2.1 任务4 LED循环点亮控制

工作任务

使用STC89C52单片机，将P1口引脚接8个LED的阴极，通过程序按一定的规律向P1口引脚输出低电平和高电平，控制8只发光二极管循环点亮。

2.1.1 LED循环点亮电路设计

按照任务要求，LED循环点亮电路是由单片机最小系统和8个LED电路构成的，如图2-1所示。

8个LED采用共阳极接法，LED的阳极通过220Ω限流电阻后连接到5V电源上，P1口接LED的阴极。P1口的引脚输出低电平时，对应的LED点亮，输出高电平时，对应的LED熄灭。LED循环点亮Proteus仿真电路的设计过程与任务1基本一样，这里只给出不同的设计过程，不再赘述具体设计过程。

（1）新建设计文件，设置图纸尺寸，设置网格，保存设计文件，将文件命名为“LED循环点亮”。

（2）选取元器件。从Proteus元器件库中选取元器件：AT89C52（单片机）、CRYSTAL（晶振）、CAP（电容）、CAP-ELEC（电解电容）、RES（电阻）、LED-RED（红色发光二极管）。

（3）放置元器件，编辑元器件，放置终端，连线。按图2-1所示放置元器件并连线。

（4）属性设置。右击元器件电容C1，在弹出的“编辑元件”对话框中将电容量改为30pF，单击“确定”按钮完成元器件电容C1的属性编辑。采用同样方法编辑其他元器件属性（如修改AT89C52为STC89C52）。

图2-1　LED循环点亮电路

（5）电气规则检测。单击“工具”→“电气规则检查”，弹出检查结果窗口，完成电气检测。若检测出错，根据提示修改电路图并保存，直至检测成功。

2.1.2 LED循环点亮程序设计

LED循环点亮电路设计完成以后，还不能看到LED循环点亮的现象，需要编写程序来控制单片机引脚电平的高低变化，进而控制LED的亮灭，实现LED循环点亮。

1. LED循环点亮功能实现分析

LED循环点亮电路的LED采用共阳极接法，我们可以通过“0”和“1”来控制LED的亮和灭。例如：在P1口输出十六进制数0xfe（二进制数11111110B），D1被点亮。在P0口输出十六进制数0x7f（二进制数01111111B），则D8被点亮。LED循环点亮功能的实现过程如下所示。

（1）8个LED全灭，控制码为0xff；

（2）D1点亮，P1口输出0xfe，取反为0x01（二进制数00000001B），初始控制码为0x01；

（3）D2点亮，P1口输出0xfd，取反为0x02（二进制数00000010B），控制码为0x02；

（4）D3点亮，P1口输出0xfb，取反为0x04（二进制数00000100B），控制码为0x04；

……

（5）D8点亮，P1口输出0x7f，取反为0x80（二进制数10000000B），控制码为0x80；

（6）重复第二步，就可以实现LED循环点亮。

2. LED循环点亮控制程序设计

从以上分析可以看出，首先使所有的LED都熄灭，然后将控制码取反，从P1口输出，点亮相应的LED。控制码左移一位，即可获得下一个控制码。

LED循环点亮控制的C语言程序如下：

#include <reg52.h>        //包含reg52.h头文件 
void  Delay()             //延时函数 
{ 
  unsigned char i, j; 
      for (i=0;i<255;i++) 
         for (j=0;j<255;j++); 
} 
void main() 
{  
   unsigned char i; 
   unsigned char temp; 
   P1 = 0xff;                       //十六进制全1,熄灭所有LED 
   while(1) 
   { 
     temp = 0x01;                  //第1位为1，即初始控制码为0x01 
     for (i=0;i<8;i++) 
         { 
            P1 = ～ temp;          //temp值取反送P1口 
            Delay(); 
            temp = temp << 1 ;     //temp值左移一位，获得下一个控制码 
         } 
    } 
 } 

在程序开始，将初始控制码取反后从P1口输出，这个数本身是让P1.0为低电平，其他位为高电平，点亮D1；然后延时一段时间，再让控制码左移一位，获得下一个控制码；之后再对控制码取反后输出到P1口，这样就实现了“LED循环点亮”效果。

再次强调，由于人眼的视觉暂留效应以及单片机执行每条指令的时间很短，在控制LED亮灭的时候应该延时一段时间，否则就看不到“LED循环点亮”的效果了。

2.1.3 LED循环点亮控制电路焊接制作

根据图2-1所示电路图，在万能板上完成LED循环点亮控制电路的焊接制作，元器件清单如表2-1所示。

表2-1　LED循环点亮控制电路元件清单

1. 电路板焊接

电路板的焊接步骤和焊接注意事项同焊接LED控制电路一样。焊接好的电路板如图2-2所示。

图2-2　LED循环点亮控制焊接电路板

2. 硬件检测与调试

上电之前，先检测一下焊接好的LED循环点亮电路板，与任务2的检测方法一样。

上电后，按下复位按键，检测STC89C52单片机P1口和8个LED阴极是否为高电平，如果是，说明单片机工作正常，P1口到8个LED阴极之间的通路也正常。同时，检测8个LED阳极也应有5V左右的电压，如果没有，再检测5V电源至LED阳极之间的电路是否存在短路。

3. 软件下载与调试

通过stc-isp下载软件，把“LED循环点亮.hex”文件烧入单片机芯片中。如果LED运行结果与设计功能相符，说明上面的焊接过程和程序均正常，否则需进行调试，直到功能实现。软件下载、调试的步骤请参照任务2，不再赘述。

2.1.4 并行I/O端口电路

单片机有4组8位并行I/O端口，称为P0口、P1口、P2口和P3口，每个端口又各有8条I/O口线，每条I/O口线都能独立地用作输入或输出。P0口负载能力为8个TTL门电路，P1口、P2口和P3口负载能力为4个TTL门电路。实际上，它们已被归入特殊功能寄存器之列，并且具有字节寻址和位寻址功能。

1. P0口

P0口某位结构图如图2-3所示，由1个数据输出锁存器（D触发器）、2个三态数据输入缓冲器、1个输出控制电路和1个输出驱动电路组成。输出控制电路由1个多路开关MUX、1个与门及1个非门组成，输出驱动电路由一对场效应管（VT1和VT2）组成，其工作状态受输出控制电路的控制。

图2-3　P0口某位结构图

P0口有两种功能：通用I/O口和地址/数据分时复用总线。

（1）P0口作通用I/O口使用

P0口作为通用的I/O口使用时，内部的控制信号为低电平，封锁与门，将输出驱动电路的上拉场效应管（VT1）截止，同时使多路开关MUX接通锁存器Q端的输出通路。

（2）P0口作地址/数据分时复用总线使用

当P0口输出地址或数据时，由内部发出控制信号，打开上面的与门，并使多路开关MUX将内部地址/数据线与驱动场效应管（VT2）接通。输出驱动电路与上、下两个驱动场效应管处于反相，形成推拉式电路结构，使负载能力大为提高。

若地址/数据线为1，则VT1导通，VT2截止，P0口输出为1；反之VT1截止，VT2导通，P0口输出为0。当输入数据时，读引脚使三态数据输入缓冲器打开，数据信号直接从引脚通过数据输入缓冲器进入内部总线。

2. P1口

P1口某位结构图如图2-4所示。P1口是一个双向8位I/O口，每一位均可单独定义为输入或输出口。

图2-4　P1口某位结构图

P1口通常作为通用I/O口使用，在电路结构上与P0口有一些不同之处：首先，它不再需要多路开关MUX；其次，电路的内部有上拉电阻，与场效应管共同组成输出驱动电路。为此，P1口作为输出口使用时，已经能向外提供推拉电流负载，无需再外接上拉电阻。

当作为输出口时，将1写入锁存器，Q（非）=0，场效应管截止，内部上拉电阻将电位拉至1，此时该口输出为1；将0写入锁存器，Q（非）=1，场效应管导通，输出则为0。当作为输入口时，必须先向锁存器写入1，Q（非）=0，场效应管截止，此时该位既可以把外部电路拉成低电平，也可以由内部上拉电阻拉成高电平。

3. P2口

P2口某位结构图如图2-5所示，它由1个数据输出锁存器（D触发器）、2个三态数据输入缓冲器、1个多路开关MUX、1个数据输出驱动电路和1个控制电路组成。

P2口电路比P1口电路多了1个多路开关MUX，这正好与P0口一样。P2口可以作为通用I/O口使用，这时多路开关MUX倒向锁存器Q端。在实际应用中，P2口通常作为高8位地址线使用，此时多路开关MUX应倒向相反方向。

图2-5　P2口某位结构图

在无外部扩展存储器的系统中，4个I/O口都可以作为通用I/O口使用。

在有外部扩展存储器的系统中，P2口送出高8位地址AB8～AB15，P0口分时送出低8位地址AB0～AB7和8位数据D0～D7。由于地址有16位，MCS-51单片机最大可外接64KB程序存储器和64KB数据存储器。

4. P3口

P3口某位结构图如图2-6所示。P3口除了作为通用I/O口使用，每一根线还具有第二功能。

P3口的第一功能和P1口一样，可作为输入/输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，每一位均可定义为输入或输出。

图2-6　P3口某位结构图

P3口的特点：为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑。在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。由于第二功能信号有输入、输出两种情况，因此分以下两种情况加以说明。

（1）对于第二功能为输出的信号引脚，当作为I/O使用时，第二功能信号引线应保持高电平，与非门开通，以维持从锁存器到输出端数据输出通路的畅通。当输出第二功能信号时，该位的锁存器应置“1”，使与非门对第二功能信号的输出是畅通的，从而实现第二功能信号的输出。

（2）对于第二功能为输入的信号引脚，在第二功能的输入电路上增加了一个缓冲器，输入的第二功能信号就从这个缓冲器的输出端取得。而作为I/O使用的数据输入，仍取自三态缓冲器的输出端。不管是作为输入口使用还是作为第二功能信号输入，输出电路中的锁存器输出和第二功能输出信号线都应保持高电平。

P3口的第二功能定义如表2-2所示。

表2-2　P3口第二功能定义

【技能训练2-1】P0口外接上拉电阻

任务3通过程序按一定规律向P1口的引脚输出低电平和高电平，实现LED循环点亮。如果改为通过P0口完成LED循环点亮，那么我们应该如何实现？

1. P0口和P1口对比分析

（1）由于P0口输出电路是漏极开路电路，所以在进行输出时，必须外接上拉电阻才能有高电平输出。

（2）由于P1口输出电路有上拉电阻，所以P1口在作为输出口使用时，无须再外接上拉电阻。

2. P0口LED电路设计

本电路设计与任务3的LED循环点亮电路基本一样，差别是使用了排阻、P0口接LED的阴极，以及在P0口和LED阴极之间外接了上拉电阻，如图2-7所示。

8个电阻的功能完全一样，将它们加工到一个器件里面，这个器件通常称之为排阻。为了在电路板上占很小的地方，方便安装和生产，在电路设计时常常选择排阻。

PR1和PR2都是排阻，阻值分别为8×4.7kΩ和8×220Ω。PR1排阻是上拉电阻，其功能是在这个引脚没有信号的时候，起到电位上拉的作用。PR2和普通的电阻用途没有任何不同，起到限流作用，使通过LED的电流被限制在十几个毫安左右。

图2-7　P0口LED循环点亮电路

3. P0口LED程序设计

本程序设计与任务3的LED循环点亮程序基本一样，差别如下：

void main() 
{  
   …… 
   P0 = 0xff;                      //熄灭所有LED 
   …… 
            P0 = ～temp;           //temp 值取反送P0口 
   …… 
 }