51单片机教程（四）- 点亮LED灯

1、项目分析

让输入/输出口的P1.0连接一盏LED灯进行点亮。

2、技术准备

1 LED组成

在这里插入图片描述

说明
- 二极管有 P型和 N型材料构成，通常是：硅/锗掺杂其他元素（硼、磷等）
  - 电子是带负电的，是负电荷的载体，电子流是从负极流向正极
  - 电流则从正极流向负极。
- 当N型材料连接电源负极（正向连接），则电子会从流向P型材料的空穴，则会有电流流过【正向偏置】；
- 当N型材料连接电源正极（反向连接），由于没有多余的空穴，则不会有电子跃迁至P型材料，则不会有电流流过【反向偏置】；
- 则说明二极管具有单向导电的特性
扩展
- 如果二极管是由硅制成，需要一个约 0.7V的电压，才会有电流流过，则即便是二极管正向连接，也不会有电流流过。
- 如果二极管是由锗制成，需要一个约 0.3V的电压，才会有电流流过，则即便是二极管正向连接，也不会有电流流过。
- 如果反向链接，则不同材质的二极管所能承受的电压，可以高达 100V，电流可达 1A

2 介绍

LED发光二极管
- 它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
LED的工作原理。
- LED的工作是有方向性的，只有当正级接到LED阳极，负极接到LED的阴极的时候才能工作，如果反接LED是不能正常工作的。
LED的原理图解析
- 开发板上面LED的原理图如右图，LED的阳极串联一个电阻，然后连接到电源VCC，而LED的阴极连接到单片机的P1口，如果你想点亮一盏LED就对把单片机相对应的IO赋为低电平（0）。

3 C语言知识点

1 标识符

标识符：
- 用来标识源程序中某个对象的名字，这些对象可以是数据类型名、函数名、变量名、数组名等。
组成
1. 标识符由字母、数字和下划线组成。
2. 第一个字符必须是字母或下划线。
3. 不能使用C语言中的关键字。
4. 由于C51中有些库函数的标识符是以下划线开头的，所以一般不要以下划线开头命名标识符。
```
// 正确标识符
name    Name  num1   oldName
    
// 错误标识符
3ku    
```

2 关键字

标准C语言定义了32个关键字

常用关键字
- char
- int
- unsigned
- for
- while
- if
- sbit
- interrupt

3 变量与常量

常量

又称为标量，它的值在程序执行过程中不能改变的量，常量的数据类型有整型、浮点型、字符型和字符串型等。

实际使用中用 #define定义（宏定义） 或 const 在程序中经常用到的常量，这样一方面有助于提高程序的可读性，另一方面也便于程序的修改和维护。

 #define PI 3.14		               //以后的编程中用PI代替浮点数常量3.14，便于阅读
 #define SYSCLK 12000000	           //长整型常量用SYSCLK代替12MHz时钟
 #define TRUE  1			           //用字符TRUE，在逻辑运算中代替1
 #define STAR '*'			           //用STAR表示字符 '*'
 #define uint unsigned int	       	   //用uint 代替unsigned int
 
 const int MAX_SIZE = 100;

变量
- 变量是一种在程序执行过程中，其数值不断变化的量。

注意

C51规定变量必须先定义后使用。

unsigned int i;
i = 10;
printf("i=%d", i);

unsigned int i = 10;

4 数据类型

变量都有相应的数据类型。

char 字符类型
- char 类型的长度是一个字节，通常用于定义处理字符数据的变量或常量。
- 分无符号字符类型 unsigned char 和有符号字符类型 signed char，默认值为 signed char 类型。
  - unsigned char 类型用字节中所有的位来表示数值，所能表达的数值范围是 0～255。
  - signed char 类型用字节中最高位字节表示数据的符号，“0”表示正数，“1”表示负数，负数用补码表示。所能表示的数值范围是-128～+127。
  - unsigned char 常用于处理 ASCII 字符或用于处理小于或等于 255 的整型数。

int 整型
- int 整型长度为两个字节，用于存放一个双字节数据。
- 分有符号 int 、整型数signed int 和无符号整型数 unsigned int，默认值为 signed int 类型。
- signed int 表示的数值范围是-32768～+32767，字节中最高位表示数据的符号，“0”表示正数，“1”表示负数。
- unsigned int 表示的数值范围是 0～65535。

long 长整型
- long 长整型长度为四个字节，用于存放一个四字节数据。
- 分有符号 long 长整型 signed long 和无符号长整型 unsigned long，默认值为 signed long 类型。
- signed int 表示的数值范围是-2147483648～+2147483647，字节中最高位表示数据的符号，“0”表示正数，“1”表示负数。
- unsigned long 表示的数值范围是 0～4294967295。
float 浮点型
- float 浮点型在十进制中具有 7 位有效数字，是符合 IEEE－754 标准的单精度浮点型数据，占用四个字节。

指针型
- 指针型是一种特殊的数据类型，其本身就是一个变量，但在其中存放的是另一个数据的地址。
- 在C51中，指针的长度一般是3个字节。根据所指向的变量类型的不同指针变量也有不同的类型，指针变量的类型也就表示了该指针指向的地址中的数据的类型。

bit 位标量
- bit 位标量是C51的一种扩充数据类型，利用它可定义一个位标量，但不能定义位指针，也不能定义位数组。
- 它的值是一个二进制位，不是 0 就是 1，位变量的值可以取0 (false)或1 (true)。对位变量进行定义的语法如下：
```
bit flag1;
bit send_en=1;
```

sfr 特殊功能寄存器
- 单片机内的各种控制寄存器、状态寄存器以及I/O端口锁存器、定时器、串行端口数据缓冲器是内部数据存储器的一部分，离散地分布在80H～FFH的地址空间范围内，这些寄存器统称特殊功能寄存器（SFR，Special Function Registers ）。
- sfr类型的长度为一个字节，其定义方式如下：
  - sfr 特殊功能寄存器名 = 地址常量;
- 说明
  - “地址常量”就是所定义的特殊功能寄存器的地址。
```
sfr	TMOD=0x89;		/*定义定时器/计数器方式控制寄存器TMOD的地址为89H*/
sfr	P1=0x90;	          /*定义P1口的地址为90H*/
```
- 注意
  - 在关键字sfr后面必须是一个名字，名字可以任意选取，但应符合一般的习惯。等号后面必须是常数，不允许有带运算符的表达式，而且该常数必须在特殊功能寄存器的地址范围之内（80H~0FFH）。

sfr16 16位特殊功能寄存器
- 在新一代的8051单片机中，特殊功能寄存器在功能上经常组合成16位来使用。
- 为了有效地访问这种16位的特殊功能寄存器，可采用关键字sfrl6。
- sfrl6类型的长度为两个字节，其定义语法与8位SFR相同，但16位SFR的低端地址必须作为sfr16的定义地址.
```
sfr16 T2=0CCH;       //定义TIMER2，其地址为T2L=0CCH、T2H=0CDH。
```

sbit 可寻址位
- sbit 同样是C51中一种扩充数据类型，利用它能访问芯片内部的 RAM 中的可寻址位或特殊功能寄存器中的可寻址位。例如：
```
// PSW是可位寻址的SFR，其中各位可用sbit定义。
sbit CY=0Xd7;		/*定义进位标志CY的地址为D7H*
sbit AC=0xD0^6;		/*定义辅助进位标志AC的地址为D6H*/
sbit RS0=0XD0^3;	/*定义RS0的地址为D3H*/
```
- 注意
  - sfr和sbit只能在函数外使用，一般放在程序的开头
  - 实际上大部分特殊功能寄存器及其可位寻址的位的定义在reg51.h、reg52.h 等头文件中已经给出，使用时只需在源文件中包含相应的头文件，即可使用SFR及其可位寻址的位；而对于未定义的位，使用前必须先定义。例如：
```
#include<reg52.h>

sbit P10=P1^0;
sbit P12=P1^2;

PSW=0x08;
```

3、程序实现

实验1：点亮开发板上的第1个LED灯

从LED原理图上看，只要P1.0输出为低电平就可以点亮LED灯。

#include <reg52.h>   // 包含头文件，在“reg52.h”上右键单击，并打开，可以看到它里面的定义
                  
sbit led=P1^0;   // 定义一个LED 为P1.0 IO口

void main()     
{  
    led=1;    // 单片机IO P1.0脚输出一个高电平，发光管不亮
	led=0;    // 单片机IO P1.0脚输出一个低电平，点亮发光管。 高电平(1)为5V  低电平为0。
	while(1);
}

实验效果
- 软件设计不用汇编，一律采用C语言，便于理解和扩展。

实验2：点亮开发板上的4个LED灯（第1、3、5、7个灯）

#include "reg52.h" 

sbit led1=P1^0;	
sbit led3=P1^2;
sbit led5=P1^4;
sbit led7=P1^6;								  

void main()
{
	led1=0;	   //参照电路图可知，P1^0为低电平，可以让led1点亮。
	led3=0;
	led5=0;
	led7=0;
	while(1);   //此处设置一个死循环，让程序停留在这里，防止跑飞。
}

#include<reg52.h> 

sbit LED0=P1^0; // 用sbit 关键字 定义 LED到P1.0端口，
sbit LED1=P1^1; 
sbit LED2=P1^2;
sbit LED3=P1^3;
sbit LED4=P1^4;
sbit LED5=P1^5;
sbit LED6=P1^6;
sbit LED7=P1^7;

/*------------------------------------------------
                    主函数
------------------------------------------------*/
void main ()
{
                  //此方法使用bit位对单个端口赋值
	LED0=0;     //将P1.0口赋值 0，对外输出低电平
	LED1=1;
	LED2=0;
	LED3=1;
	LED4=0;
	LED5=1;
	LED6=0;
	LED7=1;
	while (1)         //主循环
	{
	                  //主循环中添加其他需要一直工作的程序
	}
}

实验3：点亮开发板上的4个LED灯（第2、4、6、8个灯）

定义所有端口: P1、P2、P3、P4，用来表示 P1、P2、P3、P4 的 I/O 口。

IO口 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
取值 0 1 0 1 0 1 0 1
效果亮灭亮灭亮灭亮灭
思考：P1 数据值转为十六进制是多少？ ox55

IO口	P1.7	P1.6	P1.5	P1.4	P1.3	P1.2	P1.1	P1.0
取值	0	1	0	1	0	1	0	1
效果	亮	灭	亮	灭	亮	灭	亮	灭

#include <reg52.h> 

/*------------------------------------------------
                    主函数
------------------------------------------------*/
void main (void)
{
    // 0101 0101 --> 0x55
    P1 = 0x55;       

    while (1)       // 主循环中添加其他需要一直工作的程序
    {}
}