项目4 单片机控制LED灯的设计

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灯项目小结 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 1MCS 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 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 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sbitled P1 7 用sbit关键字定义P1 7引脚 延时子函数voidDelay unsignedintt while t 主函数 控制P1 7引脚的LED灯闪烁voidmain 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KeilC51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 首先控制P1 0到P1 7连接的8只LED灯逐个点亮 接下来再从P1 0到P1 7连接的8只LED依次全部点亮 然后控制从P1 7到P1 0连接的8只LED灯逐个点亮 最后再从P1 7到P1 0连接的8只LED依次全部点亮 形成流水灯的效果 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 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 defineuintunsignedint defineucharunsignedchar 延时子函数voidDelay unsignedintt while t 主函数 循环点亮LED灯voidmain uchark 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 1 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KeilC51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