2023年01月06日 | 51单片机（入门保姆级教程）——LED闪烁及流水灯

一、LED基本原理和知识

图1 LED共阳极原理图

1.1 LED共阴极和共阳极的含义

LED的最小单元是发光二极管。发光二极管是区分正负极的，正向导通，反向截止。共阴极就是发光二极管的负极连接在一起，共阳极就是发光二极管的正极连接在一起。

1.2 共阴极和共阳极的区别

耗能不一样。共阳极二极管的公共端接在高电平，需要高电平时时刻刻处在工作状态；而共阴极二极管公共端接低（GND），只需指定二极管工作时给某个二极管高电平即可，有效降低了功耗，对长时间工作LED来言有效降低了屏热。

线路复杂程度不同。一般在实际工程中共阴极二极管比共阳极二极管的线路复杂，共阳极不需要那么多的高电平线路驱动。

二、单个LED的闪烁

2.1 KEIL文件的建立

具体的keil工程文件创建可以参考[1]中的过程。

2.2 LED的闪烁程序

#include //定义单片机的一些特殊功能寄存器

sbit led=P2^0; //定义指定LED灯的管脚

void delay(unsigned int i) //延时函数。unsigned int定义无符号整型，范围0-655535

{

while(i--); //i=1时，大约延时10us

}

void main()       //主函数，程序从这里开始执行

{

while(1)

{

led=0;        //0表示低电平，共阳极二极管点亮

delay(50000); //大约延时450ms

led=1;        //1表示高电平，LED熄灭

delay(50000); //大约延时450ms

}

}

2.3 包含/区分/学习知识点

#include和#include"reg52.h"区别

两者来说区别不大，< >的引用是C51库函数里面的文件，而" "是引用我们自己创建的库函数里面的文件。

while循环函数

while(i<10)

{

i=i+1;

}

while函数的定义为：执行程序里面的函数文件，即i+1，执行完后判断i是否<10，若小于，继续执行，若大于等于则跳出循环。

DELAY延时函数（掌握和学习）

在单片机中有两种延时方式，一种是软件延时，一种是硬件延时（计时器/计数器）。本知识点主要介绍软件延时函数。

void delay(unsigned int i)

{

while(i--);

}

延时函数，i=1时，大约延时10us

图2 STC-ISP生成延时函数

图2所示为STC-ISP自动设置生成延时函数，所使用的晶振为11.0592MHz，以10us为例，自动生成。

void Delay10us() //@11.0592MHz

{

unsigned char i;

_nop_();

i = 25;

while (--i);

}

我们发现其中多了_nop_()指令，该指令包含在头文件#include中，所以我们需要专门调用改文件。_nop_()的作用是产生下一条指令，对于延时很短的，要求在us级的，采用“_nop_”函数，这个函数的作用是使程序执行完成后延时几微秒。nop指令为单周期指令，可由晶振频率算出延时时间，对于12M晶振，延时1us。对于延时比较长的，要求在大于10us，采用C51中的循环语句来实现。对上述闪烁程序变换后可得如下程序。

#include //定义单片机的一些特殊功能寄存器

#include //定义单片机的一些特殊功能寄存器，里面包含_nop_()

sbit led=P2^0; //定义指定LED灯的管脚

void main()       //主函数，程序从这里开始执行

{

while(1)

{

led=0;        //0表示低电平，共阳极二极管点亮

_nop_();      

led=1;        //1表示高电平，LED熄灭

_nop_();     

}

}

三、LED流水灯的实现

3.1最基础最原始的流水灯实现办法

（1）概念

8个LED灯的定义，以共阳极为例，让某一个灯点亮就是让这个LED灯为低电平。从左到右依次为01111111、10111111、11011111、11101111、11110111、11111011、11111101、11111110。其中1就是高电平、0位低电平，为低电平时LED点亮。

（2）具体程序代码

#include //定义单片机的一些特殊功能寄存器

sbit led1=P2^0; //定义指定LED灯的管脚

sbit led2=P2^1;

sbit led3=P2^2;

sbit led4=P2^3;

sbit led5=P2^4;

sbit led6=P2^5;

sbit led7=P2^6;

sbit led8=P2^7;

void delay(unsigned int i) //延时函数。unsigned int定义无符号整型，范围0-655535

{

while(i--); //i=1时，大约延时10us

}

void main()       //主函数，程序从这里开始执行

{

while(1)

{

led1=0;        //0表示低电平，led1点亮

delay(5000); 

led1=1;        //1表示高电平，led1熄灭

delay(5000);

led2=0;        //0表示低电平，led2点亮

delay(5000); 

led2=1;        //1表示高电平，LED2熄灭

delay(5000);

led3=0;        //0表示低电平，LED3点亮

delay(5000); 

led3=1;        //1表示高电平，LED3熄灭

delay(5000);

led4=0;        //0表示低电平，LED4点亮

delay(5000); 

led4=1;        //1表示高电平，LED4熄灭

delay(5000);

led5=0;        //0表示低电平，LED5点亮

delay(5000); 

led5=1;        //1表示高电平，LED5熄灭

delay(5000);

led6=0;        //0表示低电平，LED6点亮

delay(5000); 

led6=1;        //1表示高电平，LED6熄灭

delay(5000); 

led7=0;        //0表示低电平，LED7点亮

delay(5000); 

led7=1;        //1表示高电平，LED7熄灭

delay(5000);

led8=0;        //0表示低电平，LED8点亮

delay(5000); 

led8=1;        //1表示高电平，LED8熄灭

delay(5000);

}

}

最基础最原始的流水灯方式，就是单纯让LED按照顺序依次点亮，从而达到流水灯的效果，看似笨拙、程序繁多，却突出流水灯的思想和原理，为后面库函数、左移右移、数组索引法奠定基础。

3.2 移位法实现LED流水灯

（1）具体程序代码

左循环

#include

void delay(unsigned int i)   //延时函数

{

    while(i--);

}

void main(void)   //主函数，程序从这里开始执行

 {

     int j;   //引入变量，定义字符

     while(1)

    {

        P2=0xfe;   //即11111110，将8个LED的状态赋值给P2

        delay(50000);

for(j=0;j<8;j++)  //循环8次，因为有8个LED灯

         {

            P2=P2<<1 | 0x01; //实现程序左移1位，或运算，有1为1，全0为0

            delay(50000);

         }

     }

 }

右循环

#include

void delay(unsigned int i)   //延时函数

{

    while(i--);

}

void main(void)   //主函数，程序从这里开始执行

 {

     int j;   //定义字符

     while(1)

    {

        P2=0x7f;   //即01111111，将8个LED的状态赋值给P2

        delay(50000);

for(j=0;j<8;j++)  //循环8次，因为有8个LED灯

         {    

            P2=P2>>1 | 0x80; //实现程序右移1位，或运算，有1为1，全0为0

            delay(50000);

         }

     }

 }

（2）相关知识、逻辑解释

或运算( | )

基本运算规则为： 0|0=0； 0|1=1； 1|0=1； 1|1=1；只要运算中有一个为1，其值为1。

为什么引入j变量？

变量j：为了实现循环，让LED灯依次进行移动，文中实现LED灯左移或者右移8次。

左移<<和右移>>

左移和右移有其固定的形式，如P1<<1，就是让P1往左移动一位，若为P1<<2，就是让P1往左移动两位，依次推算，右移也是如此。

此位移法相对简单基础，存在不定性，可在此基础上增加判断和计时器，精确控制LED流水灯的形式和花样。

3.3 数组法

（1）具体程序代码

#include

unsigned char LED [8] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //定义8个LED灯点亮

void delay(unsigned int i)   //延时函数

{

    while(i--);

}

void main(void)   //主函数，程序从这里开始执行

{

     int j;

     for(j=0; j<8; j++) //循环函数，实现流水效果

{

P2 = LED[j];  //赋值给LED端口

delay(50000);

P2 = 0xff; // 清屏，使所有LED熄灭 

}    

}

（2）相关知识点

数组的定义和表示——类型说明符 数组名 [常量表达式]

这是数组最基本的形式，比较固定。其中：

类型说明符：表示变量的长度单元格，常用为char、int、long；因为一般读取数据很少有负数，所以常用无符号整型。

数组名：定义的数组名字，即数组标识符。

常量表达式：表示定义的数组中装有元素的个数，即数组长度。

3.4 库函数法

（1）具体程序代码

#include

#include

void delay(unsigned int i)   //延时函数

{

    while(i--);

}

void main()   //主函数，程序从这里开始执行

{

int i;

P2 = 0xfe;

for(i=0;i<7;i++) //LED左移一位

{

P2=_crol_(P2,1);

delay(50000); //延时

}

for(i=0;i<7;i++) //LED右移一位

{

P2=_cror_(P2,1);

delay(50000); //延时

}    

}

（2）小修改后代码

#include

#include

#define LED P2   //把P2口整体定义为LED，后面可以直接引用

void delay(unsigned int i)   //延时函数

{

    while(i--);

}

void main()   //主函数，程序从这里开始执行

{

int i;

LED = 0xfe;

for(i=0;i<7;i++) //LED左移一位

{

LED=_crol_(LED,1);

delay(50000); //延时

}

for(i=0;i<7;i++) //LED右移一位

{

LED=_cror_(LED,1);

delay(50000); //延时

}    

}

（3）相关知识点

移位函数（最快实现流水灯程序）

需要添加#include库函数，其中_crol_表示左移（字符循环左移），_cror_表示右移（字符循环右移）。具体应用中_crol_(LED,1)表示把LED左移1位（例如：11111110执行完后为11111101），_cror_(LED,2)表示左移2位等（例如：10111111执行完后为11101111）。

两个程序的小区别

修改后的程序中多了#define LED P2定义，此句话意思为将P2口整体定义为LED，增加了程序的可读性。

四、小结

以上四种方法基本涵盖了流水灯的控制移动方法，可供借鉴学习，水平有限，若有不足，请理解谢谢，欢迎指出问题。