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7块钱可以做什么？用ATtiny13做一个非常酷的PoV显示器！

2023-11-21

前俩天我在浏览购物网站的时候，被一个购物清单吸引住了，

5个ATtiny13单片机售价1.5美元。

你敢相信，一个可编程的微控制器，只要0.3美元！于是我打算捡个便宜，买几个回来玩玩。

为了让买回来的ATtiny13不落在角落里吃灰，我上网搜索了 "ATtiny13 Arduino"的关键词，发现Arduino支持ATtiny13，所以我准备拿他搞些事情。

ATtiny13对库的支持有限，所以除了让它点亮几个LED之外，我暂时没有想到其他玩法。

正当我苦苦思索还能做什么时，突然想到了一个很久以前的项目。

那是一个使用ATtiny85的PoV显示器。

PoV显示器基本上是一堆闪烁的LED，并有一些精心安排的延迟。而我发现ATtiny13和ATtiny85都有相同的引脚布局。

那么…… 嘿嘿，我也来做一个！

材料准备

1 x ATtiny13
5个3毫米的LED（也可以用5毫米的LED，3毫米的看起来更好，因为可以更靠近PCB）
1个CR2032电池
1个CR2032电池座
1个滑动开关
原型PCB或定制PCB
电烙铁

什么是PoV显示器，它们是如何工作的？

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间（1/16秒），光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

比如你看一个正常的显示器，像素是以矩阵方式排列的，但在PoV显示器中，像素或者LED则是排列成一个阵列的。就像是你快速翻动小人书那边，由于视觉暂留效应，小人书的人会动起来，这边我们看到的，也不会是一排LED，而是一串字母或者是一幅图像。

Arduino IDE相关设置

你可能正盯着ATtiny13，想知道 "我到底该怎样为这个东西编程，它又没有像Arduino那样的USB接口"。

好吧，要为这个微控制器编程，你需要另一个Arduino，Arduino Nano或Arduino Uno都可以。

下载并安装Arduino IDE。

用USB线将你的Arduino Nano / Uno连接到电脑上。

打开 工具->开发板，选择你的主控板（注意选Uno/Nano而不是ATtiny13）。

现在我们需要将我们的Arduino转换成一个编程器。

在Arduino IDE中，打开文件 -> 示例 -> 11.ArduinoISP -> ArduinoISP

并点击上传按钮。

如果上传成功，就可以用我们的Arduino为其他微控制器编程了。

现在我们还需要在Arduino IDE上安装ATtiny13的硬件包，因为IDE默认不支持ATtiny13。

打开文件 -> 首选项 -> 附加开发版管理器网址

然后粘贴上下面的链接：

https://mcudude.github.io/MicroCore/package_MCUdude_MicroCore_index.json

然后打开工具 -> 开发板 -> 开发板管理器。

从列表中找到MicroCore并点击安装。

ok，现在你就可以从Arduino IDE中选择到ATtiny13了。

选择工具 -> 开发板 -> MicroCore -> ATtiny13

我们需要在Arduino IDE中再改变一些选项，

打开工具，并设置以下值：

Option	Value
Board	ATtiny13
BOD	2.7v
Clock	9.6Mhz internal Osc.
Timing	"Micors Disabled"
Port	Select Serial Port in which your Arduino is connected
Programmer	Arduino as ISP (MicroCore)

对ATtiny13进行编程

现在可以把ATtiny连接到我们的Arduino了。

把ATtiny连接到Arduino，如下所示（在ATtiny中，针脚1将用一个点. 标记。）

ATtiny13 Pin	Arduino Pin
1	10
5	11
6	12
7	13
8	5v
4	Ground (GND)

烧录引导程序到ATtiny13

这是一个一次性的设置，不用在每次上传代码到ATtiny时都重复这个设置。

点击 工具->烧录引导程序。

这将把引导程序烧到ATtiny上，现在我们就可以用Arduino IDE把程序上传到ATtiny了。

上传PoV程序到ATtiny

在Arduino中新建一个程序。

复制代码并将其粘贴到新创建的程序中。

// https://github.com/B45i/Tiny-PoV
// App to calculate array values: https://pov-display-calc.vercel.app/
// Preact app source: https://github.com/B45i/pov-display-calc

#include <avr/pgmspace.h>

#define DELAY_TIME 1
#define CHAR_BREAK 2

uint8_t leds[] = { 0, 1, 2, 3, 4 };
uint8_t keys[] = { 1, 2, 4, 8, 16 };

void setup() {
  for (uint8_t i = 0; i < 5; i++) {
    pinMode(leds[i], OUTPUT);
  }
}

const PROGMEM uint8_t alphabets[][5] = {
  { 0, 0, 0, 0, 0 },       // Space
  { 30, 5, 5, 30, 0 },     // A
  { 31, 21, 21, 10, 0 },   // B
  { 14, 17, 17, 10, 0 },   // C
  { 31, 17, 17, 14, 0 },   // D
  { 31, 21, 21, 17, 0 },   // E
  { 31, 20, 20, 16, 0 },   // F
  { 14, 17, 19, 10, 0 },   // G
  { 31, 4, 4, 4, 31 },     // H
  { 0, 17, 31, 17, 0 },    // I
  { 0, 17, 30, 16, 0 },    // J
  { 31, 4, 10, 17, 0 },    // K
  { 31, 1, 1, 1, 0 },      // L
  { 31, 12, 3, 12, 31 },   // M
  { 31, 12, 3, 31, 0 },    // N
  { 14, 17, 17, 14, 0 },   // O
  { 31, 20, 20, 8, 0 },    // P
  { 14, 17, 19, 14, 2 },   // Q
  { 31, 20, 22, 9, 0 },    // R
  { 8, 21, 21, 2, 0 },     // S
  { 16, 16, 31, 16, 16 },  // T
  { 30, 1, 1, 30, 0 },     // U
  { 24, 6, 1, 6, 24 },     // V
  { 28, 3, 12, 3, 28 },    // W
  { 17, 10, 4, 10, 17 },   // X
  { 17, 10, 4, 8, 16 },    // Y
  { 19, 21, 21, 25, 0 },   // Z
  { 31, 17, 31, 0, 0 },    // 0
  { 18, 31, 16, 0, 0 },    // 1
  { 29, 21, 23, 0, 0 },    // 2
  { 21, 21, 31, 0, 0 },    // 3
  { 7, 4, 31, 4, 0 },      // 4
  { 23, 21, 29, 0, 0 },    // 5
  { 31, 21, 29, 0, 0 },    // 6
  { 1, 1, 31, 0, 0 },      // 7
  { 31, 21, 31, 0, 0 },    // 8
  { 23, 21, 31, 0, 0 },    // 9
};

void displayLine(uint8_t line) {
  for (uint8_t i = 0; i < 5; i++) {
    digitalWrite(leds[i], (line & keys[i]) == keys[i]);
  }
}

void displayLetter(uint8_t n) {
  for (uint8_t i = 0; i < 5; i++) {
    displayLine(pgm_read_word_near(alphabets[n] + i));
    delay(DELAY_TIME);
  }
  displayLine(0);
}

void displayString(char *s) {
  for (uint8_t i = 0; i < strlen(s); i++) {
    uint8_t index;

    if (s[i] == ' ') {
      index = 0;
    } else if (isalpha(s[i])) {
      index = (uint8_t)toupper(s[i]) - 64;
    } else if (isdigit(s[i])) {
      index = (uint8_t)(s[i]) - 21;
    }

    displayLetter(index);
    delay(CHAR_BREAK);
  }
}

void loop() {
  displayString("HELLO 123 ");
}

如果你想改变显示的文本，可以修改最后一行。

displayString("HELLO 123 "); // 替换成你想要显示的文本

根据你要使用的电机的速度，你可能还需要调整代码，更新变量DELAY_TIME和CHAR_BREAK。

代码解释

你可能会盯着这段代码思考，一些随机数怎么样能代表一个字符，我们如何用它们来正确地闪烁LED？

我们可能对使用数组来表示字符和图像比较熟悉，像类似这样：

  int a[][5] = {
    {0, 1, 1, 0, 0},
    {1, 0, 0, 1, 0},
    {1, 1, 1, 1, 0},
    {1, 0, 0, 1, 0},
    {1, 0, 0, 1, 0},
  };

  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    for (int j = 0; j < 5; j++) {
      digitalWrite(LEDs[j], a[j][i]);
    }
  }

但是，这种方法会占用大量的内存，而且我们还必须使用多个循环来迭代它们。

现在，对于没有多少处理能力的ATtiny13来说，这并不是一个好方法。

标记的枚举法

我们不使用矩阵来表示一个字符，而是使用一个数组来表示它。

PoV显示器有5行和5列，所以我们可以使用一个长度为5的数组。

该数组中的每个元素将告诉我们是否需要打开某个特定的LED。

我们给每个LED分配一个数字（枚举），这些数字都是2的幂级数。

LED	Enum
LED 1	2^0= 1
LED 2	2^1= 2
LED 3	2^2= 4
LED 4	2^3= 8
LED 5	2^4= 16

这些数字有一个特点，用他们组合，所产生的每一个数字的方式是唯一的。

比如：如果我们把2、4和8相加，就会得到14，而这些数字的其他组合不会产生14。

如果一个LED是关闭的，我们用0来表示它。

让我们来看看我们如何表示字母 "A"。

在第一列中，我们必须关闭LED1并打开所有其他的LED。因此，我们可以用0（LED1关闭）+2+4+8+16=30表示。

数组中的其他元素将是：

列	值
第1列	0 + 2 + 4 + 8 + 16 = 30
第2列	1 + 0 + 4 + 0 + 0 = 5
第3列	1 + 0 + 4 + 0 + 0 = 5
第4列	0 + 2 + 4 + 8 + 16 = 30
第5列	0 + 0 + 0 + 0 + 0 = 0 (所有LED全不亮)