任務(wù)2.1點(diǎn)亮發(fā)光二極管

1、2.1 點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管項(xiàng)目2 發(fā)光二極管的閃爍大多數(shù)單片機(jī)初學(xué)者都是從點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管開(kāi)始單片機(jī)學(xué)習(xí)之路的。在項(xiàng)目2中我們安排了3個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，分別是點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管、發(fā)光二極管閃爍和8位流水燈。通過(guò)這三個(gè)任務(wù)，讓初學(xué)者初步了解51單片機(jī)IO口控制外圍器件的原理，激發(fā)初學(xué)者學(xué)習(xí)單片機(jī)的興趣。在完成這三個(gè)任務(wù)之外，教程中穿插講述了51單片機(jī)編程軟件KeilC51以及STC燒錄軟件的使用、C語(yǔ)言入門(mén)基礎(chǔ)、模擬電路基本元件的特點(diǎn)等入門(mén)知識(shí)，為今后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)?！緝?nèi)容安排】2.1點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管2.2 發(fā)光二極管的閃爍2.3 8位流水燈 任務(wù)2.1 點(diǎn)亮一個(gè)發(fā)光二極管2.1.1任務(wù)要

2、求 使用單片機(jī)的兩個(gè)I/O口，其中一個(gè)I/O口作為輸入引腳，接開(kāi)發(fā)板上的高電平（或低電平），另外一個(gè)I/O口作為輸出引腳，控制開(kāi)發(fā)板上的一個(gè)發(fā)光二極管亮滅。當(dāng)輸入I/O接高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮，反之當(dāng)輸入I/O接低電平時(shí)，發(fā)光二極管熄滅。2.1.2知識(shí)準(zhǔn)備1、發(fā)光二極管LED(light-emitting diode)，即發(fā)光二極管，有貼片的，也有直插的，如圖2.1.1所示，常見(jiàn)的顏色有紅、綠、黃、藍(lán)、白等。從發(fā)光二極管的字面上我們可以看出它的一些特性：首先它能發(fā)出可見(jiàn)光，另外這種器件具有普通二極管的特性，即單向?qū)щ娦?，具有陰極和陽(yáng)極之分。 圖2.1.1 直插發(fā)光二極管和貼片發(fā)光二極管開(kāi)發(fā)板

3、上的發(fā)光二極管發(fā)出的光是紅顏色，0805貼片封裝。這種二極管的正向?qū)妷涸?.8V到 2.2V之間，工作電流在1mA20mA 之間。當(dāng)導(dǎo)通電流大約1mA時(shí)，人的眼睛就可以明顯地觀察到二極管的發(fā)光，導(dǎo)通電流越大，亮度越高，超過(guò)10mA，亮度變化就不明顯了，當(dāng)電流超過(guò)20mA時(shí)，發(fā)光二極管就會(huì)有燒壞的危險(xiǎn)。 在設(shè)計(jì)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，要在發(fā)光二極管電路中串接一個(gè)限流電阻，調(diào)節(jié)阻值的大小可以控制發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。導(dǎo)通電流與限流電阻的關(guān)系為Iled=(VCC-Vled)/R，Iled是流過(guò)發(fā)光二極管的電流，Vled是發(fā)光二極管兩端電壓，電阻R是限流電阻。電流3-10mA，電源電壓5V，Vled

4、在2V左右，則限流電阻的取值在300-1K之間。圖2.1.2 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路 2、單片機(jī)I/O口如何控制發(fā)光二極管亮滅 圖2.1.3（a）中是一個(gè)通過(guò)開(kāi)關(guān)控制發(fā)光二極管亮滅的電路。開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，電源上的電流經(jīng)過(guò)限流電阻R1，流向發(fā)光二極管，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。開(kāi)關(guān)S1閉合，電源上的電流經(jīng)過(guò)限流電阻R1流向地，發(fā)光二極管沒(méi)有電流流過(guò)，發(fā)光二極管熄滅。在單片機(jī)的I/O內(nèi)部，實(shí)際上也存在這樣一個(gè)開(kāi)關(guān)。圖2.1.3（b）是通過(guò)單片機(jī)I/O口控制發(fā)光二極管亮滅的等效電路圖。與圖（a）不同的地方在于，開(kāi)關(guān)S1不是通過(guò)手動(dòng)控制的，而是通過(guò)單片機(jī)的I/O控制的。我們通過(guò)程序控制P17引腳連接的開(kāi)關(guān)S1閉合，

5、則P17引腳為低電平，發(fā)光二極管熄滅，相反通過(guò)程序控制開(kāi)關(guān)打開(kāi)，則P17引腳呈現(xiàn)高電平，發(fā)光二極管被點(diǎn)亮。（a）開(kāi)關(guān)控制發(fā)光二極管 （b）I/O控制發(fā)光二極管 圖2.1.3 I/O控制發(fā)光二極管亮滅的原理解釋 另外需要說(shuō)明的，對(duì)于51單片機(jī)而言，如果按照?qǐng)D2.1.3（b）中的接法來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，并不能點(diǎn)亮發(fā)光管，本單元的任務(wù)3中會(huì)詳細(xì)解釋I/O口高電平驅(qū)動(dòng)不了發(fā)光二極管的原因。3、編程語(yǔ)言的選擇和C語(yǔ)言的簡(jiǎn)單介紹 單片機(jī)控制發(fā)光二極管亮滅是通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么我們用什么語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序呢？ 單片機(jī)編程語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。相比較來(lái)說(shuō)，匯編語(yǔ)言比較接近單片機(jī)的底層，使用匯編語(yǔ)言有助于理解

6、單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單的程序，用匯編語(yǔ)言，程序效率也可能比較高，但是當(dāng)程序容量達(dá)到幾千上萬(wàn)行以后，匯編語(yǔ)言在組織結(jié)構(gòu)、修改維護(hù)等方面就會(huì)成為你的噩夢(mèng)了。C語(yǔ)言具有通用性，51單片機(jī)用可以用C語(yǔ)言編程，其它單片機(jī)（AVR、STM32等）也可以用C語(yǔ)言編程，而匯編則不具備通用性，每一類(lèi)型的單片機(jī)的匯編指令不盡相同，初學(xué)者繞不過(guò)學(xué)習(xí)匯編指令的煩擾。另外C語(yǔ)言的可移植性好，用51單片機(jī)寫(xiě)的程序只要稍加修改，就可以在別的單片機(jī)中使用。所以目前實(shí)際開(kāi)發(fā)過(guò)程中，大部分工程師都在用 C 語(yǔ)言做單片機(jī)開(kāi)發(fā)，只有在很低端的應(yīng)用中或者是特殊要求的場(chǎng)合，才會(huì)用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，所以這里建議大家還是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)比較好一些。4

7、、特殊功能寄存器（SFR） 學(xué)過(guò)C語(yǔ)言的人肯定會(huì)有這樣一個(gè)問(wèn)題：編寫(xiě)單片機(jī)程序用C語(yǔ)言，那么在C語(yǔ)言中怎樣來(lái)描述單片機(jī)的資源呢？在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)重要的資源叫特殊功能寄存器，簡(jiǎn)稱(chēng)SFR。SFR是單片機(jī)中各功能部件對(duì)應(yīng)的寄存器，用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。舉個(gè)例子來(lái)講，SFR可以看成是一棟宿舍樓，里面有很多房間，這些房間存放P0、P1、P2、P3這些I/O的控制命令，也存放著定時(shí)器、中斷、串口等資源的控制命令，房間號(hào)對(duì)應(yīng)命令的地址。我們要操控這些資源，只需要向房間號(hào)（命令的存放地址）寫(xiě)命令就可以了。表2.1.1是STC89C52單片機(jī)的SFR地址表，共有21個(gè)特殊功能寄存器。我們

8、可以看到P0口的地址為0x80，我們要操控P0口，只需要對(duì)0x80這個(gè)地址寫(xiě)數(shù)據(jù)就可以了。在C51中，相比于普通C語(yǔ)言，多了兩個(gè)特殊的變量聲明，sfr和是sbit。表2.1.1 STC89C52的特殊功能寄存器符號(hào)地址功能介紹符號(hào)地址功能介紹BF0HB寄存器TH18DH定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(高8位)ACCE0H累加器TH08CH定時(shí)/計(jì)數(shù)器0(低8位)PSWD0H程序狀態(tài)字TL18BH定時(shí)/計(jì)數(shù)器1(高8位)IPB8H中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器TL08AH定時(shí)/計(jì)數(shù)器0(低8位)P3B0HP3口鎖存器TMOD89H定時(shí)/計(jì)數(shù)器方式控制寄存器IEA8H中斷允許控制寄存器TCON88H定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器P

9、2A0HP2口鎖存器DPH83H數(shù)據(jù)地址指針(高8位)SBUF99H串口緩沖器DPL82H數(shù)據(jù)地址指針(低8位)SCON98H串口控制寄存器SP81H堆棧指針P190HP1口鎖存器P080HP0口鎖存器PCON87H電源控制寄存器sfr：在聲明變量的同時(shí)為其指定特殊功能寄存器作為存儲(chǔ)地址。例如：sfr P0=0x80，此處聲明一個(gè)變量P0，并指定其存儲(chǔ)地址為特殊功能寄存器P0對(duì)應(yīng)的地址(0x80)。編寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)直接對(duì)變量P0賦值就可以了。舉例：P0口的8個(gè)位分別10101010，則在軟件里直接寫(xiě)語(yǔ)句P0=0xAA(0B10101010)就可以了。sbit：同樣是聲明一個(gè)變量，和SFR 使用方

10、法類(lèi)似，但是sbit是用來(lái)聲明一個(gè)位變量。P0口共有8個(gè)位，我們想單獨(dú)控制第2個(gè)位，可以通過(guò)這樣的定義：sbit P11=P11，這樣我們就可以在程序中使用P11表示P1口的第二個(gè)位。是不是我們每一次編寫(xiě)程序的時(shí)候都需要用sfr和sibt來(lái)定義寄存器變量呢？實(shí)際上C51編譯器已經(jīng)做好了一個(gè)文件，里面已經(jīng)存放了些定義。這個(gè)文件的名字叫做reg52.h（頭文件），文件存放的路徑是KeilC51INC，在Keil軟件的安裝文件夾中。我們?cè)诰帉?xiě)程序的時(shí)候，只需要在程序的開(kāi)頭加上這樣一個(gè)語(yǔ)句#include，就可以把這些寄存器變量定義加載到當(dāng)前的程序中直接使用了。2.1.3 任務(wù)實(shí)施1、KeilC51的

11、安裝KeilC51是美國(guó)Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。下面是Keil C51編譯器的安裝步驟。（1）雙擊KeilC51安裝文件夾中的 文件，彈出如圖2.1.4所示的對(duì)話(huà)框。圖2.1.4 雙擊安裝文件界面（2）點(diǎn)擊“Next”按鈕，彈出“License Agreement”對(duì)話(huà)框，如圖2.1.5所示。文本框中顯示的是安裝許可協(xié)議，需要在“I agree to all the terms of the preceding License Agreement”前面的的小框中打勾。圖2.1.5 許可協(xié)議界面（3）點(diǎn)擊“Next”按鈕，彈出“

12、Folder Selection”對(duì)話(huà)框，如圖2.1.6所示。這里可以設(shè)置安裝路徑，默認(rèn)安裝路徑在“C:Keil”文件夾下。點(diǎn)擊“Browse.”按鈕，可以修改安裝路徑，應(yīng)用程序盡量不要安裝在C盤(pán)，建議選用別的盤(pán)符，安裝路徑不能出現(xiàn)中文字符。2.1.6 選擇安裝路徑界面（4）點(diǎn)擊“Next”按鈕，彈出“Customer Information”對(duì)話(huà)框，如圖2.1.7所示。輸入用戶(hù)名、公司名稱(chēng)以及 E-mail 地址即可。圖2.1.7 輸入用戶(hù)名等信息界面（5）單擊“Next”，自動(dòng)安裝軟件，進(jìn)度條一點(diǎn)一點(diǎn)增大，如圖2.1.8所示。圖 2.1.8 文件安裝界面（6）安裝完成后，彈出來(lái)安裝完成對(duì)話(huà)

13、框，如圖2.1.9 所示，有幾個(gè)打鉤的選項(xiàng)，把這些勾都去掉，點(diǎn)擊“Finish”按鈕，Keil C51安裝完成。 圖 2.1.9 安裝完成后界面2、工程的建立（1）在編寫(xiě)應(yīng)用程序之前，需先建立一個(gè)工程，應(yīng)用程序和其它文件放在工程中。打開(kāi) Keil 軟件后，點(diǎn)擊：Project-New uVision Project.，如圖2.1.10 所示。 圖 2.1.10 新建一個(gè)工程（2）在彈出的窗口中，選擇工程保存的位置，并給工程起一個(gè)名字，我們給工程起名LED，軟件會(huì)自動(dòng)添加擴(kuò)展名.uvproj。如圖2.1.11所示圖2.1.11 工程命名（3）點(diǎn)擊“保存”按鈕后，彈出如圖2.1.12的對(duì)話(huà)框。圖2

14、.1.12 選擇CPU型號(hào)在這個(gè)對(duì)話(huà)中，要為我們的工程選擇CPU類(lèi)型。在Data base列表框中，拖動(dòng)滾動(dòng)條，有很多生產(chǎn)廠商的名稱(chēng)，但找不到我們開(kāi)發(fā)板上STC89C52的生產(chǎn)廠商宏晶科技。Keil C51的設(shè)計(jì)者并沒(méi)有把STC單片機(jī)加入到Keil中。STC89C52和Amel公司的51單片機(jī)同屬一個(gè)系列，在選擇CPU時(shí)，我們可以選擇Atmel公司，單擊Atmel前面的+，展開(kāi)后，有很多Atmel公司的單片機(jī)，我們選擇AT89C52就可以了。（4）選定CPU型號(hào)后，點(diǎn)擊”O(jiān)K”按鈕，會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話(huà)圖，讓你選擇在工程中加入一段啟動(dòng)代碼，初學(xué)者可以不理會(huì)，點(diǎn)擊”否”就可以了，工程創(chuàng)建完畢，界面如圖

15、2.1.13所示。2.1.13 工程創(chuàng)建后界面（5） 工程創(chuàng)建后，下一步的工作就是建立編寫(xiě)代碼的文件。點(diǎn)擊菜單File-New，新建一個(gè)文件，然后點(diǎn)擊File-Save，保存文件，彈出如圖2.1.14所示的窗口。圖2.1.14 新建一個(gè).c文件我們把文件放在LED工程下，同時(shí)給文件起個(gè)名字：LED.c，（6）建立了工程和C文件之后，兩者還是分離的，下一步的工作是把C文件加入到工程中。鼠標(biāo)右鍵單擊Project欄中的Target 1下的文件夾Source Group 1，彈出一個(gè)菜單，選擇Add Files to “Source Group 1”.，如圖2.1.15所示。 圖 2.1.15 C文

16、件加載到工程中點(diǎn)擊Add Files to “Source Group 1”.后，彈出如圖2.1.16所示的對(duì)話(huà)框，我們選中剛才建立的LED.c文件，然后點(diǎn)擊按鈕Add，再點(diǎn)擊按鈕Close，關(guān)閉對(duì)話(huà)框。 圖2.1.16 加載LED.c界面把文件加入到工程中后，可以看到在左側(cè)Source Group 1下多了一個(gè)新的文件：LED.C，如圖2.1.17所示。圖2.1.7 加入.c文件后工程界面3、程序的編寫(xiě)#includesbit LED=P10; /LED輸出接口定義sbit Input=P11; /外接電平輸入接口定義void main(void)while(1) /大循環(huán)if(Input=

17、1) /如果輸入電平為高電平，則點(diǎn)亮LEDLED=0; /低電平點(diǎn)亮LED else LED=1; /否則，熄滅LED我們把C文件加入到工程后，就可以編寫(xiě)應(yīng)用程序了。應(yīng)用程序的編寫(xiě)在LED.c窗口中，當(dāng)前行有光標(biāo)在閃爍，而且當(dāng)前行的顏色為淡紫色。如果對(duì)編程的字體大小不滿(mǎn)意，可以點(diǎn)擊菜單欄Edit-Configuration，里面有一個(gè)選項(xiàng)卡Colors & Fonts，可以修改字體大小和顏色等。程序清單如下：程序解釋如下：（1）在介紹特殊功能寄存器SFR時(shí)，我們提到過(guò)功能寄存器的定義已經(jīng)被包含在reg52.h這個(gè)文件中，#include是預(yù)處理命令，在這里是文件包含的意思。就是把中的文件包含到

18、本程序中，成為當(dāng)前程序的一部分。有了#include這個(gè)語(yǔ)句，我們可以直接使用那些寄存器了。（2）打開(kāi)reg52.h這個(gè)頭文件，我們可以看到既有寄存器定義，也有部分寄存器中每個(gè)位的定義，但是我們?cè)谶@個(gè)文件中找不到I/O的位定義，所以我們需要在我們的程序中加上單個(gè)IO的位定義：sbit LED=P10;sbit Input=P11;。（3）日常生活中，要完成一件復(fù)雜的功能，我們總是習(xí)慣把“大功能”分解為多個(gè)“小功能”來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些功能在C語(yǔ)言中我們稱(chēng)之為“函數(shù)”。大功能我們稱(chēng)之為主函數(shù)，函數(shù)名為main，小功能為子函數(shù)。一個(gè)程序，無(wú)論復(fù)雜或簡(jiǎn)單，都是由主函數(shù)開(kāi)始的。函數(shù)的格式為：返回類(lèi)型 函數(shù)名稱(chēng)

19、(參數(shù)列表,.)，在main函數(shù)中，返回類(lèi)型和參數(shù)列表都是空的，所以都用void來(lái)表示。main函數(shù)中的內(nèi)容放大中。（4）我們?cè)趯W(xué)習(xí)C語(yǔ)言課程時(shí)，課本中的例程執(zhí)行一次，輸出結(jié)果就可以了。但是在C51中，主程序中的任務(wù)大多數(shù)是循環(huán)運(yùn)行的，不能執(zhí)行一次就結(jié)束了，舉個(gè)例子，溫度采集器采集環(huán)境溫度，需要程序不停的執(zhí)行溫度采集任務(wù)，不能只采集一次，程序就不運(yùn)行了。C51中，循環(huán)執(zhí)行的任務(wù)放到大循環(huán)中。大循環(huán)的格式為：while(1)任務(wù)A；任務(wù)B；任務(wù)C；.while語(yǔ)句是循環(huán)語(yǔ)句的一種，后面的()的內(nèi)容為循環(huán)條件，如果條件為真，則執(zhí)行中循環(huán)體的內(nèi)容,如果不為真，則不執(zhí)行中循環(huán)體的內(nèi)容。本例程中，whi

20、le語(yǔ)句的條件為1，永遠(yuǎn)為真，則不停執(zhí)行中循環(huán)體的任務(wù)。（5）在本任務(wù)的硬件電路設(shè)計(jì)中，發(fā)光二極管正極接電源，負(fù)極連接單片機(jī)PI0引腳，電路如圖2.1.18所示。所以要點(diǎn)亮發(fā)光二極管，P10引腳需置低電平，程序中對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句：led=0；,發(fā)光二極管滅，P10引腳需置高電平，則程序中對(duì)應(yīng)的語(yǔ)句：led=1；。至于為什么用低電平點(diǎn)亮發(fā)光二極管，而不是用高電平來(lái)點(diǎn)亮發(fā)光二極管，本單元的任務(wù)3會(huì)解釋低電平點(diǎn)亮的原因。 圖2.1.18 發(fā)光二極管硬件電路（6）程序中的任務(wù)是不停的檢測(cè)輸入I/O口（P11）外接電平是高電平還是低電平，如果是高電平，則發(fā)光二極管熄滅，如果為低電平，則發(fā)光二極管點(diǎn)亮。程序中判

21、斷輸入I/O是高電平還是低電平，用到了C語(yǔ)言中的if語(yǔ)句，其格式為：if(條件) 執(zhí)行動(dòng)作A else執(zhí)行動(dòng)作B如果條件滿(mǎn)足，則執(zhí)行動(dòng)作A，否則執(zhí)行動(dòng)作B。在本程序中，如果P11口外接輸入電平為高電平1（if(Input=1)），則點(diǎn)亮發(fā)光二極管（LED=0），否則則熄滅發(fā)光二極管（LED=1）。開(kāi)發(fā)板上留有高電平（5V）和低電平（0V）接口，用杜邦線(xiàn)把P11口和高電平或者低電平相連就可以了。細(xì)心的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果P11口不用杜邦線(xiàn)連接高電平，發(fā)光二極管也點(diǎn)亮，其中的原因我們會(huì)在本單元的任務(wù)3中，給予解釋。4、程序的編譯程序編好了，我們要對(duì)程序進(jìn)行編譯，生成可以下載到單片機(jī)里的文件，在編譯之前，我們先要勾選一個(gè)選項(xiàng)，Project-Options for Target Target1.，或者直接點(diǎn)圖2.1.19圖中紅框內(nèi)的快捷圖標(biāo)。 圖2.1.19 點(diǎn)擊魔術(shù)棒在彈出的對(duì)話(huà)框中，點(diǎn)擊 Output 選項(xiàng)頁(yè)，勾選其中的“Create HEX File”復(fù)選框，然后點(diǎn) OK，如圖2.1.20所示。圖2.1.20 勾選復(fù)選框設(shè)置好以后，點(diǎn)擊“Project-rebuild all target files” ，或者鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖2.1.21中紅框內(nèi)的快捷圖標(biāo)，就可以對(duì)程序進(jìn)行編譯了。圖2.1.21