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1、单片机驱动一个闪烁第1页，本讲稿共24页3.1 单片机驱动一个单片机驱动一个LED闪烁闪烁 单片机的单片机的I/OI/O口可以直接驱动一些器件，通过单片机运口可以直接驱动一些器件，通过单片机运行程序，达到单片机对一些器件的控制。行程序，达到单片机对一些器件的控制。LEDLED是一种常用是一种常用的显示器件，单片机的的显示器件，单片机的I/OI/O可以直接驱动。本节任务是利可以直接驱动。本节任务是利用单片机的一个用单片机的一个I/OI/O口驱动口驱动LEDLED电路，设计程序使其闪烁。电路，设计程序使其闪烁。在了实现在了实现P0.0P0.0口驱动负载特点基础上掌握程序设计一般方口驱动负载特点基础
2、上掌握程序设计一般方法，同时还要掌握单片机系统仿真、程序下载的一般过程。法，同时还要掌握单片机系统仿真、程序下载的一般过程。第2页，本讲稿共24页3.1.1 电路原理电路原理 STC-89C51STC-89C51单片机的单片机的P0P0口采用为口采用为ODOD门输出，高电平输门输出，高电平输出时不存在拉出电流，但出时不存在拉出电流，但P0P0口输出低电平时，口输出低电平时，P0P0口灌入口灌入电流达到电流达到2020毫安，因此毫安，因此P0P0只具有较强的低电平驱动能力。只具有较强的低电平驱动能力。如果利用如果利用P0P0驱动门电路以及如驱动门电路以及如LEDLED这样的小功率负载，必这样的小
3、功率负载，必须加上拉电阻，否则，即使编程让须加上拉电阻，否则，即使编程让P0P0输出高电平，但是输出高电平，但是实际只能输出低电平。实际只能输出低电平。图图3-1-13-1-1是单片机驱动是单片机驱动LEDLED电路，图中电路，图中 P0.0 P0.0 端口与电端口与电源之间接有一个电阻源之间接有一个电阻R2R2，当，当P0.0P0.0口输出低电平时，从电源口输出低电平时，从电源正极出发经过电阻的电流通过正极出发经过电阻的电流通过P0.0P0.0口进入单片机，口进入单片机，LEDLED的的正极为低电平，此时正极为低电平，此时LEDLED不亮，当此时不亮，当此时P0P0口输出高电平时，口输出高电
4、平时，经过电阻的电流无法进入经过电阻的电流无法进入P0.0P0.0端口，只能通过端口，只能通过LEDLED，此时，此时LEDLED亮。这种亮。这种LEDLED驱动方式为高电平有效方式。驱动方式为高电平有效方式。P0.7P0.7驱动驱动LEDLED采用的是低电平有效方式，直接了利用了采用的是低电平有效方式，直接了利用了P0P0口的低电口的低电平驱动能力。当平驱动能力。当P0.7P0.7端口输出高电平时，端口输出高电平时，LEDLED不亮，只有不亮，只有当当P0.7P0.7端口输出低电平时，端口输出低电平时，LEDLED才亮。才亮。第4页，本讲稿共24页 图图3-1-1 单片机驱动单片机驱动LED
5、电路原理电路原理第5页，本讲稿共24页3.1.2 程序设计与编译程序设计与编译一、程序设计一、程序设计 单片机内部的单片机内部的P0P3寄存器都寄存器都可以进行位操可以进行位操 作，作，P0P3对对应的端口即单片机的应的端口即单片机的32个个I/O口会输出口会输出P0P3的结果。本例的结果。本例实现实现LED闪烁，只要让闪烁，只要让P0.0电平周期性变化即可。程序电平周期性变化即可。程序流程见图流程见图3-1-2所示所示。图图3-1-2 LED闪闪烁程序流程烁程序流程第6页，本讲稿共24页 在在KielKiel程序设计软件中，程序设计软件中，P0.0P0.0口定义为口定义为P00P00，因此，
6、因此在利用在利用C C语言程序设计时，要想让语言程序设计时，要想让P0.0P0.0为低电平，只要为低电平，只要编写编写P00=0P00=0一条语句即可。为了是程序简单明了，也一条语句即可。为了是程序简单明了，也可以利用可以利用sbit LED1=P00sbit LED1=P00语句，让语句，让LED1LED1代替代替P00P00。本。本案例的程序清单如下：案例的程序清单如下：第7页，本讲稿共24页/*/#include /包含头文件包含头文件sbit LED1=P00;/LED接接P0.0。在。在kell C51软件中，软件中，/定义定义P0.0为为sbit sbit LED2=P07;voi
7、d delay(unsigned char x)/延时函数延时函数unsigned char i,j;for(i=0;i x;i+)for(j=0;j 200;j+);第8页，本讲稿共24页void main(void)/主函数主函数while(1)/程序死循环程序死循环 LED1=0;/P0.0输出低电平，输出低电平，LED1灭灭 delay(100);/调用延时函数，延时一段时间，约调用延时函数，延时一段时间，约0.3秒，秒，/不精确不精确 LED1=1;/P0.0输出高电平，输出高电平，LED1亮亮 delay(100);/*/第9页，本讲稿共24页二、程序说明二、程序说明 （1）因为使
8、用的单片机芯片为）因为使用的单片机芯片为STC89C51，因此程序包含，因此程序包含reg51.h文件，文件，reg51.h文件定义了文件定义了51单片机所有特殊功能寄存器单片机所有特殊功能寄存器的名称定义和相对应的地址值；的名称定义和相对应的地址值；（2）单片机程序顺序执行程序，先执行主函数，在主）单片机程序顺序执行程序，先执行主函数，在主函数内可以调用分函数，分函数可以调用分函数，但分函函数内可以调用分函数，分函数可以调用分函数，但分函数不能调用主函数，程序执行一条命令再执行下一条，执数不能调用主函数，程序执行一条命令再执行下一条，执行完毕后返回到主函数入口进行下次循环。延时的过程是行完毕
9、后返回到主函数入口进行下次循环。延时的过程是单片机执行了一个单片机执行了一个delay（100）函数而浪费一段时间。在）函数而浪费一段时间。在执行执行delay（）的过程中，如果没有中断单片机只能忙这（）的过程中，如果没有中断单片机只能忙这一件事，一件事，第10页，本讲稿共24页 单片机在执行此函数相关指令时浪费和占用的时间就是执行延单片机在执行此函数相关指令时浪费和占用的时间就是执行延时函数获得的时间，但利用时函数获得的时间，但利用delay（）（）不能得到精确的延时。不能得到精确的延时。延时函数还可以利用带有形参的函数实现，例如：延时函数还可以利用带有形参的函数实现，例如：/*/void
10、delay（unsigned int x）while(x)x-;/*/第11页，本讲稿共24页 （3）利用位定义命令让）利用位定义命令让LED等价于等价于P0.0，程序执行，程序执行LED1=1后，后，P0.0对以的单片机内部位寄存器就设置为对以的单片机内部位寄存器就设置为高电平，高电平，P0.0端口输出高电平，单片机的所有端口输出高电平，单片机的所有I/O口都口都可位位定义，也可以字节定义。可位位定义，也可以字节定义。（4）单片机）单片机C语言程序设计需要的语言程序设计需要的C语言关键字不多，并语言关键字不多，并且在且在keil C 中用到的关键字是独有的，因此对于没有学习过中用到的关键字是
11、独有的，因此对于没有学习过C语言的人学习单片机语言的人学习单片机C语言程序设计困难并不是很大，重语言程序设计困难并不是很大，重点掌握单片机点掌握单片机C语言书写格式和怎样用语言书写格式和怎样用C语言控制单片机的语言控制单片机的硬件资源皆可；另外，在编程时，还要有清晰的逻辑思维头硬件资源皆可；另外，在编程时，还要有清晰的逻辑思维头脑和认真实践，由浅逐步深入学习，当你坚持到最后时，单脑和认真实践，由浅逐步深入学习，当你坚持到最后时，单片机片机C语言程序设计会让你感觉很简单。语言程序设计会让你感觉很简单。第12页，本讲稿共24页 （5）每个人在利用）每个人在利用C语言编写单片机程序时都有自己的风格。
12、一语言编写单片机程序时都有自己的风格。一般情况下，函数的字符左行距为般情况下，函数的字符左行距为0，其下每条语句前留一个，其下每条语句前留一个“tab”键键空。算数逻辑符号的左右各留一个空格，关键语句要有中文或英文说空。算数逻辑符号的左右各留一个空格，关键语句要有中文或英文说明，每一个函数有时也可以用明，每一个函数有时也可以用“/*.*/”上下隔开，这样有助上下隔开，这样有助于提高程序的层次感和可读性。于提高程序的层次感和可读性。第13页，本讲稿共24页三、程序编译三、程序编译 程程序设计采用第二章介绍的序设计采用第二章介绍的KielKiel软件。针对本节例子，软件。针对本节例子，在电脑上运行
13、在电脑上运行KielKiel，首先新建一个项目，项目使用的单片机，首先新建一个项目，项目使用的单片机为为AT89C51AT89C51，这个项目暂且命名为，这个项目暂且命名为LEDLED；然后新建一个文件，；然后新建一个文件，并保存为并保存为”LED.c”LED.c”文件，并添加到工程项目中。由于本案文件，并添加到工程项目中。由于本案例程序比较简单，可以直接在例程序比较简单，可以直接在KeilKeil软件界面中编写，也可以软件界面中编写，也可以先把程序清单形成一个先把程序清单形成一个TXTTXT文件，然后剪切到文件，然后剪切到KeilKeil的程序编的程序编辑界面中。当程序设计完成后，通过辑界面
14、中。当程序设计完成后，通过KielKiel编译并创建编译并创建LED.HEXLED.HEX目标文件，见图目标文件，见图3-1-33-1-3所示。所示。第14页，本讲稿共24页 在在KeilKeil的应用过程中，由于编译过程成产生很多文的应用过程中，由于编译过程成产生很多文件件,因此新建一个项目需在一个目录中建立。因此新建一个项目需在一个目录中建立。KeilKeil软件创软件创建的建的HEXHEX文件可以下载到单片机的程序存储器中运行，也文件可以下载到单片机的程序存储器中运行，也可以被仿真软件调用。可以被仿真软件调用。第15页，本讲稿共24页 图图3-1-3 Keil软件目标文件创建软件目标文件
15、创建第16页，本讲稿共24页3.1.3 汇编语言嵌入汇编语言嵌入 在使用在使用C语言所开发的项目中，有时需要写一些汇编语言所开发的项目中，有时需要写一些汇编语言的程序，以提高程序的精炼和精确度。如本例中的语言的程序，以提高程序的精炼和精确度。如本例中的delay（）函数延时不够精确，可以使用汇编语言实现时间延（）函数延时不够精确，可以使用汇编语言实现时间延迟，提高延时的精确程度。在一个项目中要加入汇编语迟，提高延时的精确程度。在一个项目中要加入汇编语言程序时，有两种方法，第一种方法是使用言程序时，有两种方法，第一种方法是使用Inline assembly,也就是在程序中直接加入汇编语言码，如以
16、下也就是在程序中直接加入汇编语言码，如以下的程序所示：的程序所示：第17页，本讲稿共24页/*延时函数延时函数*/void delay100us()#pragra endasm more:mov R3,#48 djnz R3,$djnz R7,more#pragma endasm /*/第18页，本讲稿共24页 在上面的程序中，直接加入汇编语言码时是使用编译在上面的程序中，直接加入汇编语言码时是使用编译指令指令#pragma asm 和和#pragma endasm。编译指令。编译指令#pragma asm 和和#pragma endasm 之间则加入您需要的汇编语言代码。之间则加入您需要的汇
17、编语言代码。这一段程序主要是实现这一段程序主要是实现100微秒时间延迟，使用汇编语言微秒时间延迟，使用汇编语言我们可以通过如表我们可以通过如表3-1-1所示的计算方法估计出延迟时间大所示的计算方法估计出延迟时间大约是约是0.1ms。最后还有一条返回指令最后还有一条返回指令ret，所以总共需要，所以总共需要100条指令，如果外接条指令，如果外接12MHz的石英晶体时，每执行一条指令需的石英晶体时，每执行一条指令需要要1s，所以执行这一个子程序总共需要，所以执行这一个子程序总共需要100s,也就是也就是0.1s.但是这只是一个估计值，因为执行子程序时如果有中但是这只是一个估计值，因为执行子程序时如
18、果有中断发生，就会造成执行时间增加。断发生，就会造成执行时间增加。第19页，本讲稿共24页执行的指令执行的指令 执行次数执行次数 指令执行周期指令执行周期 计算结果计算结果 More:mov R3,#48 111djnz R3,$148 296djnz R7,more 122表表3-1-1 计算方法计算方法第20页，本讲稿共24页 第二种做法是将汇编语言的程序写在一个文件中，然第二种做法是将汇编语言的程序写在一个文件中，然后再从主程序中调用这些使用汇编语言写的子程序。后再从主程序中调用这些使用汇编语言写的子程序。C语言主程序调用汇编语言子程序时，必须注意到，累加器语言主程序调用汇编语言子程序时
19、，必须注意到，累加器（accumulator）和寄存器给的内容都必须自行维护，如果维护）和寄存器给的内容都必须自行维护，如果维护不当，可能会造成不可预期的结果。一般而言，可以在进入汇不当，可能会造成不可预期的结果。一般而言，可以在进入汇编语言程序之后，马上将累加器编语言程序之后，马上将累加器A和寄存器和寄存器R0R7推入堆栈当推入堆栈当中，等到要离开汇编语言程序之前再使用中，等到要离开汇编语言程序之前再使用POP指令，将累加器指令，将累加器A和寄存器和寄存器R0R7从堆栈中取出，但是要特别注意，堆栈推入从堆栈中取出，但是要特别注意，堆栈推入与取出的顺序是相反的，也就是先进者后出，后进者先出。与
20、取出的顺序是相反的，也就是先进者后出，后进者先出。第21页，本讲稿共24页3.1.4 软件仿真软件仿真 在安装过在安装过ProteusProteus软件的软件的PCPC上运行上运行ISISISIS文件，即可进文件，即可进入入ProteusProteus电路原理仿真界面，利用该软件仿真时操作电路原理仿真界面，利用该软件仿真时操作比较简单，其过程是首先构造电路，然后双击单片机加比较简单，其过程是首先构造电路，然后双击单片机加载载HEXHEX文件，最后执行仿真。文件，最后执行仿真。ProteusProteus界面以及本案例的界面以及本案例的仿真电路见图所示。电路中单片机采用仿真电路见图所示。电路中单
21、片机采用AT89C51AT89C51，单片，单片机默认为最小系统，不需要再外接晶体振荡电路和复位机默认为最小系统，不需要再外接晶体振荡电路和复位电路。仿真过程中，单片机加载程序模拟运行实际状态电路。仿真过程中，单片机加载程序模拟运行实际状态 。第22页，本讲稿共24页 软件仿真是程序设计结果的验证，能够在没有软件仿真是程序设计结果的验证，能够在没有硬件的条件下验证程序的完整性。计算机是单片机硬件的条件下验证程序的完整性。计算机是单片机程序设计的重要工具，但单片机的程序设计或相关程序设计的重要工具，但单片机的程序设计或相关产品开发必须有相关的软件和硬件，软件仿真虽然产品开发必须有相关的软件和硬件，软件仿真虽然节约了一定硬件的投入，但软件仿真不能测试软件节约了一定硬件的投入，但软件仿真不能测试软件的安全性和可靠性，也不能测试电路的完整性。程的安全性和可靠性，也不能测试电路的完整性。程序的设计往往需要软件仿真和硬件仿真结合，并且序的设计往往需要软件仿真和硬件仿真结合，并且在有限的时间里熟练完成项目的设计工作。在有限的时间里熟练完成项目的设计工作。第23页，本讲稿共24页图图3-1-4 Proteus仿真仿真第24页，本讲稿共24页