概述

本項(xiàng)目是一個(gè)面向節(jié)日裝飾的 超低功耗可穿戴 LED 飾品，使用一顆微型 PIC 微控制器，實(shí)現(xiàn)：

• 多種 LED 動(dòng)態(tài)燈效

• 超小尺寸 PCB

• Charlieplexing 高密度 LED 驅(qū)動(dòng)

• 紐扣電池供電（CR1225）

• 匯編語言編寫的最優(yōu)低功耗程序

這些設(shè)計(jì)共同構(gòu)成了一個(gè) 工程性很強(qiáng)且具有教育價(jià)值的嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目。

一、核心技術(shù)組成

• 微控制器：PIC10F322（6-pin SOT23）

• LED 驅(qū)動(dòng)：Charlieplexing（3 GPIO → 6 LEDs）

• 電源：CR1225 紐扣電池 (~3.0 V, ~50 mAh)

• 編程接口：POGO 彈針 + Microchip SNAP 編程器

• 代碼：匯編 (pic-as v3.00)

• 功耗：工作約 100–150 μA，Sleep ~1 μA

燈效包含：

• 呼吸燈 PWM

• 閃爍動(dòng)畫

• 循環(huán)掃描燈效

• 每輪動(dòng)畫后睡眠 8 秒節(jié)能

二、電路原理圖（易理解簡化版）

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

                |     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、系統(tǒng) Block Diagram（系統(tǒng)結(jié)構(gòu) + 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、深度技術(shù)分析

1. 微控制器工作方式

PIC10F322 擁有：

• 3 個(gè)可控 I/O（GP0–GP2）

• 4 MHz 內(nèi)部振蕩器

• 可睡眠 + WDT 喚醒

• 完全以匯編實(shí)現(xiàn)軟件 PWM

雖然引腳很少，但因?yàn)?Charlieplexing，它能驅(qū)動(dòng) 6 顆 LED。

2. Charlieplexing 驅(qū)動(dòng)技術(shù)

在 N 個(gè) I/O 可驅(qū)動(dòng) N·(N?1) 個(gè) LED：

N = 3 → 3 × 2 = 6 LEDs

驅(qū)動(dòng)原理：

• 輸出高、低、三態(tài)（Hi-Z）切換

• 每次點(diǎn)亮特定 LED 時(shí)，其他 LED 處于反向或開路狀態(tài)

• MCU 通過高速掃描讓用戶看到“同時(shí)亮燈”的效果

3. 燈效程序設(shè)計(jì)

程序循環(huán)包含：

Pattern 1 — PWM 呼吸燈 + 單 LED 閃爍

• 完全用軟件延時(shí)調(diào)占空比

• 時(shí)長：約 30 秒

Pattern 3 — LED 流水掃描

• 左→右→左

• 時(shí)長：約 8.2 秒

然后 MCU 進(jìn)入 Sleep 休眠

• WDT 設(shè)置為 ≈8 秒

• 睡眠電流：~1 μA

• 8 秒后自動(dòng)喚醒并回到 Pattern 1

4. 電源系統(tǒng)與功耗分析

CR1225 電池典型容量約 50 mAh：

平均工作電流（含睡眠）：

Iavg ≈ 120~150 μA

理論連續(xù)運(yùn)行時(shí)間：

50 mAh / 0.12 mA ≈ 416 小時(shí) ≈ 17 天（理論上限）

實(shí)際約 3–8 天（受 PWM 和電池內(nèi)阻影響）

五、PCB 機(jī)械與外觀設(shè)計(jì)

• 極小化尺寸適合耳環(huán)、項(xiàng)鏈、圣誕樹掛飾

• 利用 PCB 造型創(chuàng)造藝術(shù)（雪人、鈴鐺、樹等）

• 元件全部貼片以減小重量

• POGO 編程接口避免破壞成品外觀

這是藝術(shù)設(shè)計(jì)與微型電路工程的結(jié)合。