项目4单片机控制LED灯的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,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。,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，,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,3,20mA,。,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,器件名称,数量（只）,AT89C52,1,12MHz,晶体,1,22pF,瓷片电容,2,22uF,电解电容,1,10k,电阻,1,560,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“,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,#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(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,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,器件名称,数量（只）,AT89C52,1,12MHz,晶体,1,22pF,瓷片电容,2,22uF,电解电容,1,10k,电阻,1,560,8,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(),uchar 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,）