圣诞节快到了,送朋友一张来自极客的卡片吧

可以闪烁并发出声音的节日贺卡总是能够吸引我们。图中这个 DIY 贺卡就是我们用 ATtiny13A 和一些 LED 灯制作的极客版圣诞贺卡。按下上面的按钮,圣诞树上的灯就会闪闪发光。今年我们就把这样的卡片送给了朋友和家人们。制作这个贺卡的过程充满了乐趣。这个教程解释了我们的制作过程,还有一些开源的文件供您制作使用。

第一步:硬件—ATtiny13A

电路图和 PCB 是用 Cadsoft Eagle 的免费软件制作的(软件获得网址)。可以在谷歌项目代码网页上下载最新版的设计文件和固件(获取地址)。

AVR ATTINY-13A 是一个小型的 ATMEL ATtiny13A微型控制器 它是电路的核心。其中一个引脚 (PWM)用来点亮灯泡,其他的引脚大多数是用来编程和提供电源的。

你也可以用 555 定时器 来得到相似的效果,或者你也可以分立这些原件。总之,我们的目标是学习一下新的微控制器家族,然后让破解变得更简单一些。

ATtiny需要一个10K的 上拉电阻(R1),以保持复位引脚高位状态。还需要一个微型触控开关(S1),通过短暂地连接接地复位引脚来重启 ATtiny。 A0.1uF 的电容(C1)要对电源的芯片进行消耦处理。

第二步:硬件—编程和电池

ATtiny 单片机是通过一个 6 针编程在 系统编程连接器(ISP)中编程的。ISP的头朝向卡的背面。我们做了一个编程探头,这样就不用在板上再焊接一个镇头了。

电源由 PCB 背面一个 3 伏 20 毫米的 纽扣锂电池 提供(BAT1)。电池盒应该适用于2025或者2032的纽扣电池。另外,ATtiny 可能会在一个电压范围内工作,最低是 1.8 伏。

第三步:硬件—圣诞树LED灯

我们使用的一闪一闪的小小圣诞树灯是 0805 表面贴片的发光二极管(LED1-10)。每个 LED 都有限流电阻(R3-12)。我们在开发过程中使用 390OHM 电阻,3 毫安 3 伏的和 8 毫安 5 伏的。所有的 10 个 LED 灯用电池供电总共需要 30 毫安。

对于 ATtiny 的引脚来说,30 毫安的电流进出有点太多了。所以,要增加一个 NPN 晶体管(T1)来转换 LED 灯的接地连接。另外,晶体管也需要一个基极电阻(R2),以限制从单片机引脚中流出的电流。

LED 灯需要以正确的方向进行连接才能保证点亮。通孔 LED 通常有一个较长的引线,它指示电源正极(阳极)。贴片 LED(SMD LED)有一个绿色的边沿,有的在背面有一个箭头,它指示接地连接(阴极)。如图中显示了每个 LED 的正确方向,接地连接应当如箭头所示的指向。

第四步:硬件—PCB

我们联系 Seed 工作室的宣传制品服务印刷了电路板(PCB)(当然读者可以自行联系就近的 PCB 制作商)我们本来打算要绿色的 PCB,但是却得到了黑色的,最终我们呈现出的 PCB 是红色的。

我们使用小孔、一些零部件和丝网来创造卡片上的圣诞主题。这是我们的第一次尝试,可能以后我们每年都会把它作为一个节日传统而时时更新做法。最终的 PCB 板上面,在圣诞树部分应该有明显的银色小孔,在原版上这些小孔还不够大,你在做的时候可以再大一些。另外,我们删除了年份数字,这样的话,如果这张卡片没有在今年圣诞节及时送出,还可以明年接着用。(哈哈真是节省)

这是一个两层的 PCB 板,两面都有零部件在上面。我们从前面开始,把微型控制器(IC1)、开关(S1)等较大的部件先焊接上去。然后,再加上电阻和电容这些无需电源的部件。电池盒安装在 PCB 板的后面,我们最后再安装电池盒,这样在我们焊接 PCB 板前面部分时,板的表面会保持平整且稳定。

如果你是自己动手焊接 PCB 板,请确保你有尖头镊子来取用零部件。同时,你还需要在焊接时保持它的熔化状态。另外,你需要铜灯芯来清理多余的焊锡。其他的部分,我们用的是蓝胶(Blu-Tack)

第五步:固件

固件部分是用开源的 C 语言 AVR-GCC 编译器AVRStudio 完成的。你可以在谷歌项目代码页面中下载到最新的设计文件和固件。用 6 针 ISP 编程头和 STK500 或者 USBtinyISP 来对固件进行编程。从另一个侧面来说,我们真的对用开源编译器来完成这个项目感到兴奋。

当电路接通电源时,ATtiny 会运行一个简单的程序,这样就可以点亮圣诞树灯。当程序完成时,芯片将休眠,直到它的按钮被重新按下或者通过更换电池来复位。

调光程序使用软件脉宽调制来进行 LED 灯的明暗调节。ATtiny 13A 有 PWM 硬件,但是 ISP 的输出引脚已经被占用了。其实和其他功能程序共享一个程序引脚也是可以的,但是我们这次不准备这样做。

很多单片机可以在一个引脚上通过改变电流来激活。但是 ATtiny 不同,当程序完成后,芯片将进入永久休眠,按下按钮复位 ATtiny 可以使程序重启。

第六步:更多选择

卡片的制作还可以再多元化一点,比如使 LED 灯变色,增加多个 LED 通道,增加节日祝福的声音,使用电容式触摸感应,增加液晶屏,使用电子纸,把电路板切割得更有节日气氛一些(比如做成圣诞树形状)。这些你都可以自己在原版的基础上尝试。

享受 DIY 的快乐吧!过一个极客圣诞节!MERRY CHRISTMAS!