51单片机从入门到精通：理论与实践指南入门篇（三）

上一节博客给大家基本介绍了51单片机

51单片机从入门到精通：理论与实践指南入门篇（二）

https://blog.csdn.net/speaking_me/article/details/144068159?spm=1001.2014.3001.5501

那么这节课就来介绍------花样流水灯的实现

花样流水灯电路设计

1. 所需材料

• 51系列单片机（如AT89S51）
• LED灯若干（根据需要的数量选择）
• 限流电阻若干（每个LED灯都需要一个）
• 开关电源或电池
• 连接线
• 实验板或PCB板

2. 电路连接

• 将每个LED灯的一端通过一个限流电阻连接到51单片机的一个I/O口（例如P1.0到P1.7），另一端连接到地（GND）。这样，当对应的I/O口输出高电平时，LED灯就会亮起；当输出低电平时，LED灯熄灭。
• 确保电源电压适合51单片机的工作电压（通常是5V）。

C51语言知识精讲

C51语言是专门为51系列单片机设计的一种C语言变种，它在标准C语言的基础上增加了一些特定于51单片机的特性和关键字，以便更好地适应嵌入式系统的开发需求。以下是C51语言的一些关键特性和概念，这些特性使得C51语言成为51单片机编程的理想选择。

C51语言的关键特性

1. 特殊功能寄存器（SFR）和位操作

• sfr ：用于定义特殊功能寄存器（Special Function Register）。这些寄存器用于控制单片机的各种功能，如I/O端口、定时器、中断等。

  sfr P1 = 0x90;  // 定义P1端口寄存器，地址为0x90
  

• sfr16 ：用于定义16位的特殊功能寄存器。

  sfr16 DPTR = 0x82;  // 定义数据指针寄存器，地址为0x82
  

• sbit ：用于定义特殊功能寄存器中的某一位。

  sbit LED = P1^0;  // 定义P1端口的第0位为LED
  

2. 存储器类型

C51语言支持多种存储器类型，这些类型决定了变量或函数在单片机内存中的存储位置。

• code ：程序存储器，用于存放常量和函数。

  const char str[] code = "Hello, World!";  // 存储在程序存储器中的字符串
  

• data ：内部RAM的直接寻址区域，用于存放小型变量。

  unsigned char var1 data;  // 存储在内部RAM中的变量
  

• xdata ：外部RAM，用于存放大型变量。

  unsigned int var2 xdata;  // 存储在外部RAM中的变量
  

• idata ：内部RAM的间接寻址区域。

  unsigned char var3 idata;  // 存储在内部RAM间接寻址区域的变量
  

• pdata ：外部RAM的256字节区域，使用间接寻址。

  unsigned char var4 pdata;  // 存储在外部RAM间接寻址区域的变量
  

• bdata ：内部RAM的位寻址区域。

  unsigned char var5 bdata;  // 存储在内部RAM位寻址区域的变量
  

3. 位变量和位操作

• bit ：用于定义位变量，值只能是0或1。

  bit flag;  // 定义一个位变量
  flag = 1;  // 设置位变量为1
  

• 位操作符 ：C51支持位操作符，如&（按位与）、|（按位或）、^（按位异或）、~（按位取反）等。

  unsigned char a = 0x0F;
  unsigned char b = 0xF0;
  unsigned char c = a | b;  // c = 0xFF
  

4. 中断函数

C51语言支持中断函数的定义，这些函数用于处理单片机的中断事件。

• interrupt ：用于定义中断函数。

  void Timer0_ISR() interrupt 1 {
      // 中断服务例程
  }
  

5. 数据类型

C51语言支持多种数据类型，包括标准C语言中的数据类型以及一些扩展的数据类型。

• 基本数据类型 ：char、int、long、float等。
• 扩展数据类型 ：bit、sfr、sfr16、sbit等。

与C语言相比

C51语言在很多方面与标准C语言是非常相似的。然而，也有一些细微的差别和额外的功能，这些是为了更好地适应嵌入式系统开发的需求。以下是一些主要的相似之处和差异：

相似之处

1. 基本语法：

   • 变量声明 ：变量的声明和初始化方式与标准C语言相同。

     int a = 10;
     char b = 'A';
     float c = 3.14;
     

   • 控制结构 ：if、else、for、while、do-while等控制结构的使用方式与标准C语言相同。

     if (a > 0) {
         // 执行某些操作
     } else {
         // 执行其他操作
     }
     
     for (int i = 0; i < 10; i++) {
         // 循环体
     }
     
     while (condition) {
         // 循环体
     }
     

2. 函数定义：

   • 函数的定义和调用方式与标准C语言相同。

     void myFunction(int param) {
         // 函数体
     }
     
     int main() {
         myFunction(5);
         return 0;
     }
     

3. 运算符：

   • 基本的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符等与标准C语言相同。

     int sum = a + b;
     int product = a * b;
     int result = (a > b) ? a : b;
     

4. 数组和指针：

   • 数组和指针的使用方式与标准C语言相同。

     int array[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
     int *ptr = array;
     int value = *ptr;
     

差异之处

1. 存储器类型：

   • C51语言引入了特定的存储器类型关键字，如data、xdata、idata、pdata、bdata、code等，这些关键字用于指定变量或函数在单片机内存中的存储位置。

     unsigned char data var1;  // 存储在内部RAM中的变量
     unsigned int xdata var2;  // 存储在外部RAM中的变量
     const char str[] code = "Hello, World!";  // 存储在程序存储器中的字符串
     

2. 特殊功能寄存器（SFR）：

   • C51语言提供了sfr和sfr16关键字，用于定义特殊功能寄存器。

     sfr P1 = 0x90;  // 定义P1端口寄存器，地址为0x90
     sfr16 DPTR = 0x82;  // 定义数据指针寄存器，地址为0x82
     

3. 位操作：

   • C51语言提供了bit和sbit关键字，用于定义位变量和特殊功能寄存器中的位。

     bit flag;  // 定义一个位变量
     sbit LED = P1^0;  // 定义P1端口的第0位为LED
     

4. 中断函数：

   • C51语言支持中断函数的定义，这些函数用于处理单片机的中断事件。

     void Timer0_ISR() interrupt 1 {
         // 中断服务例程
     }
     

5. 库函数：

   • C51语言的库函数与标准C语言有所不同，许多标准C库函数可能不适用于嵌入式系统，而C51库函数则专门针对51单片机进行了优化。

     #include <intrins.h>  // 包含内建函数头文件
     _nop_();  // 插入一个空操作指令
     

6. 存储模式：

   • C51语言支持不同的存储模式，如SMALL、COMPACT和LARGE，这些模式影响变量和指针的默认存储位置。

     #pragma small  // 设置存储模式为SMALL
     

示例程序：51单片机控制LED流水灯

以下是一个使用C51语言编写的示例程序，该程序控制51单片机的P1端口上的8个LED灯以流水灯的形式依次点亮。

#include <reg51.h>

// 定义延时函数
void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    // 设置P1口为输出模式
    P1 = 0xFF;   // 初始状态下所有LED灯都关闭

    while(1) {   // 无限循环
        P1 = 0xFE; // 第一个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xFD; // 第二个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xFB; // 第三个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xF7; // 第四个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xEF; // 第五个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xDF; // 第六个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xBF; // 第七个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0x7F; // 第八个LED灯亮，其余熄灭
        delay(500);
        P1 = 0xFF; // 所有LED灯熄灭
        delay(500);
    }
}

学习其他方法控制流水灯

1. 位操作控制流水灯

思路

通过直接操作寄存器的某一位来控制LED灯的亮灭。使用sbit关键字定义特定的位。

代码

#include <reg51.h>

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;

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    while(1) {
        LED1 = 0; delay(500); LED1 = 1;
        LED2 = 0; delay(500); LED2 = 1;
        LED3 = 0; delay(500); LED3 = 1;
        LED4 = 0; delay(500); LED4 = 1;
        LED5 = 0; delay(500); LED5 = 1;
        LED6 = 0; delay(500); LED6 = 1;
        LED7 = 0; delay(500); LED7 = 1;
        LED8 = 0; delay(500); LED8 = 1;
    }
}

2. 字节操作控制流水灯

思路

通过操作整个字节来控制一组LED灯。使用字节操作符来改变P1端口的值。

代码

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    while(1) {
        P1 = 0xFE; delay(500);  // 第一个LED灯亮
        P1 = 0xFD; delay(500);  // 第二个LED灯亮
        P1 = 0xFB; delay(500);  // 第三个LED灯亮
        P1 = 0xF7; delay(500);  // 第四个LED灯亮
        P1 = 0xEF; delay(500);  // 第五个LED灯亮
        P1 = 0xDF; delay(500);  // 第六个LED灯亮
        P1 = 0xBF; delay(500);  // 第七个LED灯亮
        P1 = 0x7F; delay(500);  // 第八个LED灯亮
    }
}

3. 移位运算符控制流水灯

思路

通过移位运算符来改变字节的值，从而控制LED灯的亮灭。

代码

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    unsigned char mask = 0x01;
    while(1) {
        for(int i = 0; i < 8; i++) {
            P1 = ~mask;  // 取反，使LED灯亮
            delay(500);
            mask <<= 1;  // 左移一位
        }
        mask = 0x01;  // 重置mask
    }
}

4. 库函数控制流水灯

思路

使用51单片机的内置库函数来实现循环移位，简化代码。

代码

#include <reg51.h>
#include <intrins.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    unsigned char mask = 0x01;
    while(1) {
        for(int i = 0; i < 8; i++) {
            P1 = ~mask;  // 取反，使LED灯亮
            delay(500);
            mask = _crol_(mask, 1);  // 循环左移一位
        }
        mask = 0x01;  // 重置mask
    }
}

5. 条件控制语句控制流水灯

思路

使用if语句来控制LED灯的亮灭。

代码

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    unsigned char state = 0x01;
    while(1) {
        if (state == 0x01) {
            P1 = 0xFE; delay(500);
            state = 0x02;
        } else if (state == 0x02) {
            P1 = 0xFD; delay(500);
            state = 0x04;
        } else if (state == 0x04) {
            P1 = 0xFB; delay(500);
            state = 0x08;
        } else if (state == 0x08) {
            P1 = 0xF7; delay(500);
            state = 0x10;
        } else if (state == 0x10) {
            P1 = 0xEF; delay(500);
            state = 0x20;
        } else if (state == 0x20) {
            P1 = 0xDF; delay(500);
            state = 0x40;
        } else if (state == 0x40) {
            P1 = 0xBF; delay(500);
            state = 0x80;
        } else if (state == 0x80) {
            P1 = 0x7F; delay(500);
            state = 0x01;
        }
    }
}

6. switch语句控制流水灯

思路

使用switch语句来控制LED灯的亮灭。

代码

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    unsigned char state = 0x01;
    while(1) {
        switch(state) {
            case 0x01:
                P1 = 0xFE; delay(500); state = 0x02; break;
            case 0x02:
                P1 = 0xFD; delay(500); state = 0x04; break;
            case 0x04:
                P1 = 0xFB; delay(500); state = 0x08; break;
            case 0x08:
                P1 = 0xF7; delay(500); state = 0x10; break;
            case 0x10:
                P1 = 0xEF; delay(500); state = 0x20; break;
            case 0x20:
                P1 = 0xDF; delay(500); state = 0x40; break;
            case 0x40:
                P1 = 0xBF; delay(500); state = 0x80; break;
            case 0x80:
                P1 = 0x7F; delay(500); state = 0x01; break;
        }
    }
}

7. 数组控制流水灯

思路

使用数组来存储每个LED灯的状态，通过索引来控制LED灯的亮灭。

代码

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    unsigned char led_states[] = {0xFE, 0xFD, 0xFB, 0xF7, 0xEF, 0xDF, 0xBF, 0x7F};
    while(1) {
        for(int i = 0; i < 8; i++) {
            P1 = led_states[i];
            delay(500);
        }
    }
}

8. 指针控制流水灯

思路

使用指针来遍历数组，通过指针来控制LED灯的亮灭。

代码

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int time) {
    unsigned int i, j;
    for(i = 0; i < time; i++)
        for(j = 0; j < 1275; j++);
}

void main() {
    unsigned char led_states[] = {0xFE, 0xFD, 0xFB, 0xF7, 0xEF, 0xDF, 0xBF, 0x7F};
    unsigned char *ptr = led_states;
    while(1) {
        for(int i = 0; i < 8; i++) {
            P1 = *ptr;
            delay(500);
            ptr++;
        }
        ptr = led_states;  // 重置指针
    }
}

总结

以上是使用位操作、字节操作、移位运算符、库函数、条件控制语句、switch语句、数组和指针这8种方法来控制51单片机上的流水灯的详细讲解和代码示例。每种方法都有其独特的优点和适用场景，通过学习这些方法，你可以更灵活地控制51单片机的I/O端口，实现各种复杂的功能。