51单片机教程（六）- LED流水灯

IT B业生2024-11-08 0:00

1 项目分析

  • 基于点亮LED灯、LED灯闪烁，扩展到构成最简单、花样流水灯。

2 技术准备

1 流水灯硬件及原理图

  • 流水灯是由多个LED灯组成的


2 C语言知识点

  • 数组

    • 数组声明：长度不可变

      • 数据类型 数组名称[长度n] // 整数型默认为0，小数型默认为0.0，字符默认为 '\0'，字符串默认为：NULL

    • 声明数组并初始化

      • 数据类型 数组名称[长度n] = {元素1,元素2...元素n};
      • 数据类型 数组名称[] = {元素1,元素2...元素n};

    • 访问：索引值从0开始

      • 数组名称[索引];

    • 数组长度

      • sizeof(数组名称) / sizeof(数组名称[0])

    • 修改数组中对应索引值位置的数据

      • 数组名称[0] = 元素1;
      • 数组名称[1] = 元素2;
      • 数组名称[n-1] = 元素n;

    • 遍历数组中的每个数据

      c 复制代码 
      for (int i = 0; i <sizeof(array) / sizeof(arr[0]); i++)
{
		arrray[i]   // 相关操作
}
      c 复制代码 
      // 数组的基本使用

#include <stdio.h>

int main()
{
	// 数组的定义
	int score[5];

	// 数组的初始化(重点)
	int scores[5] = {34, 55, 67, 88, 19};
	int score1[] = {34, 55, 67, 88, 19};
	
	// 数组的索引：从0开始(重点)
	printf("%d ", scores[3]);
	
	// 数组的索引赋值
	scores[4] = 99;
	printf("%d ", scores[4]);
	
	// 数组的长度
	printf("\n长度：%d", sizeof(scores));
	printf("\n长度：%d", sizeof(scores) / sizeof(scores[0]));
	
	// 数组的遍历(重点)
	int x = 0;
	for(; x < 5; x++)
	{
		printf(" %d ", scores[x]);
	}
	 
	return 0;
}

3 延时

  • 介绍

    • 每条指令都占一定的时间（或者机器周期）的，如果让机器什么都不做，即空指令的话，机器就会延时，然后在计算好每次延时到底有多长，外面套一个循环（或者多重循环），根据想要的延时时间即可计算出来循环的次数，延时函数基本上都是这种原理，它的参数就是用来控制循环次数的。

    • 实现延时通常有两种方法：

      1. 硬件延时，要用到定时器/计数器，这种方法可以提高CPU的工作效率，也能做到精确延时；
      2. 软件延时，这种方法主要采用循环体进行。

  • 分类

    • 1）硬件延时: 使用定时器/计数器实现精确延时
    • 2）软件延时: 软件延时与时间计算
      • 在很多情况下，定时器/计数器经常被用作其他用途，这时候就只能用软件方法延时。

  • 方法

    • 短暂延时 nop （intrins.h头文件）
      • 在C51中嵌套汇编程序段实现延时
    • 使用示波器确定延时时间
      • 使用反汇编工具计算延时时间

3 项目实现

方式1：常规方法

  • 实验

    • 结合多个LED灯实现流水灯效果，每个灯亮灭间隔大约2s

  • 代码

    c 复制代码 
      /*
  	代码实现思路：
  		0 搭建代码框架
  		1 定义8个LED灯的端口
  		2 在while循环中，控制每个LED灯亮灭
  		3 需要设置每个LED灯亮灭的间隔（延迟函数）
  */
  
  #include <reg52.h>
  
  // 宏定义
  #define uint unsigned int
  
  // 1 定义8个LED灯的端口
  sbit led1 = P1^0;
  sbit led2 = P1^1;
  sbit led3 = P1^2;
  sbit led4 = P1^3;
  sbit led5 = P1^4;
  sbit led6 = P1^5;
  sbit led7 = P1^6;
  sbit led8 = P1^7;
  
  // 函数声明
  void delay(uint s);
  
  void main()
  {
  	while(1)
  	{
  		// 2 在while循环中，控制每个LED灯亮灭
  		led1 = 0;  // led1 亮
  		delay(2);
  		led1 = 1;
  		led2 = 0;
  		delay(2);
  		led2 = 1;
  		led3 = 0;
  		delay(2);
  		led3 = 1;
  		led4 = 0;
  		delay(2);
  		led4 = 1;
  		led5 = 0;
  		delay(2);
  		led5 = 1;
  		led6 = 0;
  		delay(2);
  		led6 = 1;
  		led7 = 0;
  		delay(2);
  		led7 = 1;
  		led8 = 0;
  		delay(2);
  		led8 = 1;
  	}	
  }
  
  void delay(uint s)
  {
    uint i,j,z;
  	for(z=0;z<s;z++)
  	{
  		for(i=0; i<183; i++)
  		{
  			for(j=0; j<1000; j++);
  		}
  	}    
  }

方式2：P1口赋予十六进制

  • 实验

    • 结合多个LED灯实现流水灯效果，每个灯亮灭间隔大约2s

  • 分析

  • 代码

    c 复制代码 
    /*
	代码实现思路：
		0 搭建代码框架
		1 定义P1的端口
		2 在while循环中，控制P1的取值
		3 需要设置P1端口取值后间隔（延迟函数）
*/

#include <reg52.h>

// 宏定义
#define uint unsigned int

// 1 定义P1的端口
#define led P1

// 函数声明
void delays(uint s);

void main2()
{
	while(1)
	{
		// 2 在while循环中，控制P1的取值,集合延迟函数
		led = 0xfe;  // led1 亮
		delays(1);
		led = 0xfd;  // led2 亮
		delays(1);
		led = 0xfb;  // led3 亮
		delays(1);
		led = 0xf7;  // led4 亮
		delays(1);
		led = 0xef;  // led5 亮
		delays(2);
		led = 0xdf;  // led6 亮
		delays(2);
		led = 0xbf;  // led7 亮
		delays(2);
		led = 0x7f;  // led8 亮
		delays(2);
	}	
}

void delays(uint s)
{
  uint i,j,z;
	for(z=0;z<s;z++)
	{
		for(i=0; i<183; i++)
		{
			for(j=0; j<1000; j++);
		}
	}    
}

方式3：数组存储P1电平值

  • 实验

    • 结合多个LED灯实现流水灯效果，每个灯亮灭间隔大约2s

  • 代码

    c 复制代码 
    /*
	代码实现思路：
		0 搭建代码框架
		1 定义P1的端口
		2 定义数组，存储8个P1的值
		3 在while循环中，再循环获取数组中的值，赋值给P1
		4 需要设置P1端口取值后间隔（延迟函数）
*/

#include <reg52.h>

// 宏定义
#define uint unsigned int

// 1 定义P1的端口
#define led P1

// 2 定义数组，存储8个P1的值
uint led_value[] = {0xfe, 0xfd, 0xfb, 0xf7, 0xef, 0xdf, 0xbf, 0x7f};

// 3.1 定义变量，用来表示索引值
uint idx;

// 函数声明
void delay(uint s);

void main()
{
	while(1)
	{
		// 3 在while循环中，再循环获取数组中的值，赋值给P1,配合延迟函数
		for(idx=0; idx < 8; idx++)
		{	
			led = led_value[idx];  // ledx 亮
			delay(1);
		}
	}	
}

void delay(uint s)
{
  uint i,j,z;
	for(z=0;z<s;z++)
	{
		for(i=0; i<183; i++)
		{
			for(j=0; j<1000; j++);
		}
	}    
}

方式4： 按位左移 + 取反

  • 实验

    • 结合多个LED灯实现流水灯效果，每个灯亮灭间隔大约2s

  • 分析

  • 代码

    c 复制代码 
    /*
	代码实现思路：
		0 搭建代码框架
		1 定义P1的端口
		2 在while循环中，赋值给P1: ~(0x01 < n)
		3 需要设置P1端口取值后间隔（延迟函数）
*/

#include <reg52.h>

// 宏定义
#define uint unsigned int

// 1 定义P1的端口
#define led P1

// 2.1 定义变量，用来表示左移的位数
uint n;

// 函数声明
void delay(uint s);

void main()
{
	while(1)
	{
		// 2 在while循环中，赋值给P1: ~(0x01 < n),配合延迟函数
		for(n=0; n < 8; n++)
		{	
			led = ~(0x01 << n);  // ledx 亮
			delay(2);
		}
	}	
}

void delay(uint s)
{
  uint i,j,z;
	for(z=0;z<s;z++)
	{
		for(i=0; i<183; i++)
		{
			for(j=0; j<1000; j++);
		}
	}    
}

4 拓展：花样流水灯

花样灯1

  • 实验

    • 流水灯：全部亮 + 奇数灯亮 + 偶数灯亮

  • 代码

    c 复制代码 
    /*
	LED定义
		单个灯：控制1~3个LED   sbit ledx = P1^x;
		多个灯：控制8个LED     #define LED P1
		
    全亮：P1.7 ~ P1.0 对应的端口都为低电平（0），将值写成16进制：0x00 --> 0
		奇数灯亮（LED1 3 5 7-->P1.0 2 4 6）设置为低电平，写成16进制：0xaa
		偶数灯亮（LED2 4 6 8-->P1.1 3 5 7）设置为低电平，写成16进制：0x55
		
代码的实现流程
	1、定义代码的基本结构
	2、定义P1端口，数组存储P1的值
	3、在while循环中，遍历数组，并将值赋值给P1，同时设置对应延时
*/

#include <reg52.h>
#include <delay.h>

#define uint unsigned int

// 定义P1端口
#define LED P1

// 定义数组存储P1的值
uint values[3] = {0x00, 0xaa, 0x55};

void main1()
{
	uint idx;
	while(1)
	{
		for(idx=0; idx<sizeof(values)/sizeof(values[0]); idx++)
		{
			LED = values[idx];
			delay(1);
		}
	}
}


// file: delay.c
   /*
	延迟函数：
	功能：传入指定的值，延迟指定的秒数
	参数：s 表示当前延迟的秒数
	返回值：无
*/
void delay(unsigned int s)
{
	unsigned int x, i, j;
	for(x=0; x<s; x++)
	{
		for(i=0; i<183; i++)
		{
			for(j=0; j<1000; j++);
		}
	}
}

// file: delay.h
#ifndef __DELAY_H  // if not define 如果没有定义
#define __DELAY_H  // 定义对应头文件

// 函数的声明
void delay(unsigned int s);

#endif      // 结束判断
    c 复制代码 
     #include<reg52.h>
 
 unsigned char code table[] = {0x7f, 0xbf, 0xdf, 0xef,
                               0xf7, 0xfb, 0xfd, 0xfe,
                               0xff, 0xff, 0x00, 0x00,
                               0x55, 0x55, 0xaa, 0xaa};
 
 void Delay(unsigned int t); //函数声明
 
 /*------------------------------------------------
                     主函数
 ------------------------------------------------*/
 void main()
 {
     unsigned char i;  //定义一个无符号字符型局部变量 i 取值范围 0~255
 
     while (1) {       //主循环
         for (i = 0; i < 16; i++) { //程序循环执行16次，表明表格中有16个元素
             P1 = table[i];
             Delay(10000);
         }
     }
 }
 
 /*------------------------------------------------
  延时函数，含有输入参数 unsigned int t，无返回值
  unsigned int 是定义无符号整形变量，其值的范围是 0~65535
 ------------------------------------------------*/
 void Delay(unsigned int t)
 {
     while (--t);
 }
    c 复制代码 
    /*
	定时器：T1 工作在模式1：65.536ms
	 1s： 50ms * 20    次数 * 机器周期 = 0.05s  次数：50000
		初值：65536 - 50000
		
代码的实现流程
	1、定义代码的基本结构
	2、定义P1端口、记录定时器次数、数组存储P1的值
	3、在main函数中，定义定时器
		(1) 设置定时器T1的工作模式1
			TMOD = 0x10;
		(2) 设置T1的TH1 TL1的值
			TH1 = (65536 - 50000) / 256;
			TL1 = (65536 - 50000) % 256;
		(3) 打开"开关"
			EA = 1;  // 打开总开关
			TR1 = 1;   // 开启定时器T1
			ET1 = 1;   // 开启定时器T1的外部中断
	4、定义中断函数
	  void 中断函数名()  interrupt 3
		{
			// 4.1 重置TH1 TL1
			TH1 = (65536 - 50000) / 256;
			TL1 = (65536 - 50000) % 256;
			
			// 4.2 定义变量，记录次数
			变量++;
			
			// 4.3 判断变量是否等于20
			if(变量==20)
			{
				// 流水灯逻辑
			}
		}
	
*/

#include <reg52.h>

#define uint unsigned int

// 定义P1端口
#define LED P1

// 定义记录中断函数执行次数
uint times = 0;

// 定义数组存储P1的值
uint p1_value[3] = {0x00, 0xaa, 0x55};

// 定义数组的索引
uint index = 0;

void main2()
{
	// (1) 设置定时器T1的工作模式1
	TMOD = 0x10;
	
	// (2) 设置T1的TH1 TL1的值
	TH1 = (65536 - 50000) / 256;
	TL1 = (65536 - 50000) % 256;
	
	//	(3) 打开"开关"
	EA = 1;
	TR1 = 1;
	ET1 = 1;
		
	while(1)
	{
	}
}

// 定时器T1的中断函数
void timer1() interrupt 3
{
	// 4.1 重置TH1 TL1
	TH1 = (65536 - 50000) / 256;
	TL1 = (65536 - 50000) % 256;
	
	// 4.2 定义变量，记录次数
	times++;
	
	// 4.3 判断变量是否等于20
	if(times==20)    // 1s
	{
		// 判断index是否越界
		if(index > 2)
		{
			index = 0;
		}
		
		// 流水灯逻辑
		LED = p1_value[index];
		
		// times重置
		times = 0;
		
		// 改变index
		index++;
	}
}

花样灯2

  • 实验

    • 每次2个灯左移 + 每次2个灯右移 + 全灭 + 全亮

  • 分析

  • 代码

    c 复制代码 
    #include <reg52.h>
#include <delay.h>

#define uint unsigned int
	
// 定义P1端口
#define Led P1

// 定义存储P1端口值的中间值的变量
uint temp;

void main3()
{
	uint x;
	while(1)
	{
		// 左移：
		Led = 0xfc;
		temp = 0xfc;
		
		for(x=0; x<6; x++)
		{
			delay(1);
			temp = temp << 1 | 0x01;
			Led = temp;
		}
		
		// 右移：
		Led = temp;
		
		for(x=0; x<6; x++)
		{
			delay(1);
			temp = temp >> 1 | 0x80;
			Led = temp;
		}
		
		// 全灭
		delay(1);
		Led = 0xff;
		delay(1);
		
		// 全亮
		Led = 0;
		delay(1);
	}
}
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