51单片机教程（四）- 点亮LED灯

1、项目分析

• 让输入/输出口的P1.0连接一盏LED灯进行点亮。

2、技术准备

1 LED组成

​

• 说明
  • 二极管有 P型 和 N型材料构成，通常是：硅/锗 掺杂其他元素（硼、磷等）
    • 电子是带负电的，是负电荷的载体，电子流是从负极流向正极
    • 电流则从正极流向负极。
  • 当N型材料连接电源负极（正向连接），则电子会从流向P型材料的空穴，则会有电流流过【正向偏置】；
  • 当N型材料连接电源正极（反向连接），由于没有多余的空穴，则不会有电子跃迁至P型材料，则不会有电流流过【反向偏置】；
  • 则说明二极管具有单向导电的特性
• 扩展
  • 如果二极管是由 硅 制成，需要一个约 0.7V的电压，才会有电流流过，则即便是二极管正向连接，也不会有电流流过。
  • 如果二极管是由 锗 制成，需要一个约 0.3V的电压，才会有电流流过，则即便是二极管正向连接，也不会有电流流过。
  • 如果反向链接，则不同材质的二极管所能承受的电压，可以高达 100V，电流可达 1A

2 介绍

1. LED发光二极管

   • 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

2. LED的工作原理。

   • LED的工作是有方向性的，只有当正级接到LED阳极，负极接到LED的阴极的时候才能工作，如果反接LED是不能正常工作的。

     

3. LED的原理图解析

   • 开发板上面LED的原理图如右图，LED的阳极串联一个电阻，然后连接到电源VCC，而LED的阴极连接到单片机的P1口，如果你想点亮一盏LED就对把单片机相对应的IO赋为低电平（0）。

     

3 C语言知识点

1 标识符

• 标识符：

  • 用来标识源程序中某个对象的名字，这些对象可以是数据类型名、函数名、变量名、数组名等。

• 组成

  1. 标识符由字母、数字和下划线组成。
  2. 第一个字符必须是字母或下划线。
  3. 不能使用C语言中的关键字。
  4. 由于C51中有些库函数的标识符是以下划线开头的，所以一般不要以下划线开头命名标识符。

  // 正确标识符
  name    Name  num1   oldName
      
  // 错误标识符
  3ku    

2 关键字

• 标准C语言定义了32个关键字
  

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• 常用关键字
  • char
  • int
  • unsigned
  • for
  • while
  • if
  • sbit
  • interrupt

3 变量与常量

• 常量

  • 又称为标量，它的值在程序执行过程中不能改变的量，常量的数据类型有整型、浮点型、字符型和字符串型等。

  • 实际使用中用 #define定义（宏定义） 或 const 在程序中经常用到的常量，这样一方面有助于提高程序的可读性，另一方面也便于程序的修改和维护。

     #define PI 3.14		               //以后的编程中用PI代替浮点数常量3.14，便于阅读
     #define SYSCLK 12000000	           //长整型常量用SYSCLK代替12MHz时钟
     #define TRUE  1			           //用字符TRUE，在逻辑运算中代替1
     #define STAR '*'			           //用STAR表示字符 '*'
     #define uint unsigned int	       	   //用uint 代替unsigned int
     
     const int MAX_SIZE = 100;

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• 变量

  • 变量是一种在程序执行过程中，其数值不断变化的量。

• 注意

  • C51规定变量必须先定义后使用。

    unsigned int i;
    i = 10;
    printf("i=%d", i);
    
    unsigned int i = 10;

4 数据类型

• 变量都有相应的数据类型。

  

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• char 字符类型

  • char 类型的长度是一个字节，通常用于定义处理字符数据的变量或常量。
  • 分无符号字符类型 unsigned char 和有符号字符类型 signed char ，默认值为 signed char 类型。
    • unsigned char 类型用字节中所有的位来表示数值，所能表达的数值范围是 0～255。
    • signed char 类型用字节中最高位字节表示数据的符号，"0"表示正数，"1"表示负数，负数用补码表示。所能表示的数值范围是-128～+127。
    • unsigned char 常用于处理 ASCII 字符或用于处理小于或等于 255 的整型数。

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• int 整型

  • int 整型长度为两个字节，用于存放一个双字节数据。
  • 分有符号 int 、整型数signed int 和无符号整型数 unsigned int，默认值为 signed int 类型。
  • signed int 表示的数值范围是-32768～+32767，字节中最高位表示数据的符号，"0"表示正数，"1"表示负数。
  • unsigned int 表示的数值范围是 0～65535。

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• long 长整型

  • long 长整型长度为四个字节，用于存放一个四字节数据。
  • 分有符号 long 长整型 signed long 和无符号长整型 unsigned long，默认值为 signed long 类型。
  • signed int 表示的数值范围是-2147483648～+2147483647，字节中最高位表示数据的符号，"0"表示正数，"1"表示负数。
  • unsigned long 表示的数值范围是 0～4294967295。

• float 浮点型

  • float 浮点型在十进制中具有 7 位有效数字，是符合 IEEE－754 标准的单精度浮点型数据，占用四个字节。

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• 指针型

  • 指针型是一种特殊的数据类型，其本身就是一个变量，但在其中存放的是另一个数据的地址。

  • 在C51中，指针的长度一般是3个字节。根据所指向的变量类型的不同指针变量也有不同的类型，指针变量的类型也就表示了该指针指向的地址中的数据的类型。

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• bit 位标量

  • bit 位标量是C51的一种扩充数据类型，利用它可定义一个位标量，但不能定义位指针，也不能定义位数组。

  • 它的值是一个二进制位，不是 0 就是 1，位变量的值可以取0 (false)或1 (true)。对位变量进行定义的语法如下：

    bit flag1;
    bit send_en=1;

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• sfr 特殊功能寄存器

  • 单片机内的各种控制寄存器、状态寄存器以及I/O端口锁存器、定时器、串行端口数据缓冲器是内部数据存储器的一部分，离散地分布在80H～FFH的地址空间范围内，这些寄存器统称特殊功能寄存器（SFR，Special Function Registers ）。

  • sfr类型的长度为一个字节，其定义方式如下：

    • sfr 特殊功能寄存器名 = 地址常量;

  • 说明

    • "地址常量"就是所定义的特殊功能寄存器的地址。

      sfr	TMOD=0x89;		/*定义定时器/计数器方式控制寄存器TMOD的地址为89H*/
      sfr	P1=0x90;	          /*定义P1口的地址为90H*/

  • 注意

    • 在关键字sfr后面必须是一个名字，名字可以任意选取，但应符合一般的习惯。等号后面必须是常数，不允许有带运算符的表达式，而且该常数必须在特殊功能寄存器的地址范围之内（80H~0FFH）。

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• sfr16 16位特殊功能寄存器

  • 在新一代的8051单片机中，特殊功能寄存器在功能上经常组合成16位来使用。

  • 为了有效地访问这种16位的特殊功能寄存器，可采用关键字sfrl6。

  • sfrl6类型的长度为两个字节，其定义语法与8位SFR相同，但16位SFR的低端地址必须作为sfr16的定义地址.

    sfr16 T2=0CCH;       //定义TIMER2，其地址为T2L=0CCH、T2H=0CDH。
    

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• sbit 可寻址位

  • sbit 同样是C51中一种扩充数据类型，利用它能访问芯片内部的 RAM 中的可寻址位或特殊功能寄存器中的可寻址位。例如：

    // PSW是可位寻址的SFR，其中各位可用sbit定义。
    sbit CY=0Xd7;		/*定义进位标志CY的地址为D7H*
    sbit AC=0xD0^6;		/*定义辅助进位标志AC的地址为D6H*/
    sbit RS0=0XD0^3;	/*定义RS0的地址为D3H*/
    

  • 注意

    • sfr和sbit只能在函数外使用，一般放在程序的开头

    • 实际上大部分特殊功能寄存器及其可位寻址的位的定义在reg51.h、reg52.h 等头文件中已经给出 ，使用时只需在源文件中包含相应的头文件，即可使用SFR及其可位寻址的位；而对于未定义的位，使用前必须先定义。例如：

      #include<reg52.h>
      
      sbit P10=P1^0;
      sbit P12=P1^2;
      
      PSW=0x08;
      

3、程序实现

实验1：点亮开发板上的第1个LED灯

• 从LED原理图上看，只要P1.0输出为低电平就可以点亮LED灯。

#include <reg52.h>   // 包含头文件，在"reg52.h"上右键单击，并打开，可以看到它里面的定义
                  
sbit led=P1^0;   // 定义一个LED 为P1.0 IO口

void main()     
{  
    led=1;    // 单片机IO P1.0脚输出一个高电平，发光管不亮
	led=0;    // 单片机IO P1.0脚输出一个低电平，点亮发光管。 高电平(1)为5V  低电平为0。
	while(1);
}

• 实验效果

  • 软件设计不用汇编，一律采用C语言，便于理解和扩展。

  

实验2：点亮开发板上的4个LED灯（第1、3、5、7个灯）

#include "reg52.h" 

sbit led1=P1^0;	
sbit led3=P1^2;
sbit led5=P1^4;
sbit led7=P1^6;								  

void main()
{
	led1=0;	   //参照电路图可知，P1^0为低电平，可以让led1点亮。
	led3=0;
	led5=0;
	led7=0;
	while(1);   //此处设置一个死循环，让程序停留在这里，防止跑飞。
}

#include<reg52.h> 

sbit LED0=P1^0; // 用sbit 关键字 定义 LED到P1.0端口，
sbit LED1=P1^1; 
sbit LED2=P1^2;
sbit LED3=P1^3;
sbit LED4=P1^4;
sbit LED5=P1^5;
sbit LED6=P1^6;
sbit LED7=P1^7;

/*------------------------------------------------
                    主函数
------------------------------------------------*/
void main ()
{
                  //此方法使用bit位对单个端口赋值
	LED0=0;     //将P1.0口赋值 0，对外输出低电平
	LED1=1;
	LED2=0;
	LED3=1;
	LED4=0;
	LED5=1;
	LED6=0;
	LED7=1;
	while (1)         //主循环
	{
	                  //主循环中添加其他需要一直工作的程序
	}
}

实验3：点亮开发板上的4个LED灯（第2、4、6、8个灯）

• 定义所有端口: P1、P2、P3、P4，用来表示 P1、P2、P3、P4 的 I/O 口。

  IO口	P1.7	P1.6	P1.5	P1.4	P1.3	P1.2	P1.1	P1.0
  取值	0	1	0	1	0	1	0	1
  效果	亮	灭	亮	灭	亮	灭	亮	灭

• 思考：P1 数据值转为十六进制是多少？ ox55

#include <reg52.h> 

/*------------------------------------------------
                    主函数
------------------------------------------------*/
void main (void)
{
    // 0101 0101 --> 0x55
    P1 = 0x55;       

    while (1)       // 主循环中添加其他需要一直工作的程序
    {}
}

4、提示

• 为了方便每次程序编译成功后，就自动把 hex 文件烧录到MCU中，则可以勾选图中2个选项。