項(xiàng)目4單片機(jī)控制LED燈的設(shè)計(jì)[共40頁]

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1、電子工業(yè)出版社單片機(jī)控制技術(shù)單片機(jī)控制技術(shù) 項(xiàng)目式教程項(xiàng)目式教程 （C C語言版）語言版）電子工業(yè)出版社項(xiàng)目項(xiàng)目4 4 單片機(jī)控制單片機(jī)控制LEDLED燈的設(shè)計(jì)燈的設(shè)計(jì) l 能了解能了解5151單片機(jī)單片機(jī)I/OI/O口的結(jié)構(gòu)；口的結(jié)構(gòu)；l 能掌握能掌握5151單片機(jī)單片機(jī)I/OI/O口的特點(diǎn)及應(yīng)用；口的特點(diǎn)及應(yīng)用；l 能掌握能掌握5151單片機(jī)控制單片機(jī)控制LEDLED燈的硬件設(shè)計(jì)方法；燈的硬件設(shè)計(jì)方法；l 能熟練編寫單片機(jī)控制能熟練編寫單片機(jī)控制LEDLED燈閃爍的程序。燈閃爍的程序。 學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 工作任務(wù)工作任務(wù) l 敘述敘述5151單片機(jī)單片機(jī)I/OI/O口的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；口的結(jié)構(gòu)

2、和特點(diǎn)；l 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制單個(gè)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制單個(gè)LEDLED燈閃爍的電路和工作軟件；燈閃爍的電路和工作軟件；l 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制多個(gè)循環(huán)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制多個(gè)循環(huán)LEDLED燈的電路和工作軟件。燈的電路和工作軟件。任務(wù)任務(wù)4.1 單片機(jī)控制單個(gè)單片機(jī)控制單個(gè)LEDLED燈燈 任務(wù)任務(wù)4.2 單片機(jī)控制多個(gè)循環(huán)單片機(jī)控制多個(gè)循環(huán)LEDLED燈燈 項(xiàng)目拓展項(xiàng)目拓展 實(shí)驗(yàn)板彩燈的花式控制實(shí)驗(yàn)板彩燈的花式控制項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目小結(jié)思考與訓(xùn)練思考與訓(xùn)練項(xiàng)目項(xiàng)目4 單片機(jī)控制單片機(jī)控制LED燈的設(shè)計(jì)燈的設(shè)計(jì) 任務(wù)任務(wù)4.1 單片機(jī)控制單個(gè)單片機(jī)控制單個(gè)LED燈燈 4.1.1 MCS-514.1.1 MCS-51單片機(jī)

3、的單片機(jī)的I/OI/O口介紹口介紹 MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。它們是特殊功能寄存器中的4個(gè)。這4個(gè)口，既可以作輸入，也可以作輸出，既可按8位處理，也可按位方式使用。輸出時(shí)具有鎖存能力，輸入時(shí)具有緩沖功能。 1P0口口 P0口是一個(gè)三態(tài)雙向口，包括一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、輸出驅(qū)動(dòng)電路和輸出控制電路組成 ，它的一位結(jié)構(gòu)如圖 ：輸出驅(qū)動(dòng)器控制電路控制電路P0口功能口功能1、通用IO接口：不需要外部擴(kuò)展時(shí)，內(nèi)部控制信號將使MUX開關(guān)接通到鎖存器。此時(shí)，由于P0口沒有內(nèi)部上拉電阻，通常要在外部加一個(gè)上拉電阻來提高驅(qū)動(dòng)能力。2、地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用：

4、需要進(jìn)行外部擴(kuò)展時(shí)，內(nèi)部控制信號將使MUX開關(guān)接通到內(nèi)部地址數(shù)據(jù)線。此時(shí)，P0口在ALE信號的控制下，分時(shí)輸出低8位地址和8位數(shù)據(jù)信號。P0口的工作原理口的工作原理（1）通用）通用I/O口口用作輸入口（端口外數(shù)據(jù) 內(nèi)部寄存器）方式1（讀鎖存器）： Q 緩沖器2 D 內(nèi)部總線, 適于“讀修改寫”方式2（讀引腳）：P0.x 緩沖器1 D 內(nèi)部總線。 作為通用I/O使用，是一個(gè)準(zhǔn)雙向口：“在輸入數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)先把口置在輸入數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)先把口置1，使使V1、V2都截止，引腳處于懸浮狀態(tài)，都截止，引腳處于懸浮狀態(tài)， 可作高阻抗輸入可作高阻抗輸入” 用作輸出口（片內(nèi)數(shù)據(jù) 端口） 數(shù)據(jù) 鎖存 MUX P0.x （2）

5、地址/數(shù)據(jù)總線口 輸出：地址/數(shù)據(jù)為1，P0 x 高 地址/數(shù)據(jù)為0，P0 x 低 輸入：經(jīng)緩沖器1讀入 （1）P0口既可作地址/數(shù)據(jù)總線使用，也可作通用I/O口使用。當(dāng)P0口作地址/數(shù)據(jù)總線使用時(shí)，就不能再作通用I/O口使用了。（2）P0口作輸出口使用時(shí)，輸出級屬漏極開路，必須外接上拉電阻，才有高電平輸出。（3）P0口作輸入口讀引腳時(shí)，應(yīng)先向鎖存器寫1，使V1、V2截止，不影響輸入電平。P0口特點(diǎn)口特點(diǎn)2. P1口口P1口是準(zhǔn)雙向口，它只能作通用I/O接口使用。結(jié)構(gòu)與P0口不同，它的輸出只由一個(gè)場效應(yīng)管V1與內(nèi)部上拉電阻組成。 （1）P1口是唯一的單功能口，僅能作為通用I/O口使用。因在其輸

6、出端接有上拉電阻，可以直接輸出而無需外接上拉電阻。（2）同P0口一樣，當(dāng)作輸入口時(shí)，必須先向鎖存器寫“1”，使場效應(yīng)管V1截止。P1口特點(diǎn)口特點(diǎn)3. P2口口P2口也是準(zhǔn)雙向口，它有兩種用途：通用I/O接口和高8位地址線。 l P2口作I/O端口使用時(shí)：內(nèi)部控制信號使MUX開關(guān)接通到鎖存器，此時(shí)P2口的用法與P1口相同。l P2口作外部地址總線使用時(shí)：內(nèi)部控制信號使MUX開關(guān)接通到內(nèi)部地址線，此時(shí)P2口的引腳狀態(tài)由所輸出的地址決定。需要特別指出的是，由于對片外地址的操作是連續(xù)不斷的，只要進(jìn)行了外部系統(tǒng)擴(kuò)展，此時(shí)P0口和P2口就不能再用作I/ O端口了。4. P3口口 P3口用作通用I/O口時(shí)，

7、其工作原理同P1口類似。此外，它的每一根線還具有第二種功能。 在真正的應(yīng)用電路中，在真正的應(yīng)用電路中，P3P3口的第二功能顯得更為重要口的第二功能顯得更為重要 。4.1.2 單片機(jī)控制單個(gè)單片機(jī)控制單個(gè)LED燈閃爍的設(shè)計(jì)燈閃爍的設(shè)計(jì) 1 1任務(wù)要求任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，AT89C52單片機(jī)的P1.7引腳連接一個(gè)LED燈，控制LED閃爍。2任務(wù)分析任務(wù)分析 以單片機(jī)以單片機(jī)為核心的為核心的電子設(shè)計(jì)電子設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)加單片機(jī)最小系統(tǒng)加上最簡單的輸出電上最簡單的輸出電路來驅(qū)動(dòng)路來驅(qū)動(dòng)LEDLED編程控制編程控制P1.7P1.7引腳引腳的電平狀態(tài)，使其的電平狀態(tài)

8、，使其持續(xù)一段時(shí)間的高持續(xù)一段時(shí)間的高電平，再持續(xù)一段電平，再持續(xù)一段時(shí)間的低電平時(shí)間的低電平 3任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)（1）器件的選擇發(fā)光二極管l 發(fā)光二極管：單向?qū)щ娦裕ㄟ^5mA左右電流即可發(fā)光，電流越大，亮度越強(qiáng)，但若電流過大會(huì)燒毀二極管，一般控制在320mA。l 工作電壓： 紅色發(fā)光二極管1.7-2.5V 綠色發(fā)光二極管2.0-2.4V 黃色發(fā)光二極管1.9-2.4V 藍(lán)/白色發(fā)光二極管3.0-3.8V 限流電阻l 二極管串聯(lián)電阻的目的是為了防止發(fā)光二極管和P1.7引腳流過的電流過大，燒毀二極管或單片機(jī)，所以該電阻也稱為“限流電阻”。l 限流電阻的選擇： 假設(shè)電源電壓為VCC，發(fā)光二極管的

9、導(dǎo)通壓降為VDD，導(dǎo)通時(shí)流過二極管的電流為I，則限流電阻R為： R = (VCC-VDD)/Il 例如，若二極管的導(dǎo)通壓降為2.2V，導(dǎo)通時(shí)流過的電流為5mA，則限流電阻為560。器件清單器件名稱數(shù)量（只）AT89C52112MHz晶體122pF瓷片電容222uF電解電容110k電阻1560電阻1發(fā)光二極管LED1（2）硬件原理圖設(shè)計(jì)再次強(qiáng)調(diào)：再次強(qiáng)調(diào)：圖中的單片機(jī)元件沒有“VCC”和“GND”引腳，這是因?yàn)镻roteus軟件中，元件模型中的“電源”和“地”已經(jīng)進(jìn)行了連接，“VCC”接到了“+5V”電源，“GND”接到了“地”，所以隱藏了這兩個(gè)引腳。（3）軟件程序設(shè)計(jì)#include /宏定義

10、sbit led=P17; / 用sbit 關(guān)鍵字定義P1.7引腳 / 延時(shí)子函數(shù)void Delay(unsigned int t) while(-t); /主函數(shù)，控制P1.7引腳的LED燈閃爍void main (void)while (1) /主循環(huán) led=0; /將P1.7引腳置0，對外輸出低電平 Delay(20000); /調(diào)用延時(shí)程序 led=1; /將P1.7引腳置 1，對外輸出高電平 Delay(20000); /調(diào)用延時(shí)程序 在軟件編程中，通常使用空循環(huán)來達(dá)到延時(shí)的效果。延時(shí)時(shí)間的長短可以在Keil C51的調(diào)試狀態(tài)下分析。（4）軟硬件聯(lián)合調(diào)試1任務(wù)要求任務(wù)要求 設(shè)計(jì)一

11、個(gè)電路，AT89C52單片機(jī)的P1口連接8只LED燈，按以下順序點(diǎn)亮，形成流水燈的效果： 從P1.0到P1.7連接的8只LED燈逐個(gè)點(diǎn)亮； 從P1.0到P1.7連接的8只LED依次全部點(diǎn)亮； 從P1.7到P1.0連接的8只LED燈逐個(gè)點(diǎn)亮； 從P1.7到P1.0連接的8只LED依次全部點(diǎn)亮。任務(wù)任務(wù)4.2 單片機(jī)控制多個(gè)單片機(jī)控制多個(gè)LED燈燈 2任務(wù)分析任務(wù)分析 任務(wù)要求單片機(jī)控制8個(gè)LED燈，當(dāng)需要對某個(gè)I/O口的八位一起操作時(shí)，一般采用整體操作的方式，即總線的方式。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)可以定義一個(gè)變量來給P1口賦值，賦的值不同點(diǎn)亮的LED燈不同。由于8只LED燈要按一定規(guī)律點(diǎn)亮，這就要求對給P1

12、口賦的變量進(jìn)行移位，移位操作既可以用標(biāo)準(zhǔn)C中的左移、右移運(yùn)算符來實(shí)現(xiàn)，也可以用C51庫自帶的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 移位運(yùn)算符 循環(huán)移位函數(shù) 注意：循環(huán)移位函數(shù)_crol_( )和_cror_( )包含在intrins.h頭文件中，因此如果在程序中要用到這類函數(shù)，就必須在程序的開頭處包含intrins.h這個(gè)頭文件。l 由于用到的發(fā)光二極管較多，每個(gè)發(fā)光二極管都需要限流電阻，硬件電路會(huì)顯得比較復(fù)雜，所以這里使用了排阻。l 排阻排阻，就是若干個(gè)參數(shù)完全相同的電阻，它們的一個(gè)引腳都連到一起，作為公共引腳，其余引腳正常引出。如果一個(gè)排阻是由n個(gè)電阻構(gòu)成的，那么它就有n+1個(gè)引腳，一般來說最左邊的那個(gè)是公共引腳

13、。它在排阻上一般用一個(gè)色點(diǎn)標(biāo)出來。 直插式排阻 貼片式排阻排阻一般用在數(shù)字電路上，比如作為某個(gè)并行口的上拉或者下拉電排阻一般用在數(shù)字電路上，比如作為某個(gè)并行口的上拉或者下拉電阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。阻用。使用排阻比用若干只固定電阻更方便。3 3任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)（1）器件的選擇l器件清單器件名稱數(shù)量（只）AT89C52112MHz晶體122pF瓷片電容222uF電解電容110k電阻15608排阻1發(fā)光二極管LED8（2）硬件原理圖設(shè)計(jì)（3）軟件程序設(shè)計(jì)#include /宏定義，52單片機(jī)頭文件#include /包含_crol_、_cror_函數(shù)所在的頭文件#define ui

14、nt unsigned int #define uchar unsigned char /延時(shí)子函數(shù)void Delay(unsigned int t) while(-t);/主函數(shù)，循環(huán)點(diǎn)亮LED燈void main() uchar k,recy; while(1) /大循環(huán) recy=0 xfe; for(k=1;k=8;k+) /8只LED燈從P1.0到P1.7逐個(gè)點(diǎn)亮 P1=recy; /先點(diǎn)亮P1.0的LED燈 Delay(50000); /延時(shí)一段時(shí)間 recy=_crol_(recy,1); /將recy循環(huán)左移1位后再賦給recy recy=0 xfe; for(k=1;k=8

15、;k+) /8只LED燈從P1.0到P1.7依次全部點(diǎn)亮 P1=recy; Delay(50000); recy=recy1; /將recy左移1位后再賦給recy P1=0 xff; /全部熄滅 Delay(50000); recy=0 x7f; for(k=1;k=8;k+) /8只LED燈從P1.7到P1.0逐個(gè)點(diǎn)亮 P1=recy; /先點(diǎn)亮P1.7的LED燈 Delay(50000); recy=_cror_(recy,1); /將recy循環(huán)右移1位后再賦給recy recy=0 x7f; for(k=1;k1; /將recy右移1位后再賦給recy P1=0 xff; /全部熄滅

16、 Delay(50000); （4）軟硬件聯(lián)合調(diào)試 將編寫的程序在Keil C51中編譯成*.hex后調(diào)入Proteus硬件電路圖的AT89C52中運(yùn)行，八只LED燈從P1.0到P1.7逐個(gè)點(diǎn)亮，接下來再從P1.0到P1.7依次全部點(diǎn)亮，然后全部熄滅后又從P1.7到P1.0逐個(gè)點(diǎn)亮，最后再從P1.7到P1.0依次全部點(diǎn)亮，如此反復(fù)形成流水燈。項(xiàng)目拓展項(xiàng)目拓展 實(shí)驗(yàn)板彩燈的花式控制實(shí)驗(yàn)板彩燈的花式控制 在任務(wù)4.2中設(shè)計(jì)的流水燈為八個(gè)LED按一個(gè)方向循環(huán)點(diǎn)亮，此外我們還可以通過編程控制LED燈，使它以我們想要的各種方式點(diǎn)亮，而且LED燈點(diǎn)亮頻率可以通過改變延時(shí)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。下面編寫程序控制實(shí)驗(yàn)板上

17、的八個(gè)LED燈按照不同花式循環(huán)點(diǎn)亮。 （1）實(shí)驗(yàn)板8個(gè)LED燈電路如圖所示。RP1為390歐姆排阻；J9為插針，用于連接需要使用的I/O口，此處用杜邦線連接單片機(jī)的P1口。（2）編寫程序，控制八個(gè)LED燈使其以1s左右的時(shí)間間隔按不同形式循環(huán)點(diǎn)亮。 /宏定義 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char void delay(uint); /聲明延時(shí)函數(shù) uint a; /定義循環(huán)用變量 /定義循環(huán)用數(shù)據(jù)表格 uchar code table= 0 xff, /全滅 0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7,

18、0 xef,0 xdf,0 xbf,0 x7f, /從第0位到第7位依次逐個(gè)點(diǎn)亮 0 xfe,0 xfc,0 xf8,0 xf0,0 xe0,0 xc0,0 x80,0 x00, /從第0位到第7位/依次全部點(diǎn)亮 0 x80,0 xc0,0 xe0,0 xf0,0 xf8,0 xfc,0 xfe,0 xff, /從第7位到第0位依次全部熄滅 0 x7e,0 xbd,0 xdb,0 xe7,0 xe7,0 xdb,0 xbd,0 x7e, /分別從第7位和第0位向中間靠攏逐個(gè)點(diǎn)亮 /然后從中間向兩邊分散逐個(gè)點(diǎn)亮 0 x7e,0 x3c,0 x18,0 x00,0 x00,0 x18,0 x3c,

19、0 x7e, /分別從第7位和第0位向中間靠攏全部點(diǎn)亮，/然后從中間向兩邊分散熄滅 0 x00 /全亮 ; /定義循環(huán)用數(shù)據(jù)表格 /延時(shí)子函數(shù)，通過time值改變延時(shí)時(shí)間 void delay(uint time) uint i,j; for(i=time;i0;i-) for(j=110;j0;j-); /* /主函數(shù)，循環(huán)點(diǎn)亮LED燈 void main() while(1) for(a=0;a42;a+) P1=tablea; /以a做索引號，從數(shù)組中取值送給P1口 delay(1000); /調(diào)用延時(shí)子程序，晶振頻率12MHz時(shí)，延時(shí)約1s /* 分析：分析：這個(gè)程序中，根據(jù)LED燈點(diǎn)

20、亮的方式，將需要送向P1口的數(shù)據(jù)預(yù)先存放到數(shù)組中，程序運(yùn)行中，只要按照順序?qū)⑦@些數(shù)組元素送向P1口，就可以實(shí)現(xiàn)不同花式的彩燈。數(shù)組定義時(shí)，寫“code”的含義是告訴單片機(jī)，定義的數(shù)組要放在ROM（程序存儲(chǔ)區(qū)）里面，寫后就不能再更改。程序可以簡單的分為code（程序）區(qū)和data（數(shù)據(jù)）區(qū)，code區(qū)在運(yùn)行的時(shí)候是不可以更改的，data區(qū)放全局變量和臨時(shí)變量，是要不斷改變的，CPU從code區(qū)讀取指令，對data區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。由于單片機(jī)上的RAM區(qū)很小，而ROM區(qū)相對來說比較大，當(dāng)需要定義的數(shù)據(jù)太多時(shí)，會(huì)存在RAM區(qū)放不下的情況。所以編寫程序時(shí)，對于那些在程序運(yùn)行中一直不變的數(shù)據(jù)，可在數(shù)

21、據(jù)類型名和變量名之間加上“code”，這樣數(shù)據(jù)就會(huì)被存放到ROM區(qū)，節(jié)省了RAM區(qū)的空間。注意：注意：在單片機(jī)編程中，要根據(jù)變量的取值范圍，合理的定義變量的數(shù) 據(jù)類型，節(jié)省RAM區(qū)。（3）將調(diào)試通過的程序下載到實(shí)驗(yàn)板觀察效果，實(shí)驗(yàn)板上的單片機(jī)為STC89C52，可直接使用STC-ISP下載軟件將程序燒寫到單片機(jī)上。STC-ISP的打開界面如圖所示。按照界面中操作步驟，依次選取單片機(jī)型號、打開HEX文件、選擇串口、點(diǎn)擊下載就可以將程序下載到單片機(jī)中。注意：注意： STCSTC單片機(jī)下載時(shí)單片機(jī)下載時(shí)必須進(jìn)行冷啟動(dòng)，必須進(jìn)行冷啟動(dòng)，即在點(diǎn)擊即在點(diǎn)擊“下載下載”之前實(shí)驗(yàn)板電源之前實(shí)驗(yàn)板電源是關(guān)閉的，

22、點(diǎn)擊是關(guān)閉的，點(diǎn)擊下載按鈕后，大下載按鈕后，大概概2 2秒鐘，打開實(shí)秒鐘，打開實(shí)驗(yàn)板電源，出現(xiàn)驗(yàn)板電源，出現(xiàn)藍(lán)色進(jìn)展條并有藍(lán)色進(jìn)展條并有提示音表示下載提示音表示下載成功。成功。項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目小結(jié) l 本項(xiàng)目主要介紹了51單片機(jī)I/O口結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，通過兩個(gè)任務(wù)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對單個(gè)LED燈閃爍和多個(gè)循環(huán)LED燈的控制。 l 51單片機(jī)有4個(gè)8位的并行I/O接口：P0、P1、P2和P3口。對于P0口要注意其內(nèi)部沒有上拉電阻，所以在硬件設(shè)計(jì)中要給P0口外接上拉電阻，以保證P0口可以輸出高電平。P1口是唯一一個(gè)只有輸入/輸出功能的I/O口。P0口和P2口當(dāng)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，作為數(shù)據(jù)/地址的復(fù)用口。P3口每

23、一位都具有第二功能。l 對于單片機(jī)的編程，離不開對特殊功能寄存器的操作，所以在程序中一定要有包含對特殊功能寄存器聲明的頭文件。 思考與訓(xùn)練思考與訓(xùn)練 （一）知識思考：1P1口與P0口在結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？2P0口P3口的負(fù)載能力分別如何？351單片機(jī)的P0P3口在結(jié)構(gòu)上有何不同？在使用上有什么特點(diǎn)？用作通用I/O口輸入數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)注意什么？4P3口的第二功能是什么？5單片機(jī)外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口和P2口有什么作用？6在編寫單片機(jī)程序時(shí)，添加“reg52.h”頭文件的目的是什么？ （二）項(xiàng)目訓(xùn)練：1如圖4.7電路，請修改程序，使P1.7的LED燈大致按1s的時(shí)間間隔交替亮與滅。2如圖4.10電路，請將設(shè)計(jì)稍作修改：控制從P1.0到P1.7連接的8只LED燈依次全部點(diǎn)亮，然后依次熄滅，接下來控制從P1.7到P1.0連接的8只LED燈依次全部點(diǎn)亮再依次熄滅，最后8只LED燈全亮之后再全滅。請編寫程序并調(diào)試。