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【51单片机实验笔记】LED篇（一）单色LED的基本控制
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目录
前言硬件介绍封装形式正负极判断
原理图分析软件实现点亮一颗LED方法一方法二
LED闪烁流水灯跑马灯方法一方法二方法三
总结
前言
本节内容我们学习如何控制一颗LED，并简单控制它的行为：亮、灭、闪烁。并对多个LED实现流水灯、跑马灯效果。 本节涉及到的封装源文件可在《模块功能封装汇总》中找到。 本节完整工程文件已上传GitHub，仓库地址，欢迎下载交流！ 硬件介绍LED全称Light Emitting Diode，即发光二极管。其特点是功耗低、高亮度、抗振动、低光衰，属于冷光源。 响应时间短。LED 的响应时间为纳秒级，而白炽灯的响应时间要达到毫秒级。发光色谱宽。例如：砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。驱动电压低。通常工作电压为1.6 ~ 2.2V，电流在5 ~ 20mA之间，亮度随电流变化。 封装形式一般LED有两种封装：直插式和贴片式。 
图1 直插式
图2 贴片式
正负极判断
如何判断LED的正负极？ 直插式LED 长脚为正极，短脚为负极大电极片为负极，小电极片为正极 贴片式LED 三角形顶点所对的为负极，底边所对的为正极 原理图分析LED的电路符号如下： 
图1 电路符号
图2 开发板原理图
最大的特点即具有单向导通性。由于单颗LED的驱动电流比较小，过大的电流会烧毁LED，故一般在电路中串联阻值100Ω左右的电阻，称为限流电阻。 由于开发板中已经帮我们焊好了外设和电路，所以我们不需要自己搭建电路，但需要去查看电路原理图（各个开发板不一样，但这没有关系），找到它所对应的控制引脚，这有利于我们的后续编程。 在我的开发板中，可以看到设计的是所有 LED 共阳极（即 LED 的阳极接在一起），故当对应 IO 引脚置低电平时 LED 发光，高电平时 LED 熄灭。 软件实现 点亮一颗LED 方法一 #include #define LED_PORT P2 void main(){ //法一：直接定义整个P2口的电平 LED_PORT = 0xfe; //1111 1110 D1灯点亮 while(1); //使程序在这里死循环。 }首先引入头文件 “REGX52.H”，这是51系列单片机的常用头文件，里面定义了各种寄存器，方便我们操作硬件。这里对P2口使用宏定义是需要注意的编程习惯，因为单片机的P0~P3口在不同的硬件电路设计中连接的外设并不相同，并且，通用的引脚名并不能让阅读者立马知晓它的作用，利用宏定义可以增强代码的可读性和可维护性。以后的代码中，我都会采用这样的代码风格。 其次，由原理图可知，8颗LED对应P2口的8位引脚，故若要使D1灯点亮，则需要将P2.0置低电平，其余全部置高电平，即1111 1110，常用16进制表示，即0xfe。 最后，我们希望灯点亮之后保持这样的状态，而不是反复被点亮，所以应使程序一直停滞在main函数中，故采用一个死循环实现这样的目的。当然，如果没有写这样的死循环，你会发现实验现象并没有改变。但事实情况是，当执行完赋值语句后，程序会退出main函数，随后会不断的反复执行main函数，P2.0也会反复的置低电平，这当然不会有问题，但当任务复杂时，反复执行main函数会产生意想不到的错误。 方法二 #include #define LED_PORT P2 //法二：定义P2口需要控制的位，并赋值电平 sbit LED_1 = LED_PORT^0; //D1灯 void main(){ //赋值低电平 LED_1 = 0; while(1); //使程序在这里死循环。 }在方法一中，我们定义了8个引脚的电平情况，但事实上这是没有必要的。因为我们P2口内部有上拉电阻，即引脚默认输出高电平，我们实际只需要将一个引脚置低电平即可。故方法二中，我们先定义了需要控制的引脚位，再进行赋值。 注意： sbit是C51扩展的标识符，而非数据类型， sbit声明的部分是编译器预处理的部分，是在函数没有编译之前必须完成的，所以必须写在main函数外。且不能写进数组或是结构体中循环调用。在位定义时，^代表的是位的位置，而不是异或运算符。 LED闪烁 #include #define LED_PORT P2 //typedef可以将一些复杂的关键字重命名 typedef unsigned char u8; //0-255，1字节 typedef unsigned int u16; //0-65535，2字节 void main(){ //申明延时函数 void delay(u16 msec); while(1){ LED_PORT = 0xfe; // 1111 1110 delay(50000); //大约450ms LED_PORT = 0xff; // 1111 1111 delay(50000); } } //延时函数 大致10微秒 void delay(u16 msec){ while(msec--); }所有视频、动画、游戏的理论基础都是人眼的暂留效应。一般暂留时间大约为50ms，即一秒钟20帧以上的画面就会产生动态的视觉效果。单片机的晶振频率约为12MHz，计算其机器周期大约为1微秒，也就是说，两个连续的语句执行时间间隔相当短暂，以致于人眼根本无法分别LED灯的实际状态。 为了能够看到闪烁的效果，必须在点亮和熄灭的语句之间加入延时函数。延时函数的本质即让运行中的程序暂停一段时间(CPU空转一段时间)。经过Keil的软件仿真，50000次自减循环大致消耗450ms，这个时间间隔足以让人眼观察到灯的熄灭和点亮了。 当然你也可以自己去计算精确的延时时间，但这在本节中意义不大，我们仅需观察到闪烁现象即可。精确的延时需要配合定时器实现。 流水灯我理解的流水灯是这种累加的效果 方法一的思路就是把所有情况对应的十六进制都写出来，总共也就8种状态，写呗。但缺陷也很明显，当LED数量多了之后，这种代码写起来就很痛苦了。 方法二 #include #define LED_PORT P2 #define DELAY_TIME 20000 //设置跑马灯时间间隔 typedef unsigned char u8; typedef unsigned int u16; void delay(u16 sec){ while(sec--); } //法二：使用左移和取反运算，配合循环实现 void ledTest_2(){ u8 i; for(i=0;i while(1){ ledTest_2(); } }方法二的思路是，用一个循环实现每次将 0 移位。但直接应用左移运算符 LED_PORT = _crol_(LED_PORT, 1); //左移1位（跟左移运算符不同，高位循环补至低位） delay(50000); //延迟450ms } void main(){ //法三：先初始化P2 LED_PORT = 0xfe; delay(50000); //延迟450ms while(1){ ledTest_3(); } } 方法三的思路是调用C51中定义好的函数实现。首先引入头文件INTRINS.H，然后就可以使用左移函数_crol_()。当然也有相应的右移函数_cror_() 总结在复杂场景中，LED仅仅作为一个小模块来配合整个项目（比如指示灯）。每次对硬件编程是耗时耗力的。基于模块化和硬件抽象的思想，有必要将LED的功能封装，像系统库函数或是应用软件的 API 一样，对外提供接口，直接调用，这样方便以后快速构建项目。 LED的总体封装可以在《模块功能封装汇总》中找到。 单片机是软件和硬件的桥梁，这跟C语言在编程语言中的地位类似。一般是先了解硬件的原理和硬件电路图之后，才开始软件的算法编程，实现相应的效果。路还很长，共勉。 |
具体代码实现【本文地址】