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《无线电》

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发表于 2020-7-25 01:54:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
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起源
有一天在网上看到一个制作——LED电子萤火虫,我感觉电路很有特点,于是就想仿制一个。那个LED电子萤火虫用的是ATtiny13单片机来控制,我也正好有。
而且硬件制作比较简单,成本也不高,10元钱都不到,就能DIY一个。虽然简单,但是制作却需要耐心和细心,毕竟需要连接12个LED,焊接的工作量不少,我自己用了一个下午才完成,而程序更是陆陆续续地写了几个小时。
估计你会很好奇地问,一共才6个可用I/O引脚的 ATtiny13,怎么能驱动12个LED呢?其实,我要告诉你,它不仅可以点亮每个LED灯,而且还能控制每个LED的亮度呢!这才是本次制作的精华。在制作的过程中,发生了一点小小的意外。由于我购买的JST充电线和原来的充电器引脚相反,致使我原本打算使用的小型锂电池损坏,不能充电。在万般无奈的情况下,我只好更换体积更大的锂电池了。
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功能及特点
■ 你可以送给朋友作为生日礼物。
■ 它发出的淡黄色的光很温馨,可以在吃饭、聚会时烘托气氛。
■ 虽然LED灯瓶有12个LED,由于程序使用的是逐点动态扫描的驱动方式,整体功耗仅仅相
当于点亮一个LED灯。因此,电池充电一次,连续工作一个星期不成问题。
■ 用6个I/O引脚的单片机驱动12个LED。
■ 可控制LED的亮/灭及渐变。

这次制作的主要元件就是ATtiny13和12个LED灯。当然还有双绞线、洞洞板、电池、空瓶子、电阻等其他辅助材料。
本制作使用的是8个引脚的ATtiny13单片机,这款单片机现在的价格很便宜,4元左右就能买到。 ATtiny13是AVR单片机,它有1KB的 Flash、64B的EEPROM、64B的SRAM、6个通用I/O口线、 32个通
用工作寄存器、1个具有比较模式的8位定时器/计数器、片内/外中断、4路10位ADC、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,以及3种可以通过软件进行选择的省电模式。12个LED为普通的3mm发黄色光的LED。

制作过程

1.焊接单片机插座。
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2.焊接两个电阻。

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3.双绞线套入热缩管后,焊接LED。焊接好后,用打火机加热热缩管,使其收缩固定。最后,别忘了再扭下热缩管。

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4.焊接好的12个LED。

5.双绞线焊接到洞洞板上。

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6.洞洞板和双绞线焊接好的效果。
7.焊接JST插头、锂电池和开关。

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8.在瓶子上开口。

9.用热熔胶固定。

10.装入瓶子中。
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控制原理
为什么6个I/O能控制12个LED呢?它们之间会不会相互影响呢?其实,这样的连接方式不仅能控制每个LED灯,还能控制其亮度呢!之所以能这样连接,是因为AVR单片机的每个I/O都是3态输出。如果用普通51单片机,这样连接是不行的。
那么又是如何控制LED灯的亮度呢?控制亮度的关键是ATtiny13的两路
PWM,它们可以分别设置连接到PB0和PB1引脚上。在ATtiny13使用内部振荡器的情况下,PWM的最高频率可设置为47.5kHz。而且PWM的极性可以通过设置寄存器而改变,这使得12个LED灯亮度的控制更加简单了。
先谈谈如何控制每个LED灯单独的亮和灭。ATtiny13的每个I/O都有4种状态,即输出0状态、输出1状态、高阻态(悬空态)、带上拉电阻的高阻态。要使LED亮必须要让LED中流过正向的电流,如果要让最左边的LED亮,PB1输出1、PB2输出0即可。但是,其他不相关的引脚需要设置成高阻态。否则,如果PB0此时也为1的话,第2个LED灯也会亮。总之,为了保证其他LED不受到影响,在设置某个灯亮时,必须先把所有I/O设置成不带上拉的高阻态。
能控制亮和灭有什么了不起?呵呵,其实还能控制每个LED单独的渐变,就是渐渐变亮,渐渐变暗。我举个例子吧,果要最左边的LED渐渐变亮,就先设置PB2引脚为0电平,PB1引脚设置为高电平驱动的PWM波。然后,程序逐渐控制PB1的PWM状态,通过调整PWM高电平的脉宽长度来实现亮度控制。当PWM高电平的时间长时,LED就变亮了。反之,LED
就变暗了。
那么电路原理图中第7个反过来接的LED怎么实现亮度控制呢?原理还是一样,只是PB2将刚才的0电平设置成1电平,原来PB1为高电平脉冲驱动的PWM波设置成低电平脉冲驱动的PWM波即可。同样,要控制第7个LED的亮度,就控制PWM低电平的脉宽长度,当低电平的脉宽长度长时,LED就变亮了。反之,LED就变暗了。
那么能实现所有的LED同时发光吗?制作过程中,这个功能的实现倒是困扰了我一会儿。后来,我想到了动态扫描。什么是动态扫描?老式电视机不就是这个原理吗?电视机通过磁场让射线高速地扫描屏幕,从而产生一幅画面。那么,让每个灯分别亮1ms左右,然后像电视机一样不断地扫描,看上去就都亮了。在此基础上,再控制每个灯的亮度数值,就能实现
整体亮度控制了。如果LED足够多,单片机引脚也足够多,还可能显示一副灰度画面呢!
3种效果的程序编写程序的PWM频率设置为最高的37.5kHz。之所以选择这么高的频率是为了不影响动态扫描。试想,如果PWM频率为00Hz,那么还怎么动态扫描呢?在程序中,动态扫描实际的频率为62Hz。
这已经足够骗过人的眼睛,让我们看不到灯的闪烁。
在单片机的中断代码中,程序每过26μs就会产生溢出中断一次,通过变量count计数中断次数。当中断的次数达到50次时,就更换下一个LED灯,显示它对应的亮度。LED的亮度存储到led[ ]这个数组中,每个LED灯通过载入对应的亮度值,即通过改变PWM产生寄存器的OCR0A与OCR0B,来实际控制高低电平脉宽长度,最终实现亮度的控制。当然,
每次通过PWM控制亮度,都要先根据LED的驱动电平方式,重新设置PWM的控制模式。在此之前,还要记得设置不相关的引脚为高阻态。
LED的3种效果控制程序能够实现LED灯不断地变换,只要调用就能分别实现如下功能:所有LED灯的呼吸效果;逐个点亮和熄灭LED灯;LED灯流水显示的效果。从编程的思路上讲,led[ ]数组存放了12个元素,每个元素所存内容,即对应每个LED灯亮度值。要改变某个LED灯亮度,都是通过设置led[ ]数组中对应元素的 PWM 缓冲数值来实现自动变换。要让所有的灯全亮只需设置数组中的每个元素的数值都为255即可。如果要
一半的亮度就设置为128。要让某个灯单独最亮,只要设置这个LED灯元素数值为255,其他的元素为0。如果任意LED要产生渐渐变亮的效果,那么只要对应数组元素中的数值从0逐渐变为255即可。同理,渐渐变暗,数值就从255变成0。要实现什么样的效果,大家可以通过改变led[ ]数组来实现。
■ 本制作的源代码可到《无线电》网站www.radio.com.cn上下载,程序使用CVAVR编译,点击工程文件
即可直接打开修改。当然你不想修改、完善的话,可以直接烧录编译好的HEX文件。












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