项目4单片机控制LED灯的设计

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1、电子工业出版社单 片 机 控 制 技 术 项 目 式 教 程 （ C语 言 版 ） 电子工业出版社项 目 4 单 片 机 控 制LED灯 的 设 计 l 能 了 解 51单 片 机 I/O口 的 结 构 ；l 能 掌 握 51单 片 机 I/O口 的 特 点 及 应 用 ；l 能 掌 握 51单 片 机 控 制 LED灯 的 硬 件 设 计 方 法 ；l 能 熟 练 编 写 单 片 机 控 制 LED灯 闪 烁 的 程 序 。 学 习 目 标 工 作 任 务 l 叙 述 51单 片 机 I/O口 的 结 构 和 特 点 ；l 设 计 单 片 机 控 制 单 个 LED灯 闪 烁 的 电 路 和

2、 工 作 软 件 ；l 设 计 单 片 机 控 制 多 个 循 环 LED灯 的 电 路 和 工 作 软 件 。 任 务 4.1 单 片 机 控 制 单 个 LED灯 任 务 4.2 单 片 机 控 制 多 个 循 环 LED灯 项 目 拓 展 实 验 板 彩 灯 的 花 式 控 制项 目 小 结思 考 与 训 练项 目 4 单 片 机 控 制 LED灯 的 设 计 任 务 4.1 单 片 机 控 制 单 个 LED灯 4.1.1 MCS-51单 片 机 的 I/O口 介 绍 MCS-51系 列 单 片 机 有 4个 8位 的 并 行 I/O接 口 ： P0、 P1、 P2和P3口 。 它 们

3、 是 特 殊 功 能 寄 存 器 中 的 4个 。 这 4个 口 ， 既 可 以 作 输 入 ，也 可 以 作 输 出 ， 既 可 按 8位 处 理 ， 也 可 按 位 方 式 使 用 。 输 出 时 具有 锁 存 能 力 ， 输 入 时 具 有 缓 冲 功 能 。 1 P0口 P0口 是 一 个 三 态 双 向 口 ， 包 括 一 个 输 出 锁 存 器 、 两 个 三 态 缓 冲 器 、输 出 驱 动 电 路 和 输 出 控 制 电 路 组 成 ， 它 的 一 位 结 构 如 图 ： 输出驱动器控 制 电 路 P0口 功 能1、 通 用 I O接 口 ： 不 需 要 外 部 扩 展 时 ，

4、 内 部 控 制 信 号 将 使MUX开 关 接 通 到 锁 存 器 。 此 时 ， 由 于 P0口 没 有 内 部 上 拉 电阻 ， 通 常 要 在 外 部 加 一 个 上 拉 电 阻 来 提 高 驱 动 能 力 。2、 地 址 /数 据 分 时 复 用 ： 需 要 进 行 外 部 扩 展 时 ， 内 部 控 制信 号 将 使 MUX开 关 接 通 到 内 部 地 址 数 据 线 。 此 时 ， P0口在 ALE信 号 的 控 制 下 ， 分 时 输 出 低 8位 地 址 和 8位 数 据 信 号 。 P0口 的 工 作 原 理（ 1） 通 用 I/O口 用 作 输 入 口 （ 端 口 外

5、数 据 内 部 寄 存 器 ）方 式 1（ 读 锁 存 器 ） ： Q 缓 冲 器 2 D 内 部 总 线 , 适 于 “ 读 修 改 写 ”方 式 2（ 读 引 脚 ） ： P0.x 缓 冲 器 1 D 内 部 总 线 。 作 为 通 用 I/O使 用 ， 是 一 个 准 双 向 口 ： “ 在 输 入 数 据 时 应 先 把 口 置 1，使 V1、 V2都 截 止 ， 引 脚 处 于 悬 浮 状 态 ， 可 作 高 阻 抗 输 入 ” 用 作 输 出 口 （ 片 内 数 据 端 口 ） 数 据 锁 存 MUX P0.x （ 2） 地 址 /数 据 总 线 口 输 出 ： 地 址 /数 据

6、为 1， P0 x 高 地 址 /数 据 为 0， P0 x 低 输 入 ： 经 缓 冲 器 1读 入 （ 1） P0口 既 可 作 地 址 /数 据 总 线 使 用 ， 也 可 作 通 用 I/O口 使 用 。当 P0口 作 地 址 /数 据 总 线 使 用 时 ， 就 不 能 再 作 通 用 I/O口 使 用 了 。（ 2） P0口 作 输 出 口 使 用 时 ， 输 出 级 属 漏 极 开 路 ， 必 须 外 接 上 拉电 阻 ， 才 有 高 电 平 输 出 。（ 3） P0口 作 输 入 口 读 引 脚 时 ， 应 先 向 锁 存 器 写 1， 使 V1、 V2截 止 ，不 影 响 输

7、 入 电 平 。P0口 特 点 2. P1口P1口 是 准 双 向 口 ， 它 只 能 作 通 用 I/O接 口 使 用 。 结 构 与 P0口 不 同 ，它 的 输 出 只 由 一 个 场 效 应 管 V1与 内 部 上 拉 电 阻 组 成 。 （ 1） P1口 是 唯 一 的 单 功 能 口 ， 仅 能 作 为 通 用 I/O口 使用 。 因 在 其 输 出 端 接 有 上 拉 电 阻 ， 可 以 直 接 输 出 而 无需 外 接 上 拉 电 阻 。（ 2） 同 P0口 一 样 ， 当 作 输 入 口 时 ， 必 须 先 向 锁 存 器写 “ 1”， 使 场 效 应 管 V1截 止 。P1

8、口 特 点 3. P2口P2口 也 是 准 双 向 口 ， 它 有 两 种 用 途 ： 通 用 I/O接 口 和 高 8位 地 址 线 。 l P2口 作 I/O端 口 使 用 时 ： 内 部 控 制 信 号 使 MUX开 关 接 通 到 锁 存 器 ， 此时 P2口 的 用 法 与 P1口 相 同 。l P2口 作 外 部 地 址 总 线 使 用 时 ： 内 部 控 制 信 号 使 MUX开 关 接 通 到 内 部地 址 线 ， 此 时 P2口 的 引 脚 状 态 由 所 输 出 的 地 址 决 定 。需 要 特 别 指 出 的 是 ， 由 于 对 片 外 地 址 的 操 作 是 连 续 不

9、 断 的 ， 只 要 进行 了 外 部 系 统 扩 展 ， 此 时 P0口 和 P2口 就 不 能 再 用 作 I/ O端 口 了 。 4. P3口 P3口 用 作 通 用 I/O口 时 ， 其 工 作 原 理 同 P1口 类 似 。此 外 ， 它 的 每 一 根 线 还 具 有 第 二 种 功 能 。 在 真 正 的 应 用 电 路 中 ， P3口 的 第 二 功 能 显 得 更 为 重 要 。 4.1.2 单 片 机 控 制 单 个 LED灯 闪 烁 的 设 计 1 任 务 要 求 设 计 一 个 电 路 ， AT89C52单 片 机 的 P1.7引 脚 连 接 一 个LED灯 ， 控 制

10、 LED闪 烁 。2 任 务 分 析 以 单 片 机为 核 心 的电 子 设 计 硬 件 设 计软 件 设 计 单 片 机 最 小 系 统 加上 最 简 单 的 输 出 电路 来 驱 动 LED编 程 控 制 P1.7引 脚的 电 平 状 态 ， 使 其持 续 一 段 时 间 的 高电 平 ， 再 持 续 一 段 时 间 的 低 电 平 3 任 务 设 计（ 1） 器 件 的 选 择 发 光 二 极 管l 发 光 二 极 管 ： 单 向 导 电 性 ， 通 过 5mA左 右 电 流 即 可 发 光 ， 电 流 越 大 ，亮 度 越 强 ， 但 若 电 流 过 大 会 烧 毁 二 极 管 ， 一

11、 般 控 制 在 3 20mA。l 工 作 电 压 ： 红 色 发 光 二 极 管 1.7-2.5V 绿 色 发 光 二 极 管 2.0-2.4V 黄 色 发 光 二 极 管 1.9-2.4V 蓝 /白 色 发 光 二 极 管 3.0-3.8V 限 流 电 阻l 二 极 管 串 联 电 阻 的 目 的 是 为 了 防 止 发 光 二 极 管 和 P1.7引 脚 流 过 的 电 流过 大 ， 烧 毁 二 极 管 或 单 片 机 ， 所 以 该 电 阻 也 称 为 “ 限 流 电 阻 ” 。l 限 流 电 阻 的 选 择 ： 假 设 电 源 电 压 为 VCC， 发 光 二 极 管 的 导 通 压

12、 降 为 VDD， 导 通 时 流 过二 极 管 的 电 流 为 I， 则 限 流 电 阻 R为 ： R = (VCC-VDD)/Il 例 如 ， 若 二 极 管 的 导 通 压 降 为 2.2V， 导 通 时 流 过 的 电 流 为 5mA， 则 限流 电 阻 为 560。 器 件 清 单 器 件 名 称 数 量 （ 只 ）AT89C52 112MHz晶 体 122pF瓷 片 电 容 222uF电 解 电 容 110k电 阻 1560电 阻 1发 光 二 极 管 LED 1 （ 2） 硬 件 原 理 图 设 计 再 次 强 调 ： 图 中 的 单片 机 元 件 没 有 “ VCC”和 “ G

13、ND”引 脚 ， 这 是因 为 Proteus软 件 中 ，元 件 模 型 中 的 “ 电 源 ”和 “ 地 ” 已 经 进 行 了连 接 ， “ VCC”接 到 了“ +5V”电 源 ， “ GND”接 到 了 “ 地 ” ， 所 以隐 藏 了 这 两 个 引 脚 。 （ 3） 软 件 程 序 设 计#include /宏 定 义sbit led=P17; / 用 sbit 关 键 字 定 义 P1.7引 脚 / 延 时 子 函 数void Delay(unsigned int t) while(-t); /主 函 数 ， 控 制 P1.7引 脚 的 LED灯 闪 烁void main (v

14、oid)while (1) /主 循 环 led=0; /将 P1.7引 脚 置 0， 对 外 输 出 低 电 平 Delay(20000); /调 用 延 时 程 序 led=1; /将 P1.7引 脚 置 1， 对 外 输 出 高 电 平 Delay(20000); /调 用 延 时 程 序 在 软 件 编 程 中 ， 通 常 使用 空 循 环 来 达 到 延 时 的 效果 。 延 时 时 间 的 长 短 可 以在 Keil C51的 调 试 状 态 下分 析 。 （ 4） 软 硬 件 联 合 调 试 1 任 务 要 求 设 计 一 个 电 路 ， AT89C52单 片 机 的 P1口 连

15、 接 8只 LED灯 ，按 以 下 顺 序 点 亮 ， 形 成 流 水 灯 的 效 果 ： 从 P1.0到 P1.7连 接 的 8只 LED灯 逐 个 点 亮 ； 从 P1.0到 P1.7连 接 的 8只 LED依 次 全 部 点 亮 ； 从 P1.7到 P1.0连 接 的 8只 LED灯 逐 个 点 亮 ； 从 P1.7到 P1.0连 接 的 8只 LED依 次 全 部 点 亮 。任 务 4.2 单 片 机 控 制 多 个 LED灯 2 任 务 分 析 任 务 要 求 单 片 机 控 制 8个 LED灯 ， 当 需 要 对 某 个 I/O口 的 八 位 一起 操 作 时 ， 一 般 采 用

16、整 体 操 作 的 方 式 ， 即 总 线 的 方 式 。 在 软 件 设 计时 可 以 定 义 一 个 变 量 来 给 P1口 赋 值 ， 赋 的 值 不 同 点 亮 的 LED灯 不 同 。由 于 8只 LED灯 要 按 一 定 规 律 点 亮 ， 这 就 要 求 对 给 P1口 赋 的 变 量 进行 移 位 ， 移 位 操 作 既 可 以 用 标 准 C中 的 左 移 、 右 移 运 算 符 来 实 现 ，也 可 以 用 C51库 自 带 的 函 数 来 实 现 。 移 位 运 算 符 循 环 移 位 函 数 注 意 ： 循 环 移 位 函 数 _crol_( )和 _cror_( )包

17、 含 在 intrins.h头 文 件 中 ， 因 此 如 果 在 程序 中 要 用 到 这 类 函 数 ， 就 必 须 在 程 序 的 开 头 处 包 含 intrins.h这 个 头 文 件 。 l 由 于 用 到 的 发 光 二 极 管 较 多 ， 每 个 发 光 二 极 管 都 需 要 限 流 电 阻 ， 硬 件电 路 会 显 得 比 较 复 杂 ， 所 以 这 里 使 用 了 排 阻 。l 排 阻 ， 就 是 若 干 个 参 数 完 全 相 同 的 电 阻 ， 它 们 的 一 个 引 脚 都 连 到 一 起， 作 为 公 共 引 脚 ， 其 余 引 脚 正 常 引 出 。 如 果 一

18、 个 排 阻 是 由 n个 电 阻 构成 的 ， 那 么 它 就 有 n+1个 引 脚 ， 一 般 来 说 最 左 边 的 那 个 是 公 共 引 脚 。它 在 排 阻 上 一 般 用 一 个 色 点 标 出 来 。 直 插 式 排 阻 贴 片 式 排 阻 排 阻 一 般 用 在 数 字 电 路 上 ， 比 如 作 为 某 个 并 行 口 的 上 拉 或 者 下 拉 电阻 用 。 使 用 排 阻 比 用 若 干 只 固 定 电 阻 更 方 便 。3 任 务 设 计（ 1） 器 件 的 选 择 l器 件 清 单 器 件 名 称 数 量 （ 只 ）AT89C52 112MHz晶 体 122pF瓷

19、片 电 容 222uF电 解 电 容 110k电 阻 1560 8排 阻 1发 光 二 极 管 LED 8 （ 2） 硬 件 原 理 图 设 计 （ 3） 软 件 程 序 设 计#include /宏 定 义 ， 52单 片 机 头 文 件#include /包 含 _crol_、 _cror_函 数 所 在 的 头 文 件#define uint unsigned int #define uchar unsigned char /延 时 子 函 数void Delay(unsigned int t) while(-t);/主 函 数 ， 循 环 点 亮 LED灯void main() uch

20、ar k,recy; while(1) /大 循 环 recy=0 xfe; for(k=1;k=8;k+) /8只 LED灯 从 P1.0到 P1.7逐 个 点 亮 P1=recy; /先 点 亮 P1.0的 LED灯 Delay(50000); /延 时 一 段 时 间 recy=_crol_(recy,1); /将 recy循 环 左 移 1位 后 再 赋 给 recy recy=0 xfe; for(k=1;k=8;k+) /8只 LED灯 从 P1.0到 P1.7依 次 全 部 点 亮 P1=recy; Delay(50000); recy=recy1; /将 recy左 移 1位

21、后 再 赋 给 recy P1=0 xff; /全 部 熄 灭 Delay(50000); recy=0 x7f; for(k=1;k=8;k+) /8只 LED灯 从 P1.7到 P1.0逐 个 点 亮 P1=recy; /先 点 亮 P1.7的 LED灯 Delay(50000); recy=_cror_(recy,1); /将 recy循 环 右 移 1位 后 再 赋 给 recy recy=0 x7f; for(k=1;k1; /将 recy右 移 1位 后 再 赋 给 recy P1=0 xff; /全 部 熄 灭 Delay(50000); （ 4） 软 硬 件 联 合 调 试 将

22、 编 写 的 程 序 在 Keil C51中 编 译 成 *.hex后 调 入 Proteus硬 件 电 路 图 的 AT89C52中 运 行 ， 八 只 LED灯 从 P1.0到 P1.7逐个 点 亮 ， 接 下 来 再 从 P1.0到 P1.7依 次 全 部 点 亮 ， 然 后 全 部 熄灭 后 又 从 P1.7到 P1.0逐 个 点 亮 ， 最 后 再 从 P1.7到 P1.0依 次 全部 点 亮 ， 如 此 反 复 形 成 流 水 灯 。 项 目 拓 展 实 验 板 彩 灯 的 花 式 控 制 在 任 务 4.2中 设 计 的 流 水 灯 为 八 个 LED按 一 个 方 向 循 环点

23、 亮 ， 此 外 我 们 还 可 以 通 过 编 程 控 制 LED灯 ， 使 它 以 我 们想 要 的 各 种 方 式 点 亮 ， 而 且 LED灯 点 亮 频 率 可 以 通 过 改 变延 时 时 间 来 实 现 。 下 面 编 写 程 序 控 制 实 验 板 上 的 八 个 LED灯 按 照 不 同 花 式 循 环 点 亮 。 （ 1） 实 验 板 8个 LED灯 电 路 如 图 所 示 。 RP1为 390欧 姆 排 阻 ； J9为 插 针 ， 用 于连 接 需 要 使 用 的 I/O口 ， 此 处 用 杜 邦 线 连 接 单 片 机 的 P1口 。 （ 2） 编 写 程 序 ， 控

24、制 八 个 LED灯 使 其 以 1s左 右 的 时 间 间 隔 按 不 同 形 式 循 环点 亮 。 /宏 定 义 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char void delay(uint); /声 明 延 时 函 数 uint a; /定 义 循 环 用 变 量 /定 义 循 环 用 数 据 表 格 uchar code table= 0 xff, /全 灭 0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f, /从 第 0位 到 第 7位 依 次 逐 个 点 亮

25、 0 xfe,0 xfc,0 xf8,0 xf0,0 xe0,0 xc0,0 x80,0 x00, /从 第 0位 到 第 7位 /依 次 全 部 点 亮 0 x80,0 xc0,0 xe0,0 xf0,0 xf8,0 xfc,0 xfe,0 xff, /从 第 7位 到 第 0位 依 次 全 部 熄 灭 0 x7e,0 xbd,0 xdb,0 xe7,0 xe7,0 xdb,0 xbd,0 x7e, /分 别 从 第 7位 和 第 0位 向 中 间 靠 拢 逐 个 点 亮 /然 后 从 中 间 向 两 边 分 散 逐 个 点 亮 0 x7e,0 x3c,0 x18,0 x00,0 x00,0

26、 x18,0 x3c,0 x7e, /分 别 从 第 7位 和 第 0位 向 中 间 靠 拢 全 部 点 亮 ， /然后 从 中 间 向 两 边 分 散 熄 灭 0 x00 /全 亮 ; /定 义 循 环 用 数 据 表 格 /延 时 子 函 数 ， 通 过 time值 改 变 延 时 时 间 void delay(uint time) uint i,j; for(i=time;i0;i-) for(j=110;j0;j-); /* /主 函 数 ， 循 环 点 亮 LED灯 void main() while(1) for(a=0;a42;a+) P1=tablea; /以 a做 索 引 号

27、 ， 从 数 组 中 取 值 送 给 P1口 delay(1000); /调 用 延 时 子 程 序 ， 晶 振 频 率 12MHz时 ， 延 时 约 1s /* 分 析 ： 这 个 程 序 中 ， 根 据 LED灯 点 亮 的 方 式 ， 将 需 要 送 向 P1口 的 数 据预 先 存 放 到 数 组 中 ， 程 序 运 行 中 ， 只 要 按 照 顺 序 将 这 些 数 组 元 素 送 向P1口 ， 就 可 以 实 现 不 同 花 式 的 彩 灯 。 数 组 定 义 时 ， 写 “ code”的 含 义 是告 诉 单 片 机 ， 定 义 的 数 组 要 放 在 ROM（ 程 序 存 储

28、区 ） 里 面 ， 写 后 就 不能 再 更 改 。 程 序 可 以 简 单 的 分 为 code（ 程 序 ） 区 和 data（ 数 据 ） 区 ，code区 在 运 行 的 时 候 是 不 可 以 更 改 的 ， data区 放 全 局 变 量 和 临 时 变 量， 是 要 不 断 改 变 的 ， CPU从 code区 读 取 指 令 ， 对 data区 的 数 据 进 行 运算 处 理 。 由 于 单 片 机 上 的 RAM区 很 小 ， 而 ROM区 相 对 来 说 比 较 大 ， 当需 要 定 义 的 数 据 太 多 时 ， 会 存 在 RAM区 放 不 下 的 情 况 。 所 以

29、 编 写 程 序时 ， 对 于 那 些 在 程 序 运 行 中 一 直 不 变 的 数 据 ， 可 在 数 据 类 型 名 和 变 量名 之 间 加 上 “ code”， 这 样 数 据 就 会 被 存 放 到 ROM区 ， 节 省 了 RAM区的 空 间 。注 意 ： 在 单 片 机 编 程 中 ， 要 根 据 变 量 的 取 值 范 围 ， 合 理 的 定 义 变 量 的 数 据 类 型 ， 节 省 RAM区 。 （ 3） 将 调 试 通 过 的 程 序 下 载 到 实 验 板 观 察 效 果 ， 实 验 板 上 的 单 片 机 为STC89C52， 可 直 接 使 用 STC-ISP下

30、载 软 件 将 程 序 烧 写 到 单 片 机 上 。 STC-ISP的 打 开 界 面 如 图 所 示 。 按 照 界 面 中 操 作 步 骤 ， 依 次 选 取 单 片 机 型 号 、 打开 HEX文 件 、 选 择 串 口 、 点 击 下 载 就 可 以 将 程 序 下 载 到 单 片 机 中 。注 意 ： STC单 片 机 下 载 时必 须 进 行 冷 启 动 ，即 在 点 击 “ 下 载 ”之 前 实 验 板 电 源是 关 闭 的 ， 点 击下 载 按 钮 后 ， 大概 2秒 钟 ， 打 开 实验 板 电 源 ， 出 现 蓝 色 进 展 条 并 有提 示 音 表 示 下 载成 功 。

31、 项 目 小 结 l 本 项 目 主 要 介 绍 了 51单 片 机 I/O口 结 构 和 应 用 ， 通 过 两 个 任 务 实 现 了 单片 机 对 单 个 LED灯 闪 烁 和 多 个 循 环 LED灯 的 控 制 。 l 51单 片 机 有 4个 8位 的 并 行 I/O接 口 ： P0、 P1、 P2和 P3口 。 对 于 P0口 要 注意 其 内 部 没 有 上 拉 电 阻 ， 所 以 在 硬 件 设 计 中 要 给 P0口 外 接 上 拉 电 阻 ， 以保 证 P0口 可 以 输 出 高 电 平 。 P1口 是 唯 一 一 个 只 有 输 入 /输 出 功 能 的 I/O口。 P

32、0口 和 P2口 当 有 外 部 扩 展 存 储 器 时 ， 作 为 数 据 /地 址 的 复 用 口 。 P3口每 一 位 都 具 有 第 二 功 能 。l 对 于 单 片 机 的 编 程 ， 离 不 开 对 特 殊 功 能 寄 存 器 的 操 作 ， 所 以 在 程 序 中 一定 要 有 包 含 对 特 殊 功 能 寄 存 器 声 明 的 头 文 件 。 思 考 与 训 练 （ 一 ） 知 识 思 考 ：1 P1口 与 P0口 在 结 构 上 有 何 区 别 ？2 P0口 P3口 的 负 载 能 力 分 别 如 何 ？3 51单 片 机 的 P0P3口 在 结 构 上 有 何 不 同 ？

33、在 使 用 上 有 什 么 特 点 ？ 用 作 通 用I/O口 输 入 数 据 时 ， 应 注 意 什 么 ？4 P3口 的 第 二 功 能 是 什 么 ？5 单 片 机 外 部 扩 展 存 储 器 时 ， P0口 和 P2口 有 什 么 作 用 ？6 在 编 写 单 片 机 程 序 时 ， 添 加 “ reg52.h”头 文 件 的 目 的 是 什 么 ？ （ 二 ） 项 目 训 练 ：1 如 图 4.7电 路 ， 请 修 改 程 序 ， 使 P1.7的 LED灯 大 致 按 1s的 时 间 间 隔 交 替 亮与 灭 。2 如 图 4.10电 路 ， 请 将 设 计 稍 作 修 改 ： 控 制 从 P1.0到 P1.7连 接 的 8只 LED灯 依 次 全 部 点 亮 ， 然 后 依 次 熄 灭 ， 接 下 来 控 制 从 P1.7到 P1.0连 接 的 8只 LED灯 依 次 全 部 点 亮 再 依 次 熄 灭 ， 最 后 8只 LED灯 全 亮 之 后 再 全 灭 。 请 编 写 程序 并 调 试 。