绚丽多彩小夜灯

创意小夜灯制作：原理、过程与效果

一、制作原理

这款小夜灯分为两部分，一部分是以STC8G1K08单片机为核心控制单元底座，上面有开关、按键和USB插座用来给小夜灯供电，以及烧录接口；

其电路图如图：

原理图设计好以后就绘制pcb电路板，在电路板的绘制中，灯条是要直排还是斜排，考虑的很久觉得直排可能有点挡住了灯光，最终采用了斜排的模式，每个灯条和每个灯条的夹角是45°，将TYPEC插座、开关、按键和芯片布局在中线上，然后六条灯条两边各3条。

另一部分是灯条部分，搭配36颗WS2812E LED灯实现色彩与灯光效果的多样呈现。WS2812E是内置驱动芯片的智能RGB LED，支持单总线数据传输，单片机通过特定引脚向LED传输包含亮度、颜色（RGB值）等信息的串行数据，就能精准控制每一颗LED的发光状态，营造出渐变、闪烁、多色组合等丰富视觉效果。同时，电路中的USB接口负责供电，为整个系统提供稳定电力；按键则可用于切换灯光模式，让小夜灯能适配不同场景需求。

灯条电路图如图所示：

灯条的PCB板：

这里采用的是拼版的格式，然后直接在嘉立创下单打样，实物回来以后一次可以做五个小夜灯。

 二、制作过程

 （一）准备材料

首先就是在嘉立创下单打样的电路底座和灯条电路板；

其次的元件清单，如下：

二、元件选择原因

STC8G1K08 - 36I - SOP8（U1）

作为单片机，STC 系列单片机在嵌入式领域应用广泛，具有高性能、低功耗的特点，指令执行速度快，内部资源丰富，能够满足该电路中对 LED 等外设的控制需求，可实现复杂的逻辑控制和数据处理。

TC - 6610 - 9 - 160G（SW1）

作为开关元件，用于电路的通断控制等操作，其规格和参数适合该电路的电流、电压等要求，能可靠地实现电路的切换功能。

TYPE - C - 31 - M - 33（USB1）

TYPE - C 接口是目前主流的 USB 接口，支持正反插，使用方便，并且能提供稳定的电源输入和数据传输功能，满足电路的供电和可能的数据交互需求。

100nF 电容（C1）

电容在电路中可起到滤波、储能等作用，100nF 的容量适合该电路中对电源稳定性或信号滤波等方面的要求，能减少电源波动对电路的影响，保证电路稳定工作。

程序下载端口

接口标识（VCC、RX、TX、GND），该元件用于串口通信相关功能，可实现单片机与外部设备的数据传输，其接口定义和功能适配电路的通信需求。

WS2812E（LED1 - LED61）

WS2812E 是集成了控制电路和发光单元的 LED 器件，属于可编程 RGB LED，可实现单个 LED 的颜色、亮度等的独立控制，非常适合用于制作 LED 显示阵列等应用场景，能呈现丰富的色彩和动态效果。

TYPEC插座、自锁开关、按键、WS2812灯珠36颗、主控芯片STC8G1K08以及电阻电容都可以在立创商城买到；其中主控芯片STC8G1K08采用的是8P封装，也可以用STC8G1K08A-36I-SOP8 PIN TO PIN代替，立创商城编号为C915663，也可以在淘宝购入基本上一块钱还包邮，在功能方面基本上没有区别；

数据参数如下：

该芯片在驱动led灯方面有如下优点：

丰富的 IO 口资源：STC8G1K08 - 36I - SOP8 具备多个通用 IO 口，能满足驱动多颗 WS2812 的需求。WS2812 采用单线通讯协议，每颗 LED 通过数据输入引脚（DIN）接收控制信号，多个 IO 口可以方便地实现对多组 WS2812 灯带的独立控制，例如在制作大型 LED 显示阵列时，可以灵活分组驱动不同区域的 LED。

高速 IO 翻转速度：该单片机的 IO 口翻转速度较快，能够满足 WS2812 严格的时序要求。WS2812 的数据传输采用特定的高低电平脉宽编码，比如逻辑 “0” 和逻辑 “1” 对应不同的电平持续时间 ，STC8G1K08 - 36I - SOP8 可以快速准确地输出符合要求的高低电平信号，保证数据正确传输到 WS2812 中，避免因时序问题导致的 LED 显示异常。

内置硬件资源：片内集成了多个定时器，可用于精确控制数据发送的时间间隔。在驱动 WS2812 时，利用定时器产生精准的延时，保证发送到 LED 的数据符合其通信协议的时序要求，相比软件延时，定时器控制的精度更高、稳定性更好。同时，它还可能具备串口等通信模块，虽然驱动 WS2812 主要用 IO 口模拟时序，但在一些情况下，比如需要与其他设备通信获取显示数据时，串口等资源就可以发挥作用。

指令系统兼容性：基于 8051 内核，对于熟悉 8051 单片机编程的工程师来说，上手难度低。8051 指令系统丰富，开发工具和资料众多，有大量现成的代码示例和库函数可以参考，能加快 WS2812 驱动程序的开发速度。例如，在编写模拟 WS2812 通信协议的代码时，可以很方便地使用位操作指令对 IO 口进行控制。

程序存储空间和运行速度：STC8G1K08 - 36I - SOP8 拥有一定容量的程序存储空间，足以存储驱动 WS2812 的控制程序，并且还能实现一些复杂的显示效果算法，比如动态流水灯效果、渐变效果等。其运行速度较快，能高效地处理数据和执行控制指令，及时更新 WS2812 的显示状态，实现流畅的动态显示效果。

低功耗特性：该单片机具有多种低功耗模式，在驱动 WS2812 的应用中，如果系统对功耗有要求，例如使用电池供电的便携式 LED 显示设备，可以利用单片机的低功耗模式，在不显示或待机状态下降低系统功耗，延长设备的续航时间。

成本优势：STC8G1K08 - 36I - SOP8 本身价格相对较低，对于大规模应用 WS2812 的项目，如 LED 显示屏、装饰灯等，可以有效降低硬件成本。同时，由于其应用广泛，相关的开发工具（如编程器）成本也不高，进一步降低了整体开发成本。

开发便捷性：STC 提供了便捷的下载和调试方式，通过串口即可实现程序下载，无需昂贵的仿真器等设备。开发环境也比较容易搭建，常用的 Keil C51 等开发工具都对其有良好的支持，大大缩短了开发周期，方便快速实现 WS2812 的驱动和各种显示功能开发。

TYPEC插座可以采用最简单的2P封装，立创商城编号为C2848624，如果采用6p或者16p的封装也是可以的，但是焊接起来有一定的难度，初学者慎用。

自锁开关采用的是方形直插的开关，由于开关需要频繁的按动，如果采用贴片焊接的话，技术不行焊接不好可能按几次就掉了，立创商城的编号为C2681587，按键的话可以随便选，在这里选用的也是直插的6*6大小的按键，以防焊接不好按几下就掉了。

 

WS2812是一款集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源，在LED显示领域应用广泛，它具有以下优点：

色彩表现出色 - 全彩显示：WS2812能够实现256级亮度显示，可组合出16777216种颜色，能呈现丰富绚丽的色彩效果，满足各种对色彩要求较高的场景，如舞台灯光、LED艺术装置等，能营造出梦幻、多变的氛围。

色彩一致性好：同一批次的WS2812在出厂时经过严格的色彩校准，发光颜色的一致性较高。在大规模LED阵列应用中，如大型LED显示屏，能保证画面色彩均匀，不会出现明显的色彩偏差，提升视觉效果。

控制方便灵活 - 单线通讯：采用单线归零码的通讯方式，仅需一个微控制器的IO口就能实现对多个WS2812的级联控制。数据从DIN端输入，通过内部移位寄存器依次向后传输，极大地简化了电路设计和布线复杂度，降低了硬件成本，也方便在一些空间有限的项目中使用，比如小型智能灯串。

可编程性强：可以通过编程精确控制每颗LED的颜色、亮度和闪烁频率等参数。开发者能够根据不同的需求，如制作动态流水灯、呼吸灯、渐变色彩等效果，编写相应的控制程序，实现个性化的灯光展示，适用于创意灯具、互动装置等各类创意项目 。

集成度高 - 功能集成：将控制电路和RGB发光芯片集成在一个5050封装的LED元件中，无需额外外接复杂的驱动电路，减少了元件数量和电路板面积。相比传统的LED加驱动芯片的方案，简化了生产流程，提高了生产效率，也降低了因元件过多带来的故障风险 。

工作稳定性好 - 宽电压工作范围：通常可以在DC 5V的电源电压下稳定工作，并且具有一定的电压适应范围，在电压存在一定波动时也能正常运行，保证了在不同供电环境下的稳定性。

抗干扰能力：内部采用了一定的抗干扰设计，能够抵御一定程度的电磁干扰，减少信号传输过程中的误码率，确保灯光控制信号准确无误地传输，使灯光显示效果稳定可靠，适合在复杂电磁环境下使用，如工业自动化生产线的灯光指示系统 。

应用场景广泛 - 装饰照明：凭借其丰富的色彩和灵活的控制方式，广泛应用于室内外装饰照明，如节日彩灯、建筑轮廓灯、家居氛围灯等，为环境增添独特的视觉效果。

舞台演艺：在舞台灯光设计中，能够快速变换色彩和动态效果，配合音乐和表演情节，营造出各种氛围，增强演出的视觉冲击力和感染力。

智能设备指示：可以作为智能设备的状态指示灯，通过不同的颜色和闪烁模式来显示设备的工作状态、数据传输状态等，为用户提供直观的信息反馈 。

 

其次还需要其他焊接工具（电烙铁、焊锡丝、助焊剂、加热台等）；

编程工具（本项目编程工具使用的天问black图形化编程软件；程序烧录用的是AIISP软件；下载器使用的是STC官方发的一箭双雕串口工具）；

杜邦线（下载程序时用来连接下载器和电路板）。

 （二）硬件组装

1.首先是电路板底座的焊接，根据原理图将TYPEC插座、单片机、按键、开关和电容电阻依次焊接到底板上，并确保没有短路或者虚焊的地方，焊接好以后在上电前一定要用万用表检测电路的正负极是否短路，确保无短路再上电。

2.然后将WS2812LED灯珠焊接到灯条电路板上，在焊接过程中一定要注意LED灯珠的方向，灯珠有缺口的方向对着电路板上丝印有三角的方向方为正确。

3.将焊接好的底座与灯条电路板组装到一起，组装的方式采用的是焊接的方式，将灯条上的焊盘与底座上对应的焊盘焊接到一起，焊接过程中一定要注意灯条的焊接方向，如果灯条方向搞错，就是导致LED灯不亮。

观察主控电路板和LED灯板的接口，将长条状LED灯板对应焊接到圆形主控板的连接端口处，确保每个LED灯板的VDD（电源正极）、DIO（数据输入/输出）、VSS（电源负极）引脚与主控板相应焊盘可靠连接，焊接时注意避免虚焊，可通过万用表通断档检测焊接质量。

4.焊接完成后检查电路连接：仔细查看USB接口、单片机、按键与电路其他部分的连接，确认供电回路、数据传输路径通畅，无短路、断路情况。

 （三）程序烧录

1. 编写控制程序：使用天问black编程软件编写控制WS2812E LED的程序，该软件能够直观的LED灯的逻辑关系，能够轻松实现各种灯光模式设计。

2. 烧录程序到单片机：通过编程器将编写好的程序烧录到STC8G1K08单片机中。连接编程器与主控板的对应接口，在编程软件中选择正确的单片机型号、程序文件，执行烧录操作，待提示烧录成功后，断开编程器连接。

 （四）功能调试

1. 供电测试：将USB线连接到主控板的USB接口，接通电源，观察单片机、LED灯板是否有异常发热、冒烟等情况，若一切正常，LED可能会亮起初始测试灯光。
2. 模式切换测试：按下主控板上的按键，查看LED灯光是否按照程序设计切换模式，如从单色渐变到多色循环，从常亮到呼吸闪烁等，若模式切换异常，需检查按键连接或程序逻辑。
3. 灯光效果微调：若灯光色彩、亮度、切换速度等不符合预期，重新修改程序中的RGB值、延时参数等，再次烧录程序并测试，直至达到理想效果。

 三、效果图呈现

当小夜灯通电并正常工作后，能呈现出十分绚丽的视觉效果。多块长条状LED灯板上的WS2812E LED会按照程序设定，展现出丰富的色彩组合与动态变化：有时是温柔的彩虹渐变，红、绿、蓝等颜色如同流水般依次在各灯板间缓缓过渡；有时是活泼的多色闪烁，不同灯板甚至同一灯板上的LED会交替亮起不同色彩，像跳动的音符；也能设置为静谧的单色呼吸灯，灯光如呼吸般缓慢明暗变化，为夜晚营造出温馨、柔和的氛围。整体造型独特，灯光效果梦幻，既可用作夜间照明，也能成为桌面富有科技感与美感的装饰小物。