单片机小制作，七彩“魔法瓶”

一看题图，你可能会想，不就是一个普通的玻璃瓶吗?但是这个瓶子的功能却不简单，瓶子会感知周围光线的强度而改变内部的LED流动花式。当你的手背着光源的位置向前靠近时，口里再喃喃几句“魔法咒语”，神奇的现象出现了，本来的花式突然改变了，时而变蓝，时而变红。当你的手继续靠近时，然后可以关灯，这时瓶子闪烁得更加耀眼，更加激烈了，哇，太神奇了，竟然可以“隔空控制”!如果将此作品放在家里客厅或宿舍，一定会吸引很多客人或同学的眼球，而且可以活跃气氛。

“七彩魔法瓶”的奥秘是运用光敏电阻探测出周围光线的强弱，再根据光度由强到弱分成8个区间，每个区间都有一种不同的LED流动花式，第一个区间(也即是光照最强时)“魔瓶”不断显示红、绿、蓝的颜色;第二到第四个区间分别是显示由红色、绿色和蓝色的3种不同颜色的不同显示主题，不同的颜色能改变人的心情，因此随着主题的改变，心情也改变了;第五个区间(光照较暗时)瓶子会逐渐变化出类似彩虹的七彩颜色，因为红、绿、蓝三原色进行不同的组合就会得到不同的颜色;第六个区间是我们熟悉的流水灯，先由前排逐个流动，然后后排逐个流动;第七个区间是我最喜欢的，先逐渐显示单数和双数排的LED灯，同时，在瓶子内部的黄色和绿色草帽高亮LED灯交替亮起，发射出的光线经过洞洞板和玻璃瓶透射出来，显得特别好看;最后一个区间是光照最暗的时候，内部的高亮LED都亮起，同时左右排的LED灯交替亮，之后全部闪烁，达到最激烈的程度。相信在场观众的心情此时会达到高潮，很有创意吧，下面让我们一起来制作!

电路原理

◆ 20脚的STC12C2052AD单片机1个(或者选用同类有AD功能的单片机)

◆红、绿、蓝贴片LED各4个

◆绿色和黄色的高亮草帽LED各1个

◆ 470Ω贴片电阻6个

◆ 1kΩ贴片电阻2个

◆ 10kΩ贴片电阻1个

◆光敏电阻1个

◆ 7.5cm×7cm的玻纤洞洞板1块(玻纤板透光效果好)

◆排针若干

◆瓶口大小合适的空玻璃瓶子1个

01 用裁刀把7.5cm×7cm的玻纤洞洞板裁成3块的2.5cm×7cm大小的形状，玻纤板有一种半透明感，能把内部的光更好地透射出来，显示的效果更加美观。当然，如果材料有限也可以用其他的洞洞板，只不过效果没那么酷罢了。

02 然后在其中的一块洞洞板背面分别焊接上贴片LED和470Ω的贴片电阻，此作品要求越小越好，因此元器件都选用了贴片封装以减小体积，LED从左往右的排列为红、绿、蓝、红、绿、蓝(对应单片机的P3.0～P3.5引脚)。为了显示出七彩的效果，一定要按照红、绿、蓝的排列顺序，这三原色能组合出多种不同的颜色。注意要在中间间隔两个焊盘的位置，因为这块板子是放在左边的位置，也就是单片机P3组引脚的一边，为了更好地方便后面的对应焊接，中间跳过晶体振荡器引脚部分而焊接，焊接完成后如图所示。

03 在另一块板子，如图所示，连续焊接上贴片LED和470Ω的贴片电阻，此处6个LED灯对应P1.2～P1.7引脚，LED灯按照电路图所示的蓝、绿、红、蓝、绿、红的顺序排列。注意上面两块板子要对应好单片机的引脚位置。

04 分别剪出10针和7针的排针，并且用钳子把其弯曲成120°，如图所示，然后分别焊接在上面两块板子上，10针的对应电路图的左边，7针的对应电路图的右边。注意，要对应好LED灯位置，多出来的排针用于电源之间的连接。

05 在剩下的一块板子上焊接20脚的IC插座，然后把黄、绿两个高亮草帽LED灯的顶部弯曲成90°，如图所示，分别摆放在两端位置，黄、绿两个LED灯的顺序根据个人喜好摆放。

06 在背面焊接上光敏电阻的10kΩ贴片上拉电阻和两个高亮LED的1kΩ限流电阻，焊接完成后如图所示。

07 把左边部分的板子引出的排针对应好单片机的左边引脚位置，一一对应，注意板子背面朝外，大约弯曲成60°，然后用焊锡焊接固定好。

08 再把另一边的板子也按照上一步骤焊接上，也要注意排针对应好单片机的引脚位置，并且把光敏电阻从左边板子穿插进电路板内部，把光敏电阻的两端分别连接在单片机P1.0口和电源负极，这部分完成后如图所示。于是，一个由洞洞板组成的小型“金字塔”就制作完成了。

09 用一条大约1m长的两排排线把电源正、负极引出来，如图所示。你也可以多加两条排线把单片机的两个数据口引出来，方便程序的更新，由于我之前已经调试好了程序，因此在这里没有把数据线引出来。

10 接上电源，用手电筒在较暗的地方不断靠近光敏电阻，看看LED灯的花式显示结果是否如自己编写的程序一致，如图所示。

11 调试好程序后，就可以把它放进一个空玻璃瓶子里了，在底面板子的两端边上粘贴上双面胶，然后用镊子轻轻放进瓶子内部，在适合的位置上粘上去固定好，作品就可以宣布完成了，如图所示。电子爱好者也要加强环保意识，尽量利用废弃的物品来完成我们的电子制作，减少垃圾量，做到以废变新，这是一个不错的主意吧!而且LED灯发出的光在玻璃瓶的内壁折射又反射，显示出来的效果会比想象中要好多了!

12 插上电源，把“魔法瓶”放进较暗的地方，立即会显示出更加灿烂的炫彩闪耀效果，你一定会喜欢的。

程序部分说明

本作品最主要的部分是利用STC单片机内部的A/D转换功能，读取光敏电阻的阻值变化，进而控制LED灯的流动花式。STC12C2052AD内部置有8位AD转换功能，读取到的数为0～255的数值，然后把读到的数值分为几个范围区间，每个区间分别显示不同的LED流动花式。这里要注意的是，编写不同范围程序时，不能直接写成如“if(4040)&&(m<=60))”。

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。

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，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。

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