项目4单片机控制LED灯的设计[共40页]

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,能了解51单片机I/O口的结构； 能掌握51单片机I/O口的特点及应用； 能掌握51单片机控制LED灯的硬件设计方法； 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,叙述51单片机I/O口的结构和特点； 设计单片机控制单个LED灯闪烁的电路和工作软件； 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

2、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,1P0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IO接口：不需要外部扩展时，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、

3、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,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,2）地址/数据总线口 输出：地址/数据为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

4、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口特点,3. P2口,P2口也

5、是准双向口，它有两种用途：通用I/O接口和高8位地址线,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。 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

6、个电路，AT89C52单片机的P1.7引脚连接一个LED灯，控制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,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，一般控制在320mA。 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,二极管串联电阻的目

7、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”。 限流电阻的选择： 假设电源电压为VCC，发光二极管的导通压降为VDD，导通时流过二极管的电流为I，则限流电阻R为： R = (VCC-VDD)/I 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,2）硬件原理图设计,再次强调：图中的单片机元件没有“VCC”和“GND”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,incl

8、ude /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 (void) 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

9、任务要求 设计一个电路，AT89C52单片机的P1口连接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

10、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,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。 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

11、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,器件清单,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() uchar k,recy; w

12、hile(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;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

13、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，控制八个LED灯使其以1s左右的

14、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 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 x

15、80,0 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 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) uin

16、t 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，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（程序存储区）里面，写后就不能再更改。程

17、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

18、为STC89C52，可直接使用STC-ISP下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,项目小结,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。 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。P0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。 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： 1P1口与P0口在结构上有何区别？ 2P0口P3口的负载能力分别如