調光燈、溫控風扇等進階專案的基礎。 疑難排解：讀值跳動、LED 閃爍、接線未共地的常見錯誤 如果遇到「電位器調光」運作不如預期，別擔心，這通常是電路或程式中的小細節出了問題。下面這幾個狀況，是最常見的卡關點。你可以對照遇到的狀況來檢查排查錯誤。 狀況 1：旋鈕怎麼轉，數值都不變（固定在 0 或 1023） 腳位檢查：檢查電位器三腳有沒有接對，電位器中間的腳才是 Signal（訊號線），必須接在 A0。而兩側分別接 5V 和 GND。定義確認：檢查程式碼中的 analogRead(A0) 是否與實體接線一致，很多新手會把 A0 寫成 0 或 D0，讀到的就不是電位器。接觸不良：檢查電位器是不是插歪或接觸不良：麵包板沒插到底，會造成看起來「一直不動」。 狀況 2：讀值變動劇烈、不穩定（LED 亮度一直在抖動）最重要的「共地」：確認電位器的 GND 與 LED 的 GND 都有連回到 Arduino 的 GND 腳位。雜訊干擾：如果環境中電子設備過多，數值會輕微跳動。可以試將程式中 delay(20) 加大到 delay(50)，讓數據輸出平滑一點，因為程式更新太快會看起來在抖動。麵包板軌道：部分大型麵包板中間的紅藍電源線是「斷開」的，請確認你的接線在同一區塊內，或有用跳線連接。 狀況 3：LED 只會亮或不亮，看不到漸亮漸暗PWM 腳位限制：LED 沒接在 PWM 腳位是最常見的錯誤！請確認 LED 的正極（長腳）接在有 「~」 符號的腳位（如 D3, D5, D6, D9, D10, D11）。注意：若你用的是不同板型或相容板：PWM 腳位標示可能不同，請以板子上的 ~ 為準。函式誤用：確認程式碼是用 analogWrite() 而不是 digitalWrite()、檢查 analogWrite() 的 pin 是否跟你接線一致：你接 D9，但程式寫 D6，就無法順利運行。 狀況 4：LED 完全不亮或亮度極微弱LED方向檢查：LED 是有極性的，長腳接到電阻那側（靠 PWM 腳位），短腳接回 GND。電阻值過大：如果用了過大的電阻（例如 10kΩ），電流會太小導致 LED 看不見亮光。建議使用 220Ω 到 1kΩ 之間的電阻。沒電阻可能燒 LED；電阻太大則會很暗。電壓不足：檢查 5V / 3.3V 供電是否一致，如果板子是 3.3V 系統，亮度與讀值會跟 5V 系統有差異，電壓不足但應該還是能正常變化，但LED 的亮度動態範圍會變窄。 到這邊我們已經完成了這個專案！雖然我們今天的目標是「電位器調光」，但這篇內容的真正的核心價值，在於你已經掌握了一套足以應付 80% Arduino 專案的通用控制流程：類比輸入（Input）：從現實世界讀取一個代表「程度」的數字（如旋鈕位置、光線強弱、溫度高低）。數值轉換（Processing）：利用 map() 函數，將讀到的數字精準翻譯成你需要的控制刻度。類比輸出（Output）：利用 PWM 技術 與 analogWrite()，將結果轉化為實體的動作（如亮度、轉速或聲音）。只要掌握了這套「讀取、轉換、輸出」的邏輯，你就能隨意更換手邊的零件，變換出無數種組合。例如：將電位器換成光敏電阻，調光燈就變成了「自動感應小夜燈」！ Arduino PWM 進階觀念與延伸應用 掌握了這套通用的控制流程後，我們可以進一步思考：除了控制 LED 亮度，PWM 還能應用在哪些地方？在 Arduino 的世界裡，只要涉及控制強弱、速度或頻率，幾乎都是 PWM 的守備範圍。不過，不同硬體裝置對訊號的「運作特性」與「訊號規範」其實都不太一樣，這也決定了我們在程式中會選用最合適的指令，例如： LED 看重「脈寬比例」：只需要知道一段時間內「開」與「關」的佔比（Duty Cycle），佔比越高燈就越亮。馬達看重「時序精確度」：需要極其精確的脈衝寬度（脈衝持續時間的長短）來決定轉動的精準位置。聲音看重「震盪頻率」：需要透過改變開關切換的「速度」（Frequency）來產生高低不同的音高。 為了讓開發流程更方便，Arduino 已經預先將這些複雜的物理計算封裝成了更直觀的專用函數。這就是為什麼在控制馬達或聲音時，我們會針對其控制邏輯切換指令，而不再僅僅使用 analogWrite()。 1. 直流馬達（DC Motor）：控制轉速快慢 直流馬達與 LED 的原理相同，是利用 PWM 改變輸出的平均電壓來決定旋轉快慢。指令特色：使用 analogWrite(0-255)。 因為 LED 是控制「亮度的強弱」，而馬達則是控制「轉速的快慢」，兩者邏輯完全一致。應用場景：遙控車加減速、小風扇的風量調節。映射邏輯：因為旋鈕讀值是 0~1023，而馬達速度範圍是 0~255。所以映射公式為：map(val, 0, 1023, 0, 255)。 2. 伺服馬達（Servo Motor）的角度控制 伺服馬達屬於位置控制。它會解讀脈衝的持續時間，並轉向特定角度後停住。指令特色：analogWrite 給的是比例（0-255），但伺服馬達需要的是角度。為了方便操作，Arduino 準備了 write(角度) 指令，讓你直接指定 0 到 180 度。應用場景：機器手臂的關節、自動門的開關（轉 90 度開門，轉 0 度關門）、攝影機的旋轉底座。映射邏輯：因為旋鈕讀值是 0~1023，而馬達的旋轉範圍是 0~180 度。所以映射公式為：map(val, 0, 1023, 0, 180)。 3. 無源蜂鳴器（Passive Buzzer）的音高控制 蜂鳴器發聲是靠快速開關產生的震動。震動得越快，聲音就越高。指令特色：analogWrite 的震動速度（頻率）是固定的，聽起來音高不會改變。為了能彈奏音階，Arduino 準備了 tone(頻率) 指令，讓你直接指定每秒要震動幾次（Hz）。應用場景：警報器音效（由低音變高音）、電子琴、按鈕按下的提示音。映射邏輯：因為旋鈕讀值是 0~1023，而我們要控制的音階範圍（例如中央 C 到高音 C）是 262~523。所以映射公式為：map(val, 0, 1023, 262, 523)。 重點小結：三種輸出的換算對照表 無論硬體怎麼換，你只需要決定旋鈕轉到底時，你想要的是「最亮」、「最快」、「轉到幾度」還是「什麼音高」：裝置類型關鍵指令實體反應map() 映射目標LED 燈 / 直流馬達analogWrite()亮度 / 速度0, 255伺服馬達myServo.write()旋轉角度0, 180無源蜂鳴器tone()音高頻率262, 523 小結與下一步：開啟你的自動化控制之路 到這裡，你已經跨越了 Arduino 開發中最重要的一道門檻：從數位訊號（只有 0 與 1）進化到了類比訊號（連續變化的世界）。這篇教學的核心價值，不在於你做出了一個調光燈，而是你掌握能夠應對大多數專案的「通用控制邏輯」： 輸入 (Input)：利用電位器（或感測器）擷取現實世界的連續變化。處理 (Processing)：利用 map() 函數將讀值「映射」到你需要的範圍。輸出 (Output)：利用 PWM 技術，精確控制亮度、轉速、角度或音頻。 只要邏輯不變，你就能隨意更換零件。例如把電位器換成光敏電阻，這座調光燈就變成了「自動感應小夜燈」；把 LED 換成馬達，就變成了「手動調速風扇」。 下一步練習建議：用 analogRead / map / analogWrite 做更多控制效果 在進入下一章之前，你可以嘗試以下練習來加深這次學到的觀念： 讓反應更平滑：嘗試調整程式中的 delay() 數值。觀察看看當延遲時間變長或變短時，LED 的亮度變化與 Serial Monitor 的數據刷新速度有什麼不同？改變映射範圍：試著修改 map() 函數的最後兩個參數（例如改為 0, 50）。觀察看看為什麼旋鈕轉到底後，LED 卻變得很暗？這能幫助你更直覺地理解「映射」的意義。資訊可視化 (進階預告)：在後續我們學到 Serial Monitor 與 LCD 顯示器 後，你可以練習將電位器的數值直接顯示在螢幕上，達成真正的「資訊可視化」。情境規則練習 (進階預告)：等我們學完下一章的 if 判斷式，你可以挑戰：「只有當旋鈕轉超過一半時，LED 才開始發光」這種帶有邏輯規則的控制。 下一章節預告：使用 if 條件判斷與 millis 函式賦予專案「思考能力」與「時間觀念」 雖然我們現在能透過旋鈕調整亮度，但目前的程式只是單純地「讀取並執行」。如果我們希望專案更聰明一點，例如在光線低於某個數值時才自動啟動，這就需要透過 if/else 「邏輯判斷」 來下達指令；又或者，如果你想讓多個零件同時運作而不互相干擾，該怎麼辦呢？在下一篇教學中，我們將深入探討 Arduino 的控制結構 與 時間處理。我們將回顧並結合今天學到的類比技術，教你如何運用 if/else 與 millis()，賦予專案「自主邏輯」與「多工處理」的能力！
