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:
- 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;
- 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;
- 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;
- 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 1110while(1);
}
-
说明:
- 上面的演示效果,是点亮了电路图中的 D1 号 LED;
- 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;
- 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>
; - 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 1010while(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500msP2=0xFF; // 1111 1111 灭Delay500ms();}
}
- 说明:
- 上面的演示效果,是实现了 D1 LED 每 0.5 秒闪烁一次的效果;
- 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>
; - 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 1110Delayxms(time_ms);P2=0xFD; // 1111 1101Delayxms(time_ms);P2=0xFB; // 1111 1011Delayxms(time_ms);P2=0xF7; // 1111 0111Delayxms(time_ms);P2=0xEF; // 1110 1111Delayxms(time_ms);P2=0xDF; // 1101 1111Delayxms(time_ms);P2=0xBF; // 1011 1111Delayxms(time_ms);P2=0x7F; // 0111 1111Delayxms(time_ms);}
}
- 说明:
- 代码运行结果,会从 D1 ~ D8 号 LED 依次点亮 0.5s ,如此循环;
- 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;
- 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;
- 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:
- 如图所示,这里的独立按键是一个共阴极电路;
- 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;
- 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;
- 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1if(P3_1==0)P2_0=0;elseP2_0=1;}
}
- 说明:
- 运行效果:按键 K1 按下的时候,LED 亮起,松开 LED 熄灭;
- 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:
- 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;
- 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;
- 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:
- 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;
- 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 ;
- 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:
- 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;
- 点按 K2 按键,LED 从高位向低位,每按键一次,移动一个;
- 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 ;
- 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。
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