51单片机之LED灯

🌴前言：

我们在学习单片机的时候，最好还是以实物的学习为主，因为兴趣是最好的老师，实物的视觉冲突比仿真的效果要更好，每一个系列的开发板由于原理图不同，他们对应的IO口控制的东西就不一样，如果你是使用实物来学习51单片机，在进行软件编程前，一定要学会看原理图，即找到某一个器件是由哪个IO口来控制的。
今天给大家带来点亮LED灯的原理及对应的程序讲解和实物演示效果展示。

🏮点亮LED灯的原理

点亮一个LED灯，我们在初中物理电路中应该就学习过，很简单的电路就可以实现，即一个电阻、一个电源、一个LED灯、一个连通的回路。

这个电路图相信大家都很容易理解，那在用单片机IO口控制LED灯的点亮原理也是类似，我们看我们板子的的LED模块的原理图：

我们板子的LED模块一共有8个LED小灯，由P2口的每一个小的IO口控制，由于P2口可以进行位寻址，所以我们可以操作它的每一位，进而控制每一个LED灯的亮灭。

另外观察电路图，他们是共阳的，意思是有共同的正极，我们只需要让每一个LED电路的另一端IO口输出低电平就可以了，因为有上拉电阻（这个电阻的功能是让IO口处于高电平，下次我们在具体的分析），每个小的IO口的初始状态都是高电平，与VCC的电压相同，所以每一个LED的电路没有电压差就不会导通，我们想点亮其中一个，只需要将那一个接的IO口设置为低电平0就可以点亮。

💘点亮你的第一个LED灯

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
sbit LED = P2^0;//设置需要点亮的LED灯的IO口


int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
	 }
	 
  return 0;
}

实物效果演示：

当我们使用烧录软件把程序烧录进去之后，你会发现此时D1灯亮了，当然你也可以编写一个程序，让他们全亮。

💘点亮你的八个LED灯

点亮一个LED的原理和代码都清楚了，我们来试试点亮8个LED灯吧。

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
#define LED P2//将P2口宏定义为LED，增强代码可读性和健壮性


int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		LED = 0;//将整个P2口都设置为低电平
	 }
	 
  return 0;
}

实物演示：

可以看到和我们预期的一样全部点亮了，当然你也可以分别设置P2口的每个位地址为0，但是这样的话代码量会增加很多。

📌让LED灯闪烁的原理

理解了点亮的原理，控制LED闪烁就非常简单了，你只需要知道，当对应IO口输出高电平的时候LED就会亮，输出低电平的时候就会灭。你可能会这样写：

🎽 LED灯的闪烁

🏓错误示范1

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
sbit LED = P2^0;//设置需要点亮的LED灯的IO口


int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
		 LED = 1;将其设置为高电平，使电路截止
	 }
	 
  return 0;
}

我可以很负责任的告诉你，这段代码的的确确实现了闪烁，但是你会发现，当你去将这段代码通过下载软件下载到板子中时，板子的效果是D1常亮，这是为什么呢？
LED从点亮到熄灭的时间就是程序执行一条语句的实现，计算机的速度是很快的，我们可以使用keil调试来测试一下：
我们设置断点，启动调试，程序执行到LED = 1;时的时间是$0.00038900$秒，我们不需要这个时间，我们只需要执行当前语句的时间，我们点击下图左上角RST将时间归0，下图左边调试窗口sec显示的有程序执行到当前语句的时间，你可以手动归0。

此时我们已经成功归0了，接下来执行这条语句。

所以执行这条语句的时间是$0.00039$秒，人眼正常的极限分辨率是50hz或60hz，从亮到灭这个过程，频率是一个吓人的数字2500hz大概是，人眼是不可能看到这个变化的过程的，因为实在是太快了！

我们想解决这个问题，就需要自己写一个延时函数

void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}

i为1的时候大概是延时了1us，大家可以自己去调试。

🏓正确的LED闪烁代码应该是这样：

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
sbit LED =  P2^0;//将P2口宏定义为LED，增强代码可读性和健壮性


void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}
int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
		 delay(50000);//0.5s左右
		 LED = 1;将其设置为高电平，使电路截止
		 delay(50000);//0.5s左右
	 }
	 
  return 0;

实物演示：

注意：我们每设置一个状态，都必须延时一段时间，否则从这个状态到另外一个状态太快了，人眼无法观测到前一个状态，就会一直维持那个可以观察到的状态。

🏓错误示范2

看下面代码，试思考其展示结果：

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
sbit LED =  P2^0;//将P2口宏定义为LED，增强代码可读性和健壮性


void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}
int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
		 delay(50000);//延时0.5s
		 LED = 1;将其设置为高电平，使电路截止
	 }
	 
  return 0;
}

实物效果展示：

可以看到亮的效果，但是看不到灭的效果，这是因为从亮到灭有延时我们可以观察到亮的过程，但是从灭到亮太快了，我们眼睛还没察觉到灭，这个灯就已经亮了。

🏓错误示范3

同样的我们在来看这段代码，思考它的实物效果：

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
sbit LED =  P2^0;//将P2口宏定义为LED，增强代码可读性和健壮性


void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}
int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
		 
		 LED = 1;将其设置为高电平，使电路截止
		   delay(50000);
	 }
	 
  return 0;
}

实物效果展示：

可以看到，眼睛并没有看见灯亮，这是因为在设置完D1 IO口为高电平后延时了一段0.5s，所以我们可以看到灭的效果，但是延时之后执行LED= 0；LED = 1，由于没有延时，所以我们还没有察觉到灯亮，它就已经熄灭了。

相信现在你应该可以很好的理解LED闪烁的原理了，那如果我们想控制所有的灯点亮闪烁该怎么办呢？你可以这样去写：

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
#define LED  P2//将P2口宏定义为LED，增强代码可读性和健壮性


void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}
int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
		 delay(50000);
		 LED = 0xff;将其设置为高电平，使电路截止
		 delay(50000);
	 }
	 
  return 0;
}

实物效果演示：

可能又有小伙伴有疑惑了，这个0我可以理解，但是你这个0xff是什么意思呢？P20~P27对应8个小的IO口，一共有8个bit位，把他们都设置为1就是，1111 1111，表示为16进制就是0xff。

如果你不想用十六进制来赋值你还可以使用十进制，但是必须先用计算器把这个值算出来，0xff十进制表示是255。 那样的话代码也可以改成这样：

#include<reg52.h>
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
#define LED  P2//将P2口宏定义为LED，增强代码可读性和健壮性


void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}
int main()
{
   
	 while(1)
	 {
		 LED = 0;//将其设置为低电平，使电路导通
		 delay(50000);
		 LED = 255;将其设置为高电平，使电路截止
		 delay(50000);
	 }
	 
  return 0;
}

📞点亮LED流水灯的原理

流水灯，顾名思义，就是这些灯看起来像在流水一样，我们的板子里面有八个灯，我们可以设计一个程序让他们依次点亮，但是记得延时，如果没有延时那就是全亮了，因为流动的太快了，就好像他们都一直亮着一样。

我们先来认识两个函数：

🤠循环左移函数_crol_()

这个函数的功能是把一个变量大小的二进制代码进行循环左移，举个例子：

这个函数有两个参数，第一个参数是需要进行循环左移变量，第二参数是循环左移的次数。

🤠循环右移函数_cror_()

这个函数的功能是把一个变量大小的二进制代码进行循环右移，参数和上面一个函数类似。

这个函数的定义在头文件"intrins.h"中，我们在调用这两个函数时需要加这个#include"intrins.h"，双引号可以换为尖括号。

流水灯程序设计思路：

🤠 LED流水灯

#include"reg52.h"
#include"intrins.h"
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned int u8;
#define led P2

void delay(u16 i)
{
  while(i--);
}
int main()
{
   u8 i;
   led = 0xfe;//1111 1110
   while(1)
   {
     led = 0xfe;
	 delay(25000);//0.25s
     for(i = 0;i < 7;++i)
	 {
	    led = _crol_(led,1); //0xfe 0x1111 1110 -> 0x1111 1011 0x1110 1111 0x1011 1111
	    delay(25000);//0.25s
	 }
	 for(i = 0;i < 6;++i)
	 {
	    led = _cror_(led,1); //0xfe 0x1111 1110 -> 0x1111 1011 0x1110 1111 0x1011 1111
		delay(25000);//0.25s
	 }
   }
   return 0;
}

实物演示效果：

可能有小伙伴有一些疑惑，为什么第二个循环右移只循环了6次呢？也就是最后一次执行完是0x11111101，这是因为最后一次和初始化重复了，如果执行7次这次D1亮的时间就变成了了0.5秒，和预期不符。当然你也可以通过if条件语句来控制，让其执行7次，效果却不受影响。

?总结

这篇博客主要谈到了使用51控制LED的一些状态，如果你有兴趣的话，可以利用proteus仿真，做一个爱心的流水灯送给你的女神哦（开玩笑的）。另外，若本篇博客有任何问题欢迎指出。下面是本篇博客的思维导图：