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1、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,4.1.1 MCS-51单片
2、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。,1P0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IO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
3、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
4、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
5、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
6、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320mA。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
7、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
8、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，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.
9、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
10、，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
11、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=_
12、crol_(recy,1);/将recy循环左移1位后再赋给recy,recy=0 xfe;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接口：P0、P1、P2和P3口。对于P0口要注意其内部没有上拉电阻，所以在硬件设计中要给P0口外接上拉电阻，以保证P0口可以输出高电平。P1口是唯一一个只有输入/输出功能的I/O口。P0口和P2口当有外部扩展存储器时，作为数据/地址的复用口。P3口每一位都具有第二功能。对于单片机的编程，离不开对特殊功能寄存器的操作，所以在程序中一定要有包含对特殊功能寄存器声明的头文件。,
