单片机小制作，LED小灯瓶
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，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。
主要材料
图6.1 制作所需的主要材料
这次的主要元器件就是ATtiny13单片机和12个LED。当然还有双绞线、洞洞板、电池、空瓶子、电阻等其他辅助材料，如图6.1所示。
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。
2 焊接两个电阻。
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。
4 焊接好的12个LED。
5 双绞线焊接到洞洞板上。
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。
8 在瓶子上开口。
9 用热熔胶固定。
10 装入瓶子中。
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，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亮度的控制更加简单了。
先谈谈如何控制每个LED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，如果要最左边的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(见图6.2)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。
图6.2 控制电路原理图
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100Hz，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，显示它对应的亮度。LED的亮度存储到led[ ]这个数组中，每个LED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不断地变换，只要调用就能分别实现如下功能：所有LED的呼吸效果、逐个点亮和熄灭LED、LED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。