2025 Christmas LED 圣诞耳环

概述

本项目是一个面向节日装饰的 超低功耗可穿戴 LED 饰品，使用一颗微型 PIC 微控制器，实现：

• 多种 LED 动态灯效

• 超小尺寸 PCB

• Charlieplexing 高密度 LED 驱动

• 纽扣电池供电（CR1225）

• 汇编语言编写的最优低功耗程序

这些设计共同构成了一个 工程性很强且具有教育价值的嵌入式系统项目。

一、核心技术组成

• 微控制器：PIC10F322（6-pin SOT23）

• LED 驱动：Charlieplexing（3 GPIO → 6 LEDs）

• 电源：CR1225 纽扣电池 (~3.0 V, ~50 mAh)

• 编程接口：POGO 弹针 + Microchip SNAP 编程器

• 代码：汇编 (pic-as v3.00)

• 功耗：工作约 100–150 µA，Sleep ~1 µA

灯效包含：

• 呼吸灯 PWM

• 闪烁动画

• 循环扫描灯效

• 每轮动画后睡眠 8 秒节能

二、电路原理图（易理解简化版）

                +----------------------+

                |     PIC10F322 MCU    |

                |   (6-pin SOT-23-6)   |

                +----------------------+

                |   GP0   GP1   GP2    |

                |    |     |     |     |

                +----+-----+-----+-----+

                     |     |     |

              Charlieplexed LED Network

  +----------------------------------------------------------------+

  |                                                                |

  |        LED1        LED2        LED3        LED4        LED5    |

  |    (GP0→GP1)   (GP1→GP0)   (GP0→GP2)   (GP2→GP0)   (GP1→GP2)   |

  |                                                                |

  |                    LED6 (GP2→GP1)                              |

  +----------------------------------------------------------------+

                   Power supply (CR1225)

                +--------------------------+

                |        CR1225 Cell       |

                |      (≈3.0 V supply)     |

                +--------------------------+

                        |          |

                       +|          |-

                        |          |

                        +----MCU Vdd

                        |

                     (Optional)

                     0.1 µF bypass capacitor

                      across Vdd–GND

       POGO 6-pin programming pad (ICSP)

       ---------------------------------------------------

       |  VPP/MCLR  |  VDD  |  GND  |  PGD  |  PGC  | NC |

       ---------------------------------------------------

三、系统 Block Diagram（系统结构 + 控制流程）

              +------------------+

              |   CR1225 Battery |

              +---------+--------+

                        |

                        v

              +------------------+

              |  PIC10F322 MCU   |

              | - GP0/GP1/GP2    |

              | - PWM (software) |

              | - Sleep / WDT    |

              +---------+--------+

                        |

                        v

          +--------------------------------+

          |      Charlieplexed LED Array   |

          |   6 LEDs using 3 I/O lines     |

          |   Multiplexing by software     |

          +--------------------------------+

                        ^

                        |

              +---------+--------+

              |   POGO 6-Pin     |

              | (ICSP Programming) |

              +-------------------+

四、深度技术分析

1. 微控制器工作方式

PIC10F322 拥有：

• 3 个可控 I/O（GP0–GP2）

• 4 MHz 内部振荡器

• 可睡眠 + WDT 唤醒

• 完全以汇编实现软件 PWM

虽然引脚很少，但因为 Charlieplexing，它能驱动 6 颗 LED。

2. Charlieplexing 驱动技术

在 N 个 I/O 可驱动 N·(N−1) 个 LED：

N = 3 → 3 × 2 = 6 LEDs

驱动原理：

• 输出高、低、三态（Hi-Z）切换

• 每次点亮特定 LED 时，其他 LED 处于反向或开路状态

• MCU 通过高速扫描让用户看到“同时亮灯”的效果

3. 灯效程序设计

程序循环包含：

Pattern 1 — PWM 呼吸灯 + 单 LED 闪烁

• 完全用软件延时调占空比

• 时长：约 30 秒

Pattern 3 — LED 流水扫描

• 左→右→左

• 时长：约 8.2 秒

然后 MCU 进入 Sleep 休眠

• WDT 设置为 ≈8 秒

• 睡眠电流：~1 µA

• 8 秒后自动唤醒并回到 Pattern 1

4. 电源系统与功耗分析

CR1225 电池典型容量约 50 mAh：

平均工作电流（含睡眠）：

Iavg ≈ 120~150 µA

理论连续运行时间：

50 mAh / 0.12 mA ≈ 416 小时 ≈ 17 天（理论上限）

实际约 3–8 天（受 PWM 和电池内阻影响）

五、PCB 机械与外观设计

• 极小化尺寸适合耳环、项链、圣诞树挂饰

• 利用 PCB 造型创造艺术（雪人、铃铛、树等）

• 元件全部贴片以减小重量

• POGO 编程接口避免破坏成品外观

这是艺术设计与微型电路工程的结合。