LED廣告燈設計教材

1、 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 項目項目4 4 LEDLED廣告燈設計廣告燈設計 知識目標：知識目標：1. 單片機I/O端口及端口的基本應用；2. 單片機C語言的基本結構及設計方法；3. 程序對單片機端口的控制方法。 能力目標：能力目標：1. 能根據(jù)設計任務要求編制程序流程圖，理解程序對發(fā)光二極管的控制原理；2. 會利用繪制流水廣告燈電路原理圖；3. 會用keil C51軟件對源程序進行編譯調試及與protues軟件聯(lián)調，實現(xiàn)電路仿真。 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 任務任務

2、1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 廣告燈是一種常見的裝飾，常用于街上的廣告及舞臺裝飾等場合。最簡單的流水廣告燈就是各個燈依次發(fā)光。本任務利用AT89S51單片機來實現(xiàn)這一功能。 1.1 提出任務 用AT89S51的P1口做輸出口，接八只發(fā)光二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，編寫程序，使發(fā)光二級管循環(huán)點亮，時間間隔為0.2s。即剛開始時D1點亮，延時0.2s后，接著是D2點亮，接著依次點亮D3、D4、D5、D6、D7、D8，然后再點亮D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，重復循環(huán)。 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主

3、編 1.2 分析任務 1.硬件電路設計 電路組成。這里選擇具有內(nèi)部程序存儲器的AT89S51單片機作為控制電路，其P1口接8個發(fā)光二極管（LED）和8個限流電阻，硬件電路原理圖如圖4.1所示。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 電路分析。要使LED點亮，則P1口的對應端子輸出低電平，即P1.00時，D1亮。一般情況下，驅動LED的電流約10mA左右，而LED本身的壓降為2V。當P1.0輸出為低電平時，輸出為0V，則流經(jīng)D1的電流為，為了在仿真實驗中讓LED更亮一些，在這里取限流電阻為100。相

4、反，當P1.0輸出為高電平時，輸出電壓為5V，則流經(jīng)D1的電流為0mA，D1不亮（熄滅），即P1.01時，D1不亮（熄滅）。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 2.軟件設計思路 P1口輸出電平分析。在圖3.1中，P1口的每一位都接有一個LED，要實現(xiàn)流水燈功能，就是要讓各個LED依次點亮一段時間，再熄滅一段時間，然后再點亮下一個LED一段時間，然后再熄滅一段時

5、間，如此循環(huán)。換句話來說，就是讓P1口周而復始地輸出高電平和低電平，要實現(xiàn)這一功能，最簡單和最直接的方法是依次將數(shù)據(jù)送往P1口，每送一個數(shù)據(jù)延時一段時間。根據(jù)上述分析，我們列出一個功能表，如表4-1所示。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 從表4-1可以看出，要實現(xiàn)設計任務功能，P1口輸出的8個數(shù)據(jù)分別是11111110B、11111101B、11111011

6、B、11110111B、11101111B、11011111B、10111111B、011111111B，轉化成十六進制分別是0 xfe、0 xfd、0 xfb、0 xf7、0 xef、0 xdf、0 xbf和0 x7f。送完這8個數(shù)據(jù)后再反過來送011111111B 、10111111B、11011111B、11101111B、11110111B、11111011B、11111101B、11111110B，轉化成十六進制分別是0 x7f 、0 xbf 、0 xdf、0 xef、0 xf7、0 xfb、0 xfd和0 xfe。送完后從頭開始循環(huán)。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計

7、單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 如何采用單片機C語言編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)從輸出P1口呢？從這些數(shù)據(jù)來看，有這么一個規(guī)律，D1至D8依次點亮時，就是數(shù)據(jù)中的二進制0的位置依次往左移動了1位，D8至D1依次點亮時，就是往右依次移動1位。在單片機C51中，要直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的這種計算是不容易的，如果將數(shù)據(jù)的所有二進制取反后，D1至D8依次點亮時的數(shù)據(jù)就變成了：0 x01、0 x01、0 x04、0 x08、0 x10、0 x20、0 x40、0 x80，也就是后一個數(shù)是在前一個數(shù)的基礎上乘以2（或者直接左移1位）。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈

8、的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 根據(jù)前面分析，實現(xiàn)任務的思路是：程序開始時，給某一個變量賦初始值0 x01，并從端口輸出反碼，延時一段時間后，讓顯示變量左移1位，再次輸出反碼并延時，直到輸出所有左移數(shù)據(jù)為止，接下來就實現(xiàn)右移數(shù)據(jù)輸出完畢，再次重復整個過程。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 延時程序編寫。單片機程序的延時有兩種，一種是軟件延時，一種是硬件延時，在這里我們重點討論軟件延時。當系統(tǒng)加電后，單片機就開始工作，按照設計的

9、程序開始運行（也稱執(zhí)行指令）。單片機執(zhí)行一條指令要花一定的時間，那么單片機執(zhí)行一條指令的執(zhí)行時間成為指令周期。指令周期是以機器周期為單位的。MCS-51單片機規(guī)定，一個機器周期為單片機振蕩器的12個振蕩周期。如果單片機時鐘電路中的晶振頻率為12MHz，則一個機器周期為1us。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 單片機的指令運行速度是很快的，要想在端口獲得一定的延時時間，就要編寫程序，使單片機運行設計程序產(chǎn)生時間延遲。 任務中要求獲得0.2s的時間長度，當單片機的指令周期是1us時，0.2s就是

10、1us的200 000倍。在程序編寫中常用循環(huán)語句來完成計數(shù)和時間延遲，從而獲得需要的延時時間。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 采用單片機C語言編寫的一個0.2s延時程序如下：void delay02s(void) / 定義延時0.2s函數(shù) unsigned char i，j，k； / 聲明3個無符號字符型變量i、j、k for(i=2；i0；i-) / 外循環(huán)2次，每次約0.1s，延時0.2s for(j=200；j0；j-) / 外循環(huán)200次，每次約0.5ms，延時0.1s for(

11、k=250；k0；k-) / 內(nèi)循環(huán)250次，每次約2us，延時05ms ； / 里面的循環(huán)的循環(huán)體什么也不做，但每次循環(huán)延時2us 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 上述程序可以簡化為：void delay02s(void) unsigned char i，j，k； for(i=2；i0；i-) for(j=200；j0；j-) for(k=250；k0；k-)；整個子程序延時為：2us2502002=200 000us=0.5s任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C

12、C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 思考：思考： 如將延時改為1s，該怎樣修改程序呢？任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 1.3 源程序編寫根據(jù)程序流程圖編寫的源程序如下：/ lsd4-1.c# include reg51.h / 包含頭文件#define uchar unsigned char / 定義uchar為無符號數(shù)據(jù)類型void delay02s(void) / 延時0.2s函數(shù) unsigned char i，j，k； for ( i=2；i0；

13、i- )for (j=200；j0；j- ) for (k=250；k0；k- )； void main (void) / 主函數(shù)任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 uchar i，j； / 定義變量 while (1) / 死循環(huán) j=0 x01； / j初始化為0 x01，左移初始值 for(i=0；i8；i+) / for循環(huán)語句，完成8個循環(huán) P1= j； / 對變量j 中的值按位取反后，從P1口輸出 delay02s( )； / 延時0.2s j= j1； / 左移1位 j=0 x80

14、； / 設置右移初始值j為0 x80 for (i=0；i1； / 右移1位 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 1.4 程序調試與電路仿真 運行C語言編輯軟件，在編輯區(qū)中輸入上面的源程序，并以“l(fā)sd4-1.c”為文件名存盤。 運行Keil C51，然后建立一個“l(fā)sd4-1.uv2”的工程項目。把源程序文件“l(fā)sd4-1.c”添加到工程項目中，進行編譯，得到目標代碼文件“l(fā)sd4-1.hex”。任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實

15、踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 運行Proteus，在編輯窗口中繪制如圖4.1所示的電路圖并存盤。然后選中單片機AT89s51，左鍵點擊AT89s51，出現(xiàn)如圖4.2所示的對話框，在Program File后面的 “ ”按鈕，找到剛才編譯好的“l(fā)sd4-1.hex”文件，然后點擊“OK”就可以進行仿真了。點擊模擬調試按鈕的運行按鈕“”，進入調試狀態(tài)。此時可看到D1點亮，延時0.2s后，接著是D2點亮，接著依次點亮D3、D4、D5、D6、D7、D8，然后再點亮D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，重復循環(huán)。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與

16、實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 圖4.2 加載hex文件對話框 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 知識鏈接知識鏈接 1.文件包含處理 程序“l(fā)sd3-1.c”中的第一行# include reg51.h是一個文件包含處理。所謂文件包含是指一個文件將另外一個文件的內(nèi)容全部包含進來。這里程序中包含reg51.h文件的目的是為了要使用P1這個符號，即通知C編譯器，程序中所寫的P1是指AT89S51單片機的P1端口而不是其它變量。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計

17、 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 2. 單片機某個引腳的符號表示 以P1.0引腳為例。在C語言里，如果直接寫P1.0，C編譯器并不能識別，而且P1.0也不是一個合法的C語言變量名，所以得給它另起一個名字，這里起的名為P1_0，可是P1_0是不是就是P1.0呢？你這么認為，C編譯器可不這么認為，所以必須給它們建立聯(lián)系，這里使用了C51的關鍵字sbit來定義，如: sbit P1_0=P10； / 定義用符號P1_0來表示P1.0引腳，也可以用其他的符號來表示。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與

18、實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 3C51程序的結構特點 （1）C51程序是由函數(shù)構成的。函數(shù)是C51程序的基本單位。 （2）一個函數(shù)由兩部分組成： 函數(shù)說明部分。包括函數(shù)名、函數(shù)類型、函數(shù)屬性、函數(shù)參數(shù)（形參）名、形式參數(shù)類型。一個函數(shù)名后面必須跟一個圓括號，函數(shù)參數(shù)可以沒有，如main( )。 函數(shù)體。即函數(shù)說明下面的大括號之內(nèi)的部分。 （3）一個C51程序總是從main函數(shù)開始執(zhí)行，而不論main函數(shù)在整個程序中所處的位置如何。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編

19、（4）C51程序書寫格式自由，一行內(nèi)可以寫幾個語句，一個語句可以分寫在幾行上。 （5）每個語句和數(shù)據(jù)定義的最后必須有一個分號“；”。分號是C51語句的必要組成部分。分號不可少，即使是程序中的最后一個語句也應包含分號。 （6）C51本身沒有輸入輸出語句。標準的輸入和輸出（通過串行口）是由scanf和printf等庫函數(shù)來完成的。對于用戶定義的輸出，比如直接以輸出端口讀取鍵盤輸入和驅動LED，則需要自行編制輸出函數(shù)。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 （7）可以用/*/對C51程序中的任何部分作注

20、釋。在Keil uVision 2中，還可以使用/進行單行注釋。 4. 位運算符 程序中“j= j1；”語句中的表示左移、右移運算符。表明將j中的值左移、右移1位，得到新的數(shù)值后，再將該值賦給j。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 思考與練習 修改程序lsd3-1.c，使8只發(fā)光二極管按2Hz的頻率閃爍。1.修改程序lsd3-1.c，使D1、D3、D5、D7按10Hz的頻率依次點亮。 任務任務1 流水廣告燈的設計流水廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永

21、格 何乃味何乃味主編主編 1.任務要求 如圖4-1所示，編寫程序使發(fā)光二極管按時間依次顯示出規(guī)定的花樣，但其對于控制的顯示數(shù)據(jù)之間沒有規(guī)律，不能通過計算的方式得到。 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 2.分析任務 由于本任務中是按時間變化依次控制LED亮、滅，可以采用與流水廣告燈的思路來完成程序的編寫，但顯示花樣所對應的數(shù)據(jù)的變化不一定有規(guī)律，不能采用變量直接計算的方式實現(xiàn)前后數(shù)據(jù)的變化。因此，在這里采用查表法來實現(xiàn)。 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機

22、C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 將廣告燈顯示的圖案所對應的端口輸出數(shù)據(jù)依次編寫為一張數(shù)據(jù)表，表中每個數(shù)值中為的位表示對應的廣告燈亮，數(shù)據(jù)為的位表示為應的廣告燈滅。將這張數(shù)據(jù)表放在程序中，以數(shù)組的形式存儲，在使用時依次讀出組中的元素就得到需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無規(guī)律變化，并且數(shù)組存儲的數(shù)據(jù)可以較多，能實現(xiàn)的花樣變化也可以復雜。 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 在C51中要進行復雜計算，也可以采用數(shù)組的方式來實現(xiàn)，比如：一個周期正弦值的計算

23、，可以先將這些列在表中，需要時查表讀出，這就是查表法。 將用于點亮廣告燈的數(shù)據(jù)入在數(shù)組中，讓程序依次讀這數(shù)組中的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送到端口，控制廣告燈的點亮就實現(xiàn)了任意規(guī)律變化廣告的控制。假設有個數(shù)據(jù)，當程序讀完個數(shù)據(jù)后，又從頭開始讀數(shù)，具體的程序流程圖如圖4.3所示。 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 3. 源程序編寫/* 文件名 lsd4-2.

24、c*/#include reg51.h /包含頭文件#define uchar unsigned char / 設置變量類型uchar discode8=0 x7e,0 xbd,0 xdb,0 xe7,0 xdb,0 xbd,0 x7e,0 xff; / 定義顯示花樣數(shù)據(jù)的數(shù)組 void delay02s(void) / 延時時間unsigned char i,j,k;for(i=2;i0;i-)任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 for(j=200;j0;j-)for(k=250;k0

25、;k-); void main(void) / 主函數(shù)uchar i; / 定義變量while(1)for(i=0;i8;i+) / 循環(huán)8次P1=discodei; /將數(shù)組discode中的第i個數(shù)據(jù)取出來，賦給P1口輸出delay05s(); 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 4.程序調試與電路仿真 同任務1，在此不再重復。仿真效果如圖4.4所示。 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格 何乃味何乃味主編主編 知識鏈接 1. C51數(shù)據(jù)類型char char 類型的長度是一個字節(jié)，通常用于定義處理字符數(shù)據(jù)的變量或常量。分無符號字符類型 unsigned char 和有符號字符類型signed char，默認值為signed char 類型。 任務任務2 任意變化廣告燈的設計任意變化廣告燈的設計 單片機單片機C C語言應用技術與實踐語言應用技術與實踐張永格張永格