任務2.1點亮發(fā)光二極管

1、2.1 點亮一個發(fā)光二極管項目2 發(fā)光二極管的閃爍大多數(shù)單片機初學者都是從點亮一個發(fā)光二極管開始單片機學習之路的。在項目2中我們安排了3個簡單的任務，分別是點亮一個發(fā)光二極管、發(fā)光二極管閃爍和8位流水燈。通過這三個任務，讓初學者初步了解51單片機IO口控制外圍器件的原理，激發(fā)初學者學習單片機的興趣。在完成這三個任務之外，教程中穿插講述了51單片機編程軟件KeilC51以及STC燒錄軟件的使用、C語言入門基礎、模擬電路基本元件的特點等入門知識，為今后的學習打下良好的基礎?！緝?nèi)容安排】2.1點亮一個發(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2.1 點亮一個發(fā)光二極管2.1.1任務要

2、求 使用單片機的兩個I/O口，其中一個I/O口作為輸入引腳，接開發(fā)板上的高電平（或低電平），另外一個I/O口作為輸出引腳，控制開發(fā)板上的一個發(fā)光二極管亮滅。當輸入I/O接高電平時，發(fā)光二極管點亮，反之當輸入I/O接低電平時，發(fā)光二極管熄滅。2.1.2知識準備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，常見的顏色有紅、綠、黃、藍、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。當導通電流大約1mA時，人的眼睛就可以明顯地觀察到二極管的發(fā)光，導通電流越大，亮度越高，超過10mA，亮度變化就不明顯了，當電流超過20mA時，發(fā)光二極管就會有燒壞的危險。 在設計發(fā)光二極管驅(qū)動電路時，要在發(fā)光二極管電路中串接一個限流電阻，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。導通電流與限流電阻的關系為Iled=(VCC-Vled)/R，Iled是流過發(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)動電路 2、單片機I/O口如何控制發(fā)光二極管亮滅 圖2.1.3（a）中是一個通過開關控制發(fā)光二極管亮滅的電路。開關S1斷開，電源上的電流經(jīng)過限流電阻R1，流向發(fā)光二極管，發(fā)光二極管被點亮。開關S1閉合，電源上的電流經(jīng)過限流電阻R1流向地，發(fā)光二極管沒有電流流過，發(fā)光二極管熄滅。在單片機的I/O內(nèi)部，實際上也存在這樣一個開關。圖2.1.3（b）是通過單片機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，開關S1不是通過手動控制的，而是通過單片機的I/O控制的。我們通過程序控制P17引腳連接的開關S1閉合，

5、則P17引腳為低電平，發(fā)光二極管熄滅，相反通過程序控制開關打開，則P17引腳呈現(xiàn)高電平，發(fā)光二極管被點亮。（a）開關控制發(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 另外需要說明的，對于51單片機而言，如果按照圖2.1.3（b）中的接法來驅(qū)動發(fā)光二極管，并不能點亮發(fā)光管，本單元的任務3中會詳細解釋I/O口高電平驅(qū)動不了發(fā)光二極管的原因。3、編程語言的選擇和C語言的簡單介紹 單片機控制發(fā)光二極管亮滅是通過編寫程序來實現(xiàn)的，那么我們用什么語言來編寫程序呢？ 單片機編程語言有匯編語言和C語言。相比較來說，匯編語言比較接近單片機的底層，使用匯編語言有助于理解

6、單片機內(nèi)部結構。簡單的程序，用匯編語言，程序效率也可能比較高，但是當程序容量達到幾千上萬行以后，匯編語言在組織結構、修改維護等方面就會成為你的噩夢了。C語言具有通用性，51單片機用可以用C語言編程，其它單片機（AVR、STM32等）也可以用C語言編程，而匯編則不具備通用性，每一類型的單片機的匯編指令不盡相同，初學者繞不過學習匯編指令的煩擾。另外C語言的可移植性好，用51單片機寫的程序只要稍加修改，就可以在別的單片機中使用。所以目前實際開發(fā)過程中，大部分工程師都在用 C 語言做單片機開發(fā)，只有在很低端的應用中或者是特殊要求的場合，才會用匯編語言開發(fā)，所以這里建議大家還是用C語言開發(fā)比較好一些。4

7、、特殊功能寄存器（SFR） 學過C語言的人肯定會有這樣一個問題：編寫單片機程序用C語言，那么在C語言中怎樣來描述單片機的資源呢？在單片機內(nèi)部有一個重要的資源叫特殊功能寄存器，簡稱SFR。SFR是單片機中各功能部件對應的寄存器，用于存放相應功能部件的控制命令、狀態(tài)或數(shù)據(jù)。舉個例子來講，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，也存放著定時器、中斷、串口等資源的控制命令，房間號對應命令的地址。我們要操控這些資源，只需要向房間號（命令的存放地址）寫命令就可以了。表2.1.1是STC89C52單片機的SFR地址表，共有21個特殊功能寄存器。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0x80這個地址寫數(shù)據(jù)就可以了。在C51中，相比于普通C語言，多了兩個特殊的變量聲明，sfr和是sbit。表2.1.1 STC89C52的特殊功能寄存器符號地址功能介紹符號地址功能介紹BF0HB寄存器TH18DH定時/計數(shù)器1(高8位)ACCE0H累加器TH08CH定時/計數(shù)器0(低8位)PSWD0H程序狀態(tài)字TL18BH定時/計數(shù)器1(高8位)IPB8H中斷優(yōu)先級控制寄存器TL08AH定時/計數(shù)器0(低8位)P3B0HP3口鎖存器TMOD89H定時/計數(shù)器方式控制寄存器IEA8H中斷允許控制寄存器TCON88H定時/計數(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：在聲明變量的同時為其指定特殊功能寄存器作為存儲地址。例如：sfr P0=0x80，此處聲明一個變量P0，并指定其存儲地址為特殊功能寄存器P0對應的地址(0x80)。編寫應用程序時直接對變量P0賦值就可以了。舉例：P0口的8個位分別10101010，則在軟件里直接寫語句P0=0xAA(0B10101010)就可以了。sbit：同樣是聲明一個變量，和SFR 使用方

10、法類似，但是sbit是用來聲明一個位變量。P0口共有8個位，我們想單獨控制第2個位，可以通過這樣的定義：sbit P11=P11，這樣我們就可以在程序中使用P11表示P1口的第二個位。是不是我們每一次編寫程序的時候都需要用sfr和sibt來定義寄存器變量呢？實際上C51編譯器已經(jīng)做好了一個文件，里面已經(jīng)存放了些定義。這個文件的名字叫做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。我們在編寫程序的時候，只需要在程序的開頭加上這樣一個語句#include，就可以把這些寄存器變量定義加載到當前的程序中直接使用了。2.1.3 任務實施1、KeilC51的

11、安裝KeilC51是美國Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(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所示的對話框。圖2.1.4 雙擊安裝文件界面（2）點擊“Next”按鈕，彈出“License Agreement”對話框，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）點擊“Next”按鈕，彈出“

12、Folder Selection”對話框，如圖2.1.6所示。這里可以設置安裝路徑，默認安裝路徑在“C:Keil”文件夾下。點擊“Browse.”按鈕，可以修改安裝路徑，應用程序盡量不要安裝在C盤，建議選用別的盤符，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）點擊“Next”按鈕，彈出“Customer Information”對話框，如圖2.1.7所示。輸入用戶名、公司名稱以及 E-mail 地址即可。圖2.1.7 輸入用戶名等信息界面（5）單擊“Next”，自動安裝軟件，進度條一點一點增大，如圖2.1.8所示。圖 2.1.8 文件安裝界面（6）安裝完成后，彈出來安裝完成對話

13、框，如圖2.1.9 所示，有幾個打鉤的選項，把這些勾都去掉，點擊“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）在編寫應用程序之前，需先建立一個工程，應用程序和其它文件放在工程中。打開 Keil 軟件后，點擊：Project-New uVision Project.，如圖2.1.10 所示。 圖 2.1.10 新建一個工程（2）在彈出的窗口中，選擇工程保存的位置，并給工程起一個名字，我們給工程起名LED，軟件會自動添加擴展名.uvproj。如圖2.1.11所示圖2.1.11 工程命名（3）點擊“保存”按鈕后，彈出如圖2.1.12的對話框。圖2

14、.1.12 選擇CPU型號在這個對話中，要為我們的工程選擇CPU類型。在Data base列表框中，拖動滾動條，有很多生產(chǎn)廠商的名稱，但找不到我們開發(fā)板上STC89C52的生產(chǎn)廠商宏晶科技。Keil C51的設計者并沒有把STC單片機加入到Keil中。STC89C52和Amel公司的51單片機同屬一個系列，在選擇CPU時，我們可以選擇Atmel公司，單擊Atmel前面的+，展開后，有很多Atmel公司的單片機，我們選擇AT89C52就可以了。（4）選定CPU型號后，點擊”O(jiān)K”按鈕，會彈出一個對話圖，讓你選擇在工程中加入一段啟動代碼，初學者可以不理會，點擊”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代碼的文件。點擊菜單File-New，新建一個文件，然后點擊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.c文件我們把文件放在LED工程下，同時給文件起個名字：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。鼠標右鍵單擊Project欄中的Target 1下的文件夾Source Group 1，彈出一個菜單，選擇Add Files to “Source Group 1”.，如圖2.1.15所示。 圖 2.1.15 C文

16、件加載到工程中點擊Add Files to “Source Group 1”.后，彈出如圖2.1.16所示的對話框，我們選中剛才建立的LED.c文件，然后點擊按鈕Add，再點擊按鈕Close，關閉對話框。 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#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，則點亮LEDLED=0; /低電平點亮LED else LED=1; /否則，熄滅LED我們把C文件加入到工程后，就可以編寫應用程序了。應用程序的編寫在LED.c窗口中，當前行有光標在閃爍，而且當前行的顏色為淡紫色。如果對編程的字體大小不滿意，可以點擊菜單欄Edit-Configuration，里面有一個選項卡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，我們提到過功能寄存器的定義已經(jīng)被包含在reg52.h這個文件中，#include是預處理命令，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，成為當前程序的一部分。有了#include這個語句，我們可以直接使用那些寄存器了。（2）打開reg52.h這個頭文件，我們可以看到既有寄存器定義，也有部分寄存器中每個位的定義，但是我們在這個文件中找不到I/O的位定義，所以我們需要在我們的程序中加上單個IO的位定義：sbit LED=P10;sbit Input=P11;。（3）日常生活中，要完成一件復雜的功能，我們總是習慣把“大功能”分解為多個“小功能”來實現(xiàn)。這些功能在C語言中我們稱之為“函數(shù)”。大功能我們稱之為主函數(shù)，函數(shù)名為main，小功能為子函數(shù)。一個程序，無論復雜或簡單，都是由主函數(shù)開始的。函數(shù)的格式為：返回類型 函數(shù)名稱

19、(參數(shù)列表,.)，在main函數(shù)中，返回類型和參數(shù)列表都是空的，所以都用void來表示。main函數(shù)中的內(nèi)容放大中。（4）我們在學習C語言課程時，課本中的例程執(zhí)行一次，輸出結果就可以了。但是在C51中，主程序中的任務大多數(shù)是循環(huán)運行的，不能執(zhí)行一次就結束了，舉個例子，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，不能只采集一次，程序就不運行了。C51中，循環(huán)執(zhí)行的任務放到大循環(huán)中。大循環(huán)的格式為：while(1)任務A；任務B；任務C；.while語句是循環(huán)語句的一種，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語句的條件為1，永遠為真，則不停執(zhí)行中循環(huán)體的任務。（5）在本任務的硬件電路設計中，發(fā)光二極管正極接電源，負極連接單片機PI0引腳，電路如圖2.1.18所示。所以要點亮發(fā)光二極管，P10引腳需置低電平，程序中對應的語句：led=0；,發(fā)光二極管滅，P10引腳需置高電平，則程序中對應的語句：led=1；。至于為什么用低電平點亮發(fā)光二極管，而不是用高電平來點亮發(fā)光二極管，本單元的任務3會解釋低電平點亮的原因。 圖2.1.18 發(fā)光二極管硬件電路（6）程序中的任務是不停的檢測輸入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語言中的if語句，其格式為：if(條件) 執(zhí)行動作A else執(zhí)行動作B如果條件滿足，則執(zhí)行動作A，否則執(zhí)行動作B。在本程序中，如果P11口外接輸入電平為高電平1（if(Input=1)），則點亮發(fā)光二極管（LED=0），否則則熄滅發(fā)光二極管（LED=1）。開發(fā)板上留有高電平（5V）和低電平（0V）接口，用杜邦線把P11口和高電平或者低電平相連就可以了。細心的讀者會發(fā)現(xiàn)，如果P11口不用杜邦線連接高電平，發(fā)光二極管也點亮，其中的原因我們會在本單元的任務3中，給予解釋。4、程序的編譯程序編好了，我們要對程序進行編譯，生成可以下載到單片機里的文件，在編譯之前，我們先要勾選一個選項，Project-Options for Target Target1.，或者直接點圖2.1.19圖中紅框內(nèi)的快捷圖標。 圖2.1.19 點擊魔術棒在彈出的對話框中，點擊 Output 選項頁，勾選其中的“Create HEX File”復選框，然后點 OK，如圖2.1.20所示。圖2.1.20 勾選復選框設置好以后，點擊“Project-rebuild all target files” ，或者鼠標點擊圖2.1.21中紅框內(nèi)的快捷圖標，就可以對程序進行編譯了。圖2.1.21