【小白51单片机专用教程】protues仿真流水灯

课程特点

无需开发板
0基础教学
软件硬件双修
辅助入门

本课程面对纯小白，因此会对各个新出现的知识点在实例基础上进行详细讲解，有相关知识的可以直接跳过。课程涉及protues基本操作、原理图设计、数电模电、kell使用、C语言基本内容，所有涉及知识都将建立在实例的基础上放心食用。

食用教程

详细目录，随时跳过已知部分；
全小白按步骤全程跟学；
有开发板的交叉理解开发板的原理图与我们设计的原理图

本次实验内容

设计4个LED等，通过编程控制实现流水灯，流水灯间隔时间为500ms；进一步熟悉protues和keil软件，初步了解单片机的机械周期，理解自定义定时函数的设计思路。

前言

该篇内容在硬件设计上没有太多特别，具体设计思路在protues仿真C51入门教程，本篇文章主要内容在其C语言的设计上：自定义函数以及如何用函数粗略实现定时。

流水灯是多个小灯泡依次点亮，视觉上像流水一样。

protues原理图设计

我们此次设计4个LED，调出3个LED，3个电阻设置电阻阻值为280，并按图连线

编程

51单片机的IO口默认是高电平，因此上电时LED均会亮，所以在程序的编写上，第一步是先将LED灯均熄灭。然后将D1~D4依次点亮，再全部熄灭，再依次点亮，如此反复。

C语言知识讲解

自定义函数

自定义函数顾名思义自己定义设计的函数，其形式为：

cs 复制代码

[储存类型符]  [返回值类型符]  函数名([形参说明表])
{
    函数语句体
}

储存类型符：一共有四种，一般情况下不写，这里不详细讲解

返回值类型符：值函数运行完需要返回的东西，例如我们主函数main的返回值为void，表示空，不返回任何东西

函数名：自定义函数名字，大致要求是由大小写字母或下划线组成，不能太长，第一个字符不能是数字，具体要求自行搜索。

形参说明表：一系列逗号分开的形参变量数据类型声明。如"int a，int b"表示有两个整数变量x，y，int表示整数。

for循环语句

for循环语句形式为：

cs 复制代码

for (初始化; 条件; 迭代) {
    // 循环体
}

例如：

cs 复制代码

for (i = 0; i < 5; i++) {

}

在这个例子中，for 循环从 i = 0 开始执行大括号中的内容(这里为空），每次执行完后迭代 i 增加 1，直到 i 不再小于5，循环结束。

延时函数设计

如果执行一条指令要1ms，那么我执行1000条指令就是1s。所以该函数设计的重点是执行一条指令的实际时间及其执行次数。

8051的机器周期

在C51单片机中，要实现1秒的延时，我们需要知道晶振频率和机器周期的关系。C51单片机的机器周期 是晶振频率的12分频(既除以12)。我们的晶振频率是11.0592MHz，那么机器周期大约为：

将晶振频率代入计算得到：

现在我们知道每个机器周期大约是1.085微秒。为了实现1毫秒的延时，我们需要执行多少个机械周期：

因此我们大致知道我们需要执行921个机械周期。

那么怎么让程序执行921个机械周期呢？这就涉及到汇编语言了，C语言是高级语言，主要是便于我们编程者设计，难以直接判断其机械周期。实际上，C语言在编译后会转换为汇编语言，这个才是判断其机械周期的关键。

因此设计一个可以定时的函数需要了解其汇编语言，在这里我们不去深究与探讨，有兴趣的可以自性了解，或者私信留言。这里我们只是将这种思维转达给各位。

这里我们提供一个函数是：

cs 复制代码

void delay_ms(unsigned n)
{
    unsigned int i,j;
    for(i=n;i>0;i--)
        for(j=114;j>0;j--);
}

该函数经过严格验证，其运行时间在1ms左右。

该函数的汇编指令如下：

cs 复制代码

C:0x005D    7D72     MOV      R5,#0x72
C:0x005F    7C00     MOV      R4,#0x00
C:0x0061    ED       MOV      A,R5
C:0x0062    1D       DEC      R5
C:0x0063    7001     JNZ      C:0066
C:0x0065    1C       DEC      R4
C:0x0066    ED       MOV      A,R5
C:0x0067    4C       ORL      A,R4
C:0x0068    70F7     JNZ      C:0061
C:0x006A    EF       MOV      A,R7
C:0x006B    1F       DEC      R7
C:0x006C    70E6     JNZ      delay_ms(C:0054)

其主要循环部分大致8个机械周期，921/8约等于114，因此循环114次大致1ms

流水灯程序设计

cs 复制代码

#include "reg51.h"

sbit LED1=P1^0;
sbit LED2=P1^1;
sbit LED3=P1^2;
sbit LED4=P1^3;

void delay_ms(unsigned n)
{
    unsigned int i,j;
    for(i=n;i>0;i--)
        for(j=114;j>0;j--);
}

void main(){
    LED1=0;
    LED2=0;
    LED3=0;
    LED4=0;
    
    while(1){
        LED1=1;
        LED2=0;
        LED3=0;
        LED4=0;
        delay_ms(500);
        
        LED1=0;
        LED2=1;
        LED3=0;
        LED4=0;
        delay_ms(500);
        
        LED1=0;
        LED2=0;
        LED3=1;
        LED4=0;
        delay_ms(500);
        
        LED1=0;
        LED2=0;
        LED3=0;
        LED4=1;
        delay_ms(500);
    }
    
}

分别定义原理图中D1~D4的控制引脚为LED1~LED4

cs 复制代码

sbit LED1=P1^0;
sbit LED2=P1^1;
sbit LED3=P1^2;
sbit LED4=P1^3;

主函数结构

cs 复制代码

void main(){
    //初始化区
    while(1){
        //循环区
    }
}

初始化区一般进行一些变量的定义 ，初始状态的设置 ，在这里我们初始化让D1~D4熄灭

cs 复制代码

    LED1=0;
    LED2=0;
    LED3=0;
    LED4=0;

循环区一般运行主要程序 ，单片机会不断重复执行里面内容。在这里我们依次点亮LED灯，点亮一个灯的同时关闭其它灯，经过500ms，再点亮下一个灯熄灭其它灯，如此反复。

cs 复制代码

        LED1=1;
        LED2=0;
        LED3=0;
        LED4=0;
        delay_ms(500);
        
        LED1=0;
        LED2=1;
        LED3=0;
        LED4=0;
        delay_ms(500);
        
        LED1=0;
        LED2=0;
        LED3=1;
        LED4=0;
        delay_ms(500);
        
        LED1=0;
        LED2=0;
        LED3=0;
        LED4=1;
        delay_ms(500);

点击编译

看到生成hex文件成功即可。

报0Error即可，但警告太多还是要看一下。

protues验证

打开protues点击开始仿真(没有加载hex文件的记得双击芯片加载hex文件）

现象：点击开始D1~D4不亮->D1亮，其它不亮->D2亮，其它不亮->D3亮，其它不亮->D4亮，其它不亮->D1亮，其它不亮->...如此循环

protues仿真流水灯(C51)

代码优化

我们可以看到，我们的代码有大量的重复的内容，对这一部分我们进行优化，对于重复内容我们可以设计一个函数去执行，但又不能破坏其功能。那么我们设计一个函数。可以同时控制4个灯的状态

cs 复制代码

void LEDdisplay(int L1,int L2,int L3,int L4){
    LED1=L1;
    LED2=L2;
    LED3=L3;
    LED4=L4;
}

如此我们的程序将变成：

cs 复制代码

#include "reg51.h"

sbit LED1=P1^0;
sbit LED2=P1^1;
sbit LED3=P1^2;
sbit LED4=P1^3;

void delay_ms(unsigned n)
{
    unsigned int i,j;
    for(i=n;i>0;i--)
        for(j=273;j>0;j--);
}

void LEDdisplay(int L1,int L2,int L3,int L4){
    LED1=L1;
    LED2=L2;
    LED3=L3;
    LED4=L4;
}

void main(){
    LEDdisplay(0,0,0,0);
    
    while(1){
        LEDdisplay(1,0,0,0);
        delay_ms(500);
        
        LEDdisplay(0,1,0,0);
        delay_ms(500);
        
        LEDdisplay(0,0,1,0);
        delay_ms(500);
        
        LEDdisplay(0,0,0,1);
        delay_ms(500);
    }
    
}

在主函数这里是不是相对程序简单了很多呢？

总结

protuse仿真C51流水灯的硬件设计并没有特别需要讲解的，主要是需要设计一个可以粗略定时的函数，理解其设计思路，了解单片机的机械周期以及C语言函数的基本形式。