单片机应用技术项目教程（C语言版）课件02.项目二 LED循环点亮

项目二

LED循环点亮教学目的掌握P0、P1、P2和P3功能及应用技能；掌握内部数据存储器的地址分配及特殊功能寄存器；掌握C语言数据类型、常量和变量；会利用单片机I/O口实现开关控制LED循环点亮和步进电机控制。

LED控制电路控制八只发光二极管按一定的规律循环点亮工作过程P1口接发光二极管（LED）的阴极，P1口的管脚输出低电平时对应的发光二极管点亮。问题：

LED采用的是共阴极接法还是共阳极接法？为什么P1口的管脚输出低电平，对应的发光二极管点亮？通过程序按一定的规律向P1口的管脚输出低电平和高电平,控制八只发光二极管循环点亮。问题：程序怎么使P1口的管脚循环输出低电平和高电平？LED循环点亮功能实现分析

由于LED循环点亮电路的LED是采用共阳极接法，这样我们就可以通过“0”和“1”来控制LED的亮和灭。例如：在P1口输出十六进制数0xfe（二进制11111110B），D1被点亮。LED循环点亮功能实现过程如下：8个LED全灭，控制码为0xff；D1点亮，P1口输出0xfe，取反为0x01（二进制00000001B），初始控制码为0x01；D2点亮，P1口输出0xfd，取反为0x02（二进制00000010B）,控制码为0x02；D3点亮，P1口输出0xfb，取反为0x04（二进制00000100B）,控制码为0x04；……D8点亮，P1口输出0x7f，取反为0x80（二进制10000000B）,控制码为0x80；重复第二步，这样就可以实现LED循环点亮。LED控制程序（C语言）Voidmain(){unsignedchari;unsignedchartemp;P1=0xff;//十六进制全1,熄灭所有LEDwhile(1){temp=0x01;//第一位为1for(i=0;i<8;i++){P1=~temp;//temp值取反送P1口

Delay();temp=temp<<1;//temp值左移一位

}}思考

如何改变循环点亮的方向？并行I/O端口电路

单片机有4组8位并行I/O端口，称为P0口、P1口、P2口和P3口；每个端口都各有8条I/O口线，每条I/O口线都能独立地用作输入或输出；P0口负载能力为8个TTL门电路，P1口、P2口和P3口负载能力为4个TTL门电路；归入特殊功能寄存器之列，具有字节寻址和位寻址功能。P0口的结构由1个数据输出锁存器（D触发器）、2个三态数据输入缓冲器、1个输出控制电路和1个输出驱动电路组成。输出控制电路由1个转换开关MUX、1个与门及1个非门组成；输出驱动电路由一对场效应管(V1和V2)组成，其工作状态受输出控制端的控制。P0口有两种功能通用I/O口地址/数据分时复用总线

P0口作通用I/O口使用作为通用的I/O口使用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门，将输出驱动电路的上拉场效应管（V1）截止，同时使多路转接电路MUX接通锁存器Q端的输出通路。注意

当P0口进行一般的I/O输出时，由于输出电路是漏极开路电路，因此必须外接上拉电阻才能有高电平输出；当P0口进行一般的I/O输入时，必须先向电路中的锁存器写入“1”，使场效应管（V2）截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰，因为如果V2管是导通的，不论P0.X引脚上的状态如何，输入都会是低电平，将导致输入错误。P0口作地址/数据分时复用总线使用

当输出地址或数据时，由内部发出控制信号，打开上面的与门，并使多路转接电路MUX将内部地址/数据线与驱动场效应管（V2）接通。若地址/数据线为1，则V1导通，V2截止，P0口输出为1；反之V1截止，V2导通，P0口输出为0。而当输入数据时，读引脚使三态数据输入缓冲器打开，数据信号则直接从引脚通过数据输入缓冲器进入内部总线。P1口的结构P1口通常作为通用I/O口使用的，在电路结构上与P0口有一些不同之处：首先它不再需要多路转接电路MUX；其次是电路的内部有上拉电阻，与场效应管共同组成输出驱动电路。P1口工作过程当作为输出口时，1写入锁存器，Q(非)=0，场效应管截止，内部上拉电阻将电位拉至“1”，此时该口输出为1，当0写入锁存器，Q(非)=1,场效应管导通，输出则为0。当作为输入口时，必须先向锁存器写1，Q(非)=0，场效应管截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可由内部上拉电阻拉成高电平。P2口的结构它由一个数据输出锁存器（D触发器）、两个三态数据输入缓冲器、一个转换开关MUX、一个数据输出驱动电路和控制电路组成。P3口当作为I/O使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位的锁存器应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。

【技能训练2-1】P0口外接上拉电阻

本电路设计和模块三LED循环点亮电路基本一样，差别是：使用了排阻、P0口接LED的阴极以及在P0口和LED阴极之间外接了上拉电阻排阻

八个电阻的功能是完全一样的，加工到一个器件里面，这个器件通常称之为排阻。为了在电路板上占很小的地方，方便安装和生产，在电路设计时常常选择排阻。PR1和PR2都是排阻，阻值分别为4.7K*8和220Ω*8。PR1排阻是上拉电阻，其功能是在这个引脚没有信号的时候，起到电位上拉的作用。PR2和普通的电阻用途没有任何不同，在这里面起到限流作用，使通过LED的电流被限制在十几个毫安左右。

AT89C51内存空间

内部程序存储器（FLASH）4K字节外部程序存储器（ROM）64K字节内部数据存储器（RAM）256字节外部数据存储器（RAM）64K字节低128个字节

寄存器区（单元地址为00H～1FH）共有4组寄存器，每组8个寄存单元，各组都以R0～R7作寄存单元编号。位寻址区（单元地址为20H～2FH）既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中每一位进行位操作。用户区（单元地址为30H～7FH）供用户使用的一般RAM区，没有任何规定或限制，一般应用中常把堆栈开辟在此区中。高128个字节

高128单元是供给专用寄存器使用的，也称为特殊功能寄存器，单元地址为80H～FFH。特殊功能寄存器位地址空间

复位后内部各寄存器的数据值

PSW程序状态字

用于存放程序运行中的各种状态信息。CY（PSW.7）：高位进位标志位。常用“C”表示。AC（PSW.6）：辅助进位标志位。F0（PSW.5）：用户标志位。RS1（PSW.4）：寄存器组选择位1。RS0（PSW.3）：寄存器组选择位0。OV（PSW.2）：溢出标志位。－（PSW.1）：保留位，无定义。P（PSW.0）：奇偶校验位，若累加器（A）中的“1”的位个数是奇数个则P＝1，偶数个则P＝0。寄存器组的选择

ACC累加器8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要。既可用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。MCS-51单片机中大部分单操作数指令的操作数就取自累加器，许多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。。B寄存器B寄存器是一个8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B存乘数。乘法操作后，乘积的高8位存于B中。除法运算时，B存除数。除法操作后，余数存于B中。此外，B寄存器也可作为一般数据寄存器使用。PC程序计数器作用是控制程序的执行顺序。其内容为将要执行指令的地址，寻址范围达64KB。PC有自动加1功能，从而实现程序的顺序执行。PC没有地址，是不可寻址的，因此用户无法对它进行读写，但可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。地址不在SFR（专用寄存器）之内，一般不计作专用寄存器。DPTR数据指针数据指针为16位寄存器。编程时，DPTR既可以按16位寄存器使用，也可以按两个8位寄存器分开使用，即：

DPH：

DPTR高位字节

DPLDPTR低位字节SP堆栈指针堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。

问题：复位后，SP的值是多少？为什么，堆栈通常设在用户区(30H～7FH)？中断源向量地址

“头文件包含”处理

所谓“头文件”是指一个文件将另外一个文件的内容全部包含进来。头文件一般在C:\KELL\C51\INC下，INC文件夹里面有不少头文件，并且里面还有很多以公司分类的文件夹，里面也都是相关产品的头文件。在单片机中用C语言编程时，往往第一行就是头文件或者其它的自定义头文件。特殊功能寄存器在AT89X52.H中定义

符号P1_0表示P1.0引脚

程序存储器

程序存储器是用于存放用户程序、数据和表格等。它是以程序计数器PC作为地址指针，MCS-51的程序计数器PC是16位的，所以MCS-51具有64KB程序存储器寻址空间。对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的EA端必须接地，强制CPU从外部程序存储器读取程序。对于内部有ROM的单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。MCS-51ROM配置图

当EA=1时，程序从内部ROM开始执行，当PC值超过内部ROM容量时会自动转向外部ROM空间。当EA=0时，程序从外部存储器开始执行。51子系列ROM配置图52子系列ROM配置图

具有特殊功能的地址

启动地址单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统必须从0000H单元开始执行程序。因而0000H是启动地址，也称为系统程序的复位入口地址。中断服务程序入口地址是专门用于存放中断服务程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的入口地址去执行程序。

中断源入口地址外部中断00003H定时/计数器0000BH外部中断10013H定时/计数器1001BH串行中断0023H*定时器2溢出或T2EX（P1.1）端负跳002BH工作模块4开关控制LED循环点亮

用P3.0作输入接开关SW，P1口作输出接8个LED，通过开关SW控制LED循环点亮。开关SW打开，LED循环点亮，开关SW合上，LED停止循环点亮。

开关控制LED循环点亮程序

#include<AT89X52.H>//包含AT89X52.H头文件sbitSW=P3^0;//定义SW是P3.0位对应的变量名voidmain(){unsignedchari;unsignedchartemp;P1=0xff;//十六进制全1,熄灭所有LEDwhile(1){temp=0x01;//第一位为1for(i=0;i<8;i++){while(SW!=0);P1=~temp;//temp值取反送P1口

Delay();temp=temp<<1;//temp值左移一位}}}C51数据类型

C51定义了标准C语言的所有数据类型;同时对标准C语言进行了扩展，更加注意对系统资源的合理利用，如表所示。

数据类型长度数值范围unsignedchar1字节0～255char1字节-128～+127unsignedint2字节0～65535int2字节-32768～+32767unsignedlong4字节0～4294967295long4字节-2147483648～+2147483647float4字节±1.175494E-38～±3.402823E+38*1～3字节对象的地址bit位0或1sfr1字节0～255sfr162字节0～65535sbit位0或1C51基本数据类型

char字符类型长度是一个字节（8位）int整型长度为两个字节（16位）long长整型长度为四个字节（32位）float浮点型长度为四个字节（32位）*指针型指针型本身就是一个变量，在这个变量中存放的是指向另一个数据的地址。这个指针变量要占据一定的内存单元，在C51中它的长度一般为1～3个字节。

C51扩展的数据类型

bit位变量sfr特殊功能寄存器sfr1616位特殊功能寄存器sbit可寻址位bit位变量

bit位变量可以将与MCS-51硬件特性操作有关的定义成位变量。位变量必须定位在MCS-51单片机内部RAM的位寻址空间中。但不能定义位指针，也不能定义位数组。bit位变量的值就是一个二进制位，不是0就是1，类似True和False。例如：bitflag;//flag为bit位变量，其值是0或1sfr特殊功能寄存器这种定义方法与标准C语言不兼容，只适用于对MCS-51系列单片机进行C语言编程。Sfr占用一个字节，数值范围为0～255。利用它可以访问51单片机内部的所有特殊功能寄存器。特殊功能寄存器C51定义的一般语法格式如下：sfr

特殊功能寄存器名=特殊功能寄存器的字节地址;例如：

sfrP1=0x90;这一句定义了P1为P1端口在内部的寄存器。又如：

sfr

SCON=0x98；

//串口控制寄存器，地址为0x98

sfr

TMOD=0x89；

//定时器/计数器方式控制寄存器sfr1616位特殊功能寄存器sfr16占用两个字节。在许多新的MCS-51系列单片机中，有时会使用两个连续地址的特殊功能寄存器来指定一个16位的值。如52子系列的定时器/计数器2。为了有效地访问这类SFR，可使用关键字“sfr16”来定义，16位SFR定义语句的语法格式与8位SFR相同，只是“=”后面的地址必须用16位SFR的低字节地址，即低字节地址作为“sfr16”的定义地址。例如：

sfr16

T2=0xCC

//定时器/计数器2：T2低8位地址为0xCC，T2高8位地址为0xCD注意：这种定义适用于所有新的16位SFR，不能用于定时器/计数器0和1。sbit可寻址位C51的扩充功能支持特殊位的定义，与SFR定义一样，关键字“sbit”用于定义某些特殊位，利用它可以访问芯内部部的RAM中的可寻址位或特殊功能寄存器中的可寻址位。如先前我们定义:

sfrP1=0x90;因P1端口的寄存器是可位寻址的，所以我们可以定义:

sbitP1_1=P1＾1;

//P1_1为P1中的P1.1引脚这样我们在以后的程序语句中就可以用P1_1来对P1.1引脚进行读写操作了。在C语言里，由于P1.1不是一个合法的C语言变量名，得给它另起一个名字，这里起的名为P1_1，所以必须给它们建立联系，这里使用了C51的关键字sbit来定义sbit的用法有三种格式第一种格式sbit

bit-name=sfr-name^intconstant;其中“bit-name”是一个寻址位符号名,该位符号名必须是MCS-51单片机中规定的位名称；“sfr-name”必须是已定义过的SFR的名字；“^”后的整常数是寻址位在特殊功能寄存器“sfr-name”中的位号，必须是0～7范围中的数。例如：sfr

PSW=0xD0;

//定义PSW寄存器地址为0xD0sbit

OV=PSW^2;

//定义OV位为PSW.2，地址为0xD2sbit

CY=PSW^7;

//定义CY位为PSW.7，地址为0xD7sbit的用法有三种格式第二种格式：sbit

bit-name=intconstant^intconstant;其中“=”后的intconstant为寻址地址位所在的特殊功能寄存器的字节地址；“^”符号后的intconstant为寻址位在特殊功能寄存器中的位号。例如：sbit

OV=0xD0^2;

//定义OV位地址是0xD0字节中的第2位sbit

CY=0xD0^7;

//定义CY位地址是0xD0字节中的第7位sbit的用法有三种格式第三种格式：sbit

bit-name=intconstant；其中“=”后的intconstant为寻址位的绝对位地址。例如：sbit

OV=0xD2;

//定义OV位地址为0xD2sbit

CY=0xD7;

//定义CY位地址为0xD7

C语言常量与变量常量是在程序运行过程中不能改变的，而变量是可以在程序运行过程中不断变化的。变量的定义可以使用所有C51编译器支持的数据类型，而常量的数据类型只有整型、浮点型、字符型、字符串型和位变量。

常量

常量可用在不必改变值的场合，如固定的数据表，字库等。常量的定义方式有几种,下面来加以说明。#difineFalse0x0;//用预定义语句可以定义常量#difineTrue0x1;//这里定义False为0,True为1程序中用到False和True，在编译时，False替换为0，True替换为1。unsignedintcodea=100;//用code把a定义在程序存储器中并赋值constunsignedintc=100;//用const定义c为无符号int常量并赋值以上两句它们的值都保存在程序存储器中，而程序存储器在运行中是不允许被修改的，所以如果在这两句后面用了类似a=110，a++这样的赋值语句，编译时将会出错。变量

变量就是一种在程序执行过程中其值能不断变化的。要在程序中使用变量必须先用标识符作为变量名，并指出所用的数据类型和存储模式，这样编译系统才能为变量分配相应的存储空间。定义一个变量的格式如下：[存储种类]数据类型[存储器类型]变量名表在定义格式中除了数据类型和变量名表是必要的，其它都是可选项。存储种类存储种类有四种自动（auto），缺省类型为自动(auto)外部（extern）静态（static）寄存器（register）

存储器类型

存储器类型的说明就是指定该变量在C51硬件系统中所使用的存储区域，并在编译时准确的定位。存储器类型说明data直接访问内部数据存储器（128字节),访问速度最快bdata可位寻址内部数据存储器（16字节），允许位与字节混合访问idata间接访问内部数据存储器（256字节），允许访问全部内部地址pdata分页访问外部数据存储器（256字节），用MOVX@Ri指令访问xdata外部数据存储器(64KB)，用MOVX@DPTR指令访问code程序存储器（64KB）,用MOVC@A+DPTR指令访问存储模式

SMALL存储模式把所有函数变量和局部数据段放在8051系统的内部数据存储区，这使访问数据非常快。在写小型的应用程序时，变量和数据放在data内部数据存储器中是很好的，因为访问速度快；但在较大的应用程序中data区最好只存放小的变量、数据或常用的变量（如循环计数、数据索引），而大的数据则放置在别的存储区域。COMPACT存储模式中所有的函数和程序变量和局部数据段定位在8051系统的外部数据存储区，最多可有256字节。LARGE存储模式所有函数和过程的变量和局部数据段都定位在8051系统的外部数据区，最多可有64KB。工作模块5步进电机控制

工作任务

使用AT89S52单片机，由P1口的P1.0、P1.1、P1.2和P1.3四个引脚通过步进电机驱动电路分别接在四相步进电机的四相绕组，步进电机的励磁方式采用四相双四拍，通过程序控制步进电机正转。

认识步进电机

步进电动机是“一步一步”的转动的一种电动机。电源输入的电信号是脉冲信号（脉冲电压），每输入一个电脉冲，电动机就转过一个固定角度。故而，也称为脉冲电动机。步进电机的结构

步进电机是利用输入数字信号转换成机械能量的电气设备。以内部线圈绕线来区分步进电机，有4相和5相两种，使用5V及12V电源控制。一般来说，4相步进电机又称为2相双绕组步进电机，是最常用的一种电机。步进电机的工作过程

每输入一个脉冲信号，步进电机固定旋转一个步进角。例如：若步进角为1.8

的步进电机，如果输入200个脉冲信号，步进电机就会旋转200个步进角，且刚好转一圈（200

1.8

=360

）。由于步进电机旋转角度与输入脉冲数目成正比，只要控制输入的脉冲数目便可控制步进电机转动角度。因此，合适的回路控制常用于精确定位和精确定速。步进电机线圈励磁的方式DC电流通过定子线圈建立磁场，称为励磁。步进电机励磁顺序：1相励磁顺序；2相励磁顺序；1-2相励磁顺序。2相励磁顺序4相：表示电动机有四相绕组，分别为A、B、/A、/B绕组。2相励磁：表示每一种励磁状态都有两相绕组励磁。2相励磁顺序：四种励磁状态为一个循环。只要改变励磁顺序，就可以改变步进电机旋转方向。

正转：（A、B）→（B，/A）→（/A，/B）→（/B，A）→（A，B）反转：（A、B）→（/B，A）→（/A，/B）→（B，/A）→（A，B）步进电机控制电路设计

步进电机驱动电路由ULN2003A和74LS04构成，其中ULN2003A驱动器是一个高电压、大电流的达灵顿对数组。由于ULN2003A的输入与TTL电平兼容，所以一般能直接连接到驱动组件或是负载上，例如：继电器、电机或是LED显示器等。电机正转功能实现分析

控制状态P1口控制码P1.3P1.2P1.1P1.0D相C相B相A相A相、B相绕组通电03H0011B相、C相绕组通电06H0110C