手把手教你做一个非常酷的PoV显示器（附源码）

作者 | Amal Shajan

今天为大家分享一个DIY产品，如下：

前两天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。

（拍出来的效果会闪烁，眼睛看就不会）

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：

OptionValueBoardATtiny13BOD2.7vClock9.6Mhz internal Osc.TimingMicors Disabled"PortSelect Serial Port in which your Arduino is connectedProgrammerArduino 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 PinArduino Pin11051161271385v4Ground (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。

LEDEnumLED 12^0= 1LED 22^1= 2LED 32^2= 4LED 42^3= 8LED 52^4= 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)

我们如何根据这些数字来开启和关闭LED？

很简单，你对数字和LED的枚举进行按位与运算（只有对应的两个二进位都为1时，结果位才为1），如果结果是枚举，我们就需要打开相应的LED。

拿数字30来举个例子：

运算结果LED状态30 & 1 == 1false关闭LED130 & 2 == 2true点亮LED230 & 4 == 4true点亮LED330 & 4 == 8true点亮LED430 & 16 == 16true点亮LED5

30二进制是11110

这个概念通常被称为标记的枚举。

你可以添加更多的字母和数字。

手动生成这些数组是很难的，所以我做了两个应用程序方便大家更好更快地生成数组。

第一个是用Preact编写的，它是专门为这个项目制作的，最多支持5个LED。

地址：https://pov-display-calc.vercel.app/

第二个是用Angular编写的，它可以支持n个LED。

地址：https://po-v-display-calculator.vercel.app/

你也可以用这俩个网页来为其他PoV项目生成代码。

只要使用这些应用程序生成数组，并将代码添加到程序中的数组即可。

建立PoV显示电路

PoV显示电路是相当简单的，可以用下面的电路图来连接电路。

你可以使用原型电路板来焊接电路。

我已经为这个电路设计了一块PCB。如果你使用的是PCB，那么你就不用做任何布线，只需焊接元件就好了。

PCB文件可以在文末下载。

焊接好所有部件，加入电池，打开开关，把它连接到可以旋转的东西上，比如一个微型电机甚至风扇（别忘了根据角速度调整代码中的延迟，这一块儿可能需要一些试验）。

好了，现在你就有一个元件总成本不到1美元的PoV显示器了，试试效果怎么样吧！

祝你玩得开心！