單片機小製作,LED小燈瓶

有一天在網上看到一個製作——LED電子螢火蟲，我感覺電路很有特點，於是就想仿製一個。那個LED電子螢火蟲用的是ATtiny13單片機來控制，我也正好有。而且硬體製作比較簡單，成本也不高，10元錢都不到，就能DIY一個。雖然簡單，但是製作卻需要耐心和細心，畢竟需要連接12個LED，焊接的工作量不少，我自己用了一個下午才完成，而程序更是陸陸續續地寫了幾個小時。

估計你會很好奇地問，一共才6個可用I/O引腳的 ATtiny13，怎麼能驅動12個LED呢?其實，我要告訴你，它不僅可以點亮每個LED，而且還能控制每個LED的亮度呢!這才是本次製作的精華。在製作的過程中，發生了一點小小的意外。由於我購買的JST充電線和原來的充電器引腳相反，致使我原本打算使用的小型鋰電池損壞，不能充電。在萬般無奈的情況下，我只好更換體積更大的鋰電池了。

主要材料

圖6.1 製作所需的主要材料

這次的主要元器件就是ATtiny13單片機和12個LED。當然還有雙絞線、洞洞板、電池、空瓶子、電阻等其他輔助材料，如圖6.1所示。

本製作使用的是8個引腳的ATtiny13單片機，這款單片機現在的價格很便宜，4元左右就能買到。ATtiny13 是AVR 單片機，它有1KB 的 Flash、64B 的EEPROM、64B 的SRAM、6 個通用I/O口線、32個通用工作寄存器、1個具有比較模式的8位定時器/計數器、片內/外中斷、4路10位ADC、具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，以及3種可以通過軟體進行選擇的省電模式。12個LED為普通的3mm發黃色光的LED。

製作過程

1 焊接單片機插座。

2 焊接兩個電阻。

3 雙絞線套入熱縮管後，焊接LED。焊接好後，用打火機加熱熱縮管，使其收縮固定。最後，別忘了再扭下熱縮管。

4 焊接好的12個LED。

5 雙絞線焊接到洞洞板上。

6 洞洞板和雙絞線焊接好的效果。

7 焊接JST插頭、鋰電池和開關。

8 在瓶子上開口。

9 用熱熔膠固定。

10 裝入瓶子中。

控制原理

為什麼6個I/O能控制12個LED呢?它們之間會不會相互影響呢?其實，這樣的連接方式不僅能控制每個LED，還能控制其亮度呢!之所以能這樣連接，是因為AVR單片機的每個I/O都是3態輸出。如果用普通51單片機，這樣連接是不行的。

那麼又是如何控制LED的亮度呢?控制亮度的關鍵是ATtiny13的兩路PWM，它們可以分別設置連接到PB0和PB1引腳上。在ATtiny13使用內部振蕩器的情況下，PWM的最高頻率可設置為47.5kHz。而且PWM的極性可以通過設置寄存器而改變，這使得12個LED亮度的控制更加簡單了。

先談談如何控制每個LED單獨的亮和滅。ATtiny13的每個I/O都有4種狀態，即輸出0狀態、輸出1狀態、高阻態(懸空態)、帶上拉電阻的高阻態。要使LED亮，必須要讓LED中流過正向的電流，如果要讓最左邊的LED亮，PB1輸出1、PB2輸出0即可。但是，其他不相關的引腳需要設置成高阻態。否則，如果PB0此時也為1的話，第2個LED也會亮。總之，為了保證其他LED不受到影響，在設置某個燈亮時，必須先把所有I/O設置成不帶上拉的高阻態。

能控制亮和滅有什麼了不起?呵呵，其實還能控制每個LED單獨的漸變，就是漸漸變亮，漸漸變暗。我舉個例子吧，如果要最左邊的LED漸漸變亮，就先設置PB2引腳為0電平，PB1引腳設置為高電平驅動的PWM波。然後，程序逐漸控制PB1的PWM狀態，通過調整PWM高電平的脈寬長度來實現亮度控制。當PWM高電平的時間長時，LED就變亮了。反之，LED就變暗了。

那麼電路原理圖(見圖6.2)中第7個反過來接的LED怎麼實現亮度控制呢?原理還是一樣，只是PB2將剛才的0電平設置成1電平，原來PB1為高電平脈衝驅動的PWM波設置成低電平脈衝驅動的PWM波即可。同樣，要控制第7個LED的亮度，就控制PWM低電平的脈寬長度，當低電平的脈寬長度長時，LED就變亮了。反之，LED就變暗了。

圖6.2 控制電路原理圖

那麼能實現所有的LED同時發光嗎?製作過程中，這個功能的實現倒是困擾了我一會兒。後來，我想到了動態掃描。什麼是動態掃描?老式電視機不就是這個原理嗎?電視機通過磁場讓射線高速地掃描屏幕，從而產生一幅畫面。那麼，讓每個燈分別亮1ms左右，然後像電視機一樣不斷地掃描，看上去就都亮了。在此基礎上，再控制每個燈的亮度數值，就能實現整體亮度控制了。如果LED足夠多，單片機引腳也足夠多，還可能顯示一副灰度畫面呢!

3種效果的程序編寫

程序的PWM頻率設置為最高的37.5kHz。之所以選擇這麼高的頻率是為了不影響動態掃描。試想，如果PWM頻率為100Hz，那麼還怎麼動態掃描呢?在程序中，動態掃描實際的頻率為62Hz。這已經足夠騙過人的眼睛，讓我們看不到燈的閃爍。

在單片機的中斷代碼中，程序每過26s就會產生溢出中斷一次，通過變量count計數中斷次數。當中斷的次數達到50次時，就更換下一個LED，顯示它對應的亮度。LED的亮度存儲到led[ ]這個數組中，每個LED通過載入對應的亮度值，即通過改變PWM產生寄存器的OCR0A與OCR0B，來實際控制高低電平脈寬長度，最終實現亮度的控制。當然，每次通過PWM控制亮度，都要先根據LED的驅動電平方式，重新設置PWM的控制模式。在此之前，還要記得設置不相關的引腳為高阻態。

LED的3種效果控制程序能夠實現LED不斷地變換，只要調用就能分別實現如下功能：所有LED的呼吸效果、逐個點亮和熄滅LED、LED流水顯示的效果。從編程的思路上講，led[ ]數組存放了12個元素，每個元素所存內容，即對應每個LED燈亮度值。要改變某個LED燈亮度，都是通過設置led[ ]數組中對應元素的 PWM 緩衝數值來實現自動變換。要讓所有的燈全亮只需設置數組中的每個元素的數值都為255即可。如果要一半的亮度就設置為128。要讓某個燈單獨最亮，只要設置這個LED元素數值為255，其他的元素為0。如果任意LED要產生漸漸變亮的效果，那麼只要對應數組元素中的數值從0逐漸變為255即可。同理，漸漸變暗，數值就從255變成0。要實現什麼樣的效果，大家可以通過改變led[ ]數組來實現。