基于51單片機通過GPIO口點亮LED燈

前言

在之前的教程中，我們成功搭建了開發(fā)環(huán)境，初步對開發(fā)板的GPIO口有了一定的了解，在本教程中，我們將帶領(lǐng)大家制作第一個工程，就是通過GPIO口來點亮一盞LED小燈！

一、LED簡介

LED 即發(fā)光二極管。它具有單向?qū)щ娦?，通過5mA 左右電流即可發(fā)光，電流越大，其亮度越強，但若電流過大，會燒毀二極管，一般我們控制在3 mA-20mA之間，通常我們會在LED 管腳上串聯(lián)一個電阻，目的就是為了限制通過發(fā)光二極管的電流不要太大，因此這些電阻又可以稱為“限流電阻”。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)光時，測量它兩端電壓約為1.7V，這個電壓又叫做發(fā)光二極管的“導(dǎo)通壓降”。

下圖左右分別為直插式發(fā)光二極管和貼片式發(fā)光二極管實物圖。發(fā)光二極管正極又稱陽極，負極又稱陰極，電流只能從陽極流向陰極。直插式發(fā)光二極管長腳為陽極，短腳為陰極（ 長正短負、大負小正 ）。仔細觀察貼片式發(fā)光二極管正面的一端有彩色標記通常有標記的一端為陰極。

二、硬件設(shè)計

開發(fā)板上LED 模塊電路如下圖所示：

在前面我們介紹過如何查看原理圖，相同網(wǎng)絡(luò)標號表示它們是連接在一起的，該模塊獨立，可自由連接單片機IO 口，因此D1-D8 可連接到單片機的P20-P27口。圖中LED 采用 共陽接法 ，即所有LED 陽極管腳接電源VCC，陰極管腳通過一個470 歐的限流電阻接到P2 口上。根據(jù)前面LED 的介紹我們知道，要讓LED 發(fā)光即對應(yīng)的陰極管腳應(yīng)該為低電平，若為高電平則熄滅。

如果要想51 單片機控制LED，就必須通過單片機管腳在P2 口上輸出低電平。本教程所要實現(xiàn)的功能是：點亮D1 指示燈。

三、程序設(shè)計

#include< reg52.h > //頭文件
sbit LED1=P2^0;  //將P2.0管腳定義為LED1


void main()
{  
  while(1)
  {  
   LED1=0;   //LED端口設(shè)置為低電平 即點亮LED燈
  }
}

main.c 文件內(nèi)代碼非常少也很簡單，首先將51 單片機的頭文件包含進來，然后使用sbit 關(guān)鍵字來定義P2.0 管腳，定義好后即可使用LED1 來替代P2.0口的操作。主函數(shù)功能非常簡單，首先讓LED1 為低電平，即P2.0 口輸出為低電平，D1 指示燈即點亮，然后進入while 循環(huán)，單片機此時一直在while 內(nèi)循環(huán)操作。當(dāng)然該條語句也可以放在while 循環(huán)語句內(nèi)，同樣會點亮D1 指示燈。在51 單片機程序開發(fā)中，main 函數(shù)內(nèi)通常都會有一個while 循環(huán)，在循環(huán)體內(nèi)不斷執(zhí)行我們所要實現(xiàn)的功能。對于僅點亮LED，可以把控制語句放在while 之前來執(zhí)行。

至此，整個程序就編寫完成，我們編譯一下，如下圖所示：

可以看到?jīng)]有錯誤，也沒有警告。

從編譯信息可以看出，我們的代碼占用FLASH 大小為：19 字節(jié)，所用的SRAM 大小為：9 個字節(jié)（9+0）。這里我們解釋一下，編譯結(jié)果里面的幾個數(shù)據(jù)的意義：

code：表示程序所占用FLASH 的大小。

data：數(shù)據(jù)儲存器內(nèi)部RAM 占用大小。

xdata：數(shù)據(jù)儲存器外部RAM 占用大小。

有了這個就可以知道你當(dāng)前使用的flash 和sram 大小了。一定要注意的是程序的大小不是.hex 文件的大小，而是編譯后的code 和data 之和。

四、LED 閃爍實驗

如果要實現(xiàn)LED 閃爍，只需循環(huán)讓D1 指示燈先亮一會后熄滅。這里就有一個延時問題，如何來產(chǎn)生延時呢？我們知道單片機執(zhí)行每條代碼指令都是需要時間的，在前面介紹C 語言時講解過循環(huán)語句，因此只需編寫一個循環(huán)函數(shù)，讓CPU 不干其它事，專門在那循環(huán)運行即可實現(xiàn)延時功能。依據(jù)人的肉眼余暉效應(yīng)，延時時間不能太短，否則就無法觀察到LED 閃爍。

void delay_10us(u16 time_us)
{
  while(time_us--);
}

上述代碼即為延時函數(shù)，通過while 循環(huán)來實現(xiàn)。函數(shù)入口有一個形式參數(shù)ten_us，如果ten_us 等于1，則while 循環(huán)執(zhí)行一次，調(diào)用該函數(shù)延時時間大約10us，當(dāng)然使用循環(huán)來實現(xiàn)延時，這種延時是不精確的，目前我們先得到個大概的時間即可。

細心的朋友可能會看到函數(shù)形參ten_us 是u16 類型的，這個似乎不是C 語言數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字，這是我們重定義的數(shù)據(jù)類型，如下：

typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;

使用關(guān)鍵字typedef 對系統(tǒng)默認數(shù)據(jù)類型unsigned int 和unsigned char重新命名，主要是方便我們代碼的書寫和變量類型的查看。u16 即代表該變量是16 位的無符號整型數(shù)據(jù)，u8 代表該變量是8 位的無符號字符型數(shù)據(jù)。有了這個就知道參數(shù)的傳送范圍，不能超過形參定義的范圍。

下面看下main 函數(shù)代碼，如下：

void main()
{  
  while(1)
  {
    LED1=0;            //點亮
    delay_10us(50000);  //延時大概450ms
    LED1=1;            //熄滅
    delay_10us(50000); 
  }
}

main 函數(shù)內(nèi)實現(xiàn)功能很簡單，在while 循環(huán)內(nèi)不斷間隔一定時間點亮LED1和熄滅LED1，這樣即可實現(xiàn)D1 指示燈閃爍。細心的朋友可能會問，前面delay_10us 函數(shù)形參為1 時大約是10us，那現(xiàn)在實參傳輸50000，不應(yīng)該是500ms嗎，為什么注釋寫的是450ms 呢？這里還得回到剛才話題，使用循環(huán)來延時只是獲得一個大概的時間，并不能精確，如需精確延時，后期我們會學(xué)習(xí)定時器。此處就不用糾結(jié)這個問題。

#include< reg52.h > 
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;


sbit LED1=P2^0;  


void delay_10us(u16 time_us)
{
  while(time_us--);
}


void main()
{  
  while(1)
  {
    LED1=0;            //點亮
    delay_10us(50000);  //延時大概450ms
    LED1=1;            //熄滅
    delay_10us(50000); 
  }
}