01-51单片机LED与独立按键

一、单片机概述

注意：个人学习笔记，里面涉及到的C语言和进程转换相关的知识在C语言部分已经写了，这里是默认都会的状态学习单片机。

1.什么是单片机

单片机，英文Micro Controller Unit，简称MCU。其内部集成了CPU、RAM、ROM、定时器、中断系统、通讯接口等一系列电脑的常用硬件功能。

我们可以依靠单片机的传感器采集相应的数据，可以通过 CPU 处理数据，还可以完成对硬件设备，如：LED，蜂鸣器，电机等的控制。

• 单片机相当于一台微型计算机，相比于我们平时使用的电脑，有优势也有劣势：
  • 缺点：在性能上，与计算机相差甚远，处理数据的能力要远低于计算机；
  • 优点：单片机成本低、体积小、结构简单，有其适用的领域，比如智能家居、工业自动化控制等。并不一定说性能越高的就越好，要看起使用需求，合适的才是最好的。

2. 51单片机简介

2.1命名规范

2.2笔记使用单片机配置

本笔记学习使用的是普中科技 STC89C52RC 的开发板。

• 系列：51单片机系列
• 公司：STC公司
• 位数：8位
• RAM：512字节，理解为电脑内存条，断电丢失
• ROM：8K（Flash），理解为电脑磁盘，断电不丢失
• 工作频率：12MHz

二、LED 模块

1.认识LED

LED：发光二极管，外文名(Light Emitting Diode)，用于：照明、广告灯、指引灯、屏幕等。

LED 具有单向导电性，即电流只能从正极流向负极，引脚较长的一端为正极，引脚较短的一端为负极。

2.单片机中 LED 模块电路图

• 说明：
  1. LED 的电路图可以看出，这是一个共阳极电路，我们需要通过芯片从另外一端（阴极）控制 LED 的亮灭，串联的电阻用于限流，防止烧坏 LED；
  2. 单片机里用 1 表示高电平（简单理解为给电），0 表示低电平（不给电），当我们给阴极赋 1 的的时候，两边都给电，没有压差，没有电势差，无法形成电流， LED 就无法点亮，因此这里给阴极赋 0 就可以点亮对应的LED；
  3. 而芯片控制 LED 对应线路的方式，单片机的芯片引出一定数目的引脚，此单片机 40 引脚，分为几组（也有独立的），8个引脚为一组，正好一字节数据也是 8 位。一组一个寄存器，一个寄存器分为 8 个，每个就是一个驱动器。我们通过代码的一字节数据，给对应位赋 0 ，其它位赋 1 ，就能点亮我们想要点亮的 LED 灯泡了；
  4. 上图可以看到，每条线路对应了一个编号，如 P21 ，这里的 p2 就代表了使用 P2 号锁存器来控制 LED ，后面的 1 对应的是锁存器的其中一个位选段，具体到驱动几号 LED。

3. LED 实验

3.1点亮一颗 LED

• 代码演示

#include <REGX52.H>

void main()
{
	P2=0xFE; // 1111 1110
	while(1);
}

• 说明：

  1. 上面的演示效果，是点亮了电路图中的 D1 号 LED；
  2. 在分析每位二进制的时候，对应的 LED 灯泡从 D1 ~ D8 分别对应二进制中的由低位到高位，代码里面显示的从右往左依次是低位到高位，但是C语言里面没有二进制类型，依次通过十六进制表示；
  3. 要想通过C语言调用对应的寄存器和驱动器，需要包含头文件#include <REGX52.H>；
  4. 单片机里程序运行结束不会直接停止，而是会反复去执行，因此下面放一个死循环，防止反复执行，减小 CPU 占用，但是实现效果上是没有区别的。

• 点亮指定多颗 LED

#include <REGX52.H>

void main()
{
	P2=0xAA; // 1010 1010
	while(1);
}

• 说明：上面的代码点亮了，D1 3 5 7 四颗 LED。

3.2 LED 闪烁

• 代码演示

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H> // _nop_需要的头文件

void Delay500ms()		//@12.000MHz
{
	unsigned char i, j, k;

	_nop_();
	i = 4;
	j = 205;
	k = 187;
	do
	{
		do
		{
			while (--k);
		} while (--j);
	} while (--i);
}

void main()
{
	while(1)
	{
		P2=0xFE; // 1111 1110 亮
		Delay500ms(); // 延时500ms
		P2=0xFF; // 1111 1111 灭
		Delay500ms();
	}
}

• 说明：
  1. 上面的演示效果，是实现了 D1 LED 每 0.5 秒闪烁一次的效果；
  2. 上面的延时函数可直接通过软件 STC-ISP 软件的延时计算器生成，需要包含头文件#include <INTRINS.H>；
  3. 这里实现原理很简单，即先点亮，过 0.5s 熄灭，再过 0.5s 点亮，通过 while 实现循环。

3.3 LED 流水灯

• 代码演示

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>

// 自定义延时多少毫秒
void Delayxms(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{
    unsigned char i, j;
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}


void main()
{
	// 定义变量，保存延时的毫秒数
	unsigned int time_ms = 500;
	
	while(1)
	{
		P2=0xFE; // 1111 1110
		Delayxms(time_ms);
		P2=0xFD; // 1111 1101
		Delayxms(time_ms);
		P2=0xFB; // 1111 1011
		Delayxms(time_ms);
		P2=0xF7; // 1111 0111
		Delayxms(time_ms);
		P2=0xEF; // 1110 1111
		Delayxms(time_ms);
		P2=0xDF; // 1101 1111
		Delayxms(time_ms);
		P2=0xBF; // 1011 1111
		Delayxms(time_ms);
		P2=0x7F; // 0111 1111
		Delayxms(time_ms);
	}
}

• 说明：
  1. 代码运行结果，会从 D1 ~ D8 号 LED 依次点亮 0.5s ，如此循环；
  2. 和上面闪烁原理一样，只不过交替闪烁而已，需要计算出每个 LED 点亮对应的十六进制码就行了；
  3. 这里实现了自定义点亮时间，即先生成一个一毫秒的延时函数，然后在延时函数里放一个 while 循环，将延时函数函数体放到循环里面，要延时多少毫秒，就循环多少遍函数体即可；
  4. 需要注意的是，在单片机里，int 类型占16位，2字节。

三、按键控制 LED

1.认识独立按键模块

1.1独立按键介绍

• 按键的结构实物图

如图右边，按键的底部有四个引脚，左边两个是接通的，右边两个是接通的，左右两边不接通，当我们按下的时候，左图所示的金属弹片会将左右接通，因此按下的时候，四个引脚都是接通的。

1.2独立按键电路图

• 说明：
  1. 如图所示，这里的独立按键是一个共阴极电路；
  2. 前面讲到的寄存器，除了可以将指令发送到 IO 口控制 LED 的亮灭，还能读取线路中的高低电平状态返回到 IO 口；
  3. 因此，按键按下的时候，和 GND 接通，回馈信号为 0 ，松开按键，回馈信号为1；
  4. 这里使用的是 P3 锁存器，1 ~ 4 位选段。

2.按键实验

2.1按键控制 LED 亮灭

• 代码演示

#include <REGX52.H>

void main()
{
	while(1)
	{
		// 按键按下回馈信号为0，反之为1
		if(P3_1==0)
			P2_0=0;
		else
			P2_0=1;
	}
}

• 说明：
  1. 运行效果：按键 K1 按下的时候，LED 亮起，松开 LED 熄灭；
  2. 除了上面 LED 实验里，一次性对一个段的 8 位进行操作以外，也能单独对某一位进行操作。

2.2按键控制 LED 状态

2.2.1按键抖动

前面提到的按键里面的金属弹片，按键按下的时候，弹片会将左右引脚接通，但是机械触点也会产生振动，虽然这振动对于宏观世界而言无关紧要。但从微观来看，机械触点的弹性作用，一个开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开，所以在开关闭合及断开的瞬间会伴随一连串的抖动，如下图：

因此，在按键按下和松开的时候，各设置一个延时函数消抖即可。

2.2.2按键点亮 LED

• 代码演示

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>

void Delayxms(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{
    unsigned char i, j;
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}

void main()
{
	while(1)
	{
		if(P3_1 == 0)
		{
			// 延时为了消除按键抖动
			Delayxms(20);
			// 如果按键不松开就一直循环
			while(P3_1 == 0);
			Delayxms(20);
			// 这一次值为上一次的取反，即上一次灭，这一次就亮
			P2_0 =~ P2_0;
		}
	}

}

• 说明：
  1. 上面代码运行的效果：按下松开， LED 点亮，再次按下松开，LED 熄灭；
  2. 在按下和松开的瞬间各设置一个延时消抖，如果按下没有松开，通过一个 while 循环阻塞，直到松开按键，循环解阻塞；
  3. 当前 LED 的亮灭状态为按键前的取反，即按键前是亮，则按下后是灭，按下前是灭，按下后是亮。

2.3按键控制 LED 以二进制显示

• 代码演示

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>

void Delayxms(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{
    unsigned char i, j;
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}

void main()
{
	unsigned char LEDNum = 0;
	while(1)
	{
		if(P3_1 == 0)
		{
			Delayxms(20);
			while(P3_1 == 0);
			Delayxms(20);
			LEDNum++;
			P2 = ~LEDNum;
		}
	}

}

• 说明：
  1. 上面代码的运行效果：每按下一次按键，LED 就以二进制数值递增的方式显示；
  2. 定义一个局部变量，用于存放每个 LED 的高低电平状态，每按键一次，对变量 +1 ；
  3. 因为 LED 模块是共阳极电路，因此给 0 LED 才亮，因此对局部变量按位取反，实现真正的效果。

2.4按键控制 LED 左右移动

• 代码演示

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H>

void Delayxms(unsigned int xms)		//@12.000MHz
{
    unsigned char i, j;
	while(xms)
	{
		i = 2;
		j = 239;
		do
		{
			while (--j);
		} while (--i);
		xms--;
	}
}

void main()
{
	unsigned char LEDNum = 0;
	P2=~0x01; // led默认开始在第一个
	while(1)
	{
		// 实现灯号递增移动
		if(P3_1 == 0)
		{
			Delayxms(20);
			while(P3_1 == 0);
			Delayxms(20);
			LEDNum++;
			if(LEDNum >= 8)
				LEDNum = 0;
			P2 = ~(0x01<<LEDNum);
		}
		// 实现灯号递减少移动
		if(P3_0 == 0)
		{
			Delayxms(20);
			while(P3_0 == 0);
			Delayxms(20);
			if(LEDNum == 0)
				LEDNum = 7;
			LEDNum--;
			P2 = ~(0x01<<LEDNum);
		}
	}
}

• 说明：
  1. 运行结果：点按 K1 按键， LED 从低位向高位，每按键一次，移动一个；
  2. 点按 K2 按键，LED 从高位向低位，每按键一次，移动一个；
  3. 这里设置 LED 默认点亮 D1 号，定义一个变量用于保存下一次按键点亮 LED 的偏移量，通过左移右移实现每按键一次，左移或右移一个 LED ；
  4. 同时判断，移动范围，低位到高位移动，最大偏移量为 7 ，当超过 7 的时候复位到最低位 LED ；同理由高位到低位移动，最低位偏移量为0，先判断为 0，复位到最高位 LED，如此循环实现。