单片机控制发光二极管实现

单片机应用系统是硬件与软件的有机组合，搭建了单片机最小应用系统，只是意味着单片机可以工作了，但不知如何“工作”。我们还需要编写控制程序，并将控制程序下载到单片机的存储器中，这样单片机通过执行用户程序来实现用户期望的控制目标。这里我们期望让单片机点亮一个发光二极管。那如何来实现呢？

1.3.2.1 发光二极管基本工作原理

发光二极管本质上也是二极管，常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5V。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过二极管的电流。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。

对普通发光二极管而言，可以采用目测法进行判别，即引脚较长的为正极，引脚较短的为阴极。当然，我们可以使用万用表进行检测。具体做法是如下。

1）将万用表置R×10或R×100档。

2）检测时，用万用表两表笔轮换接触发光二极管的两引脚。若管子性能良好，必定有一次能正常发光，此时，黑表笔所接的为正极，红表笔所接的为负极。请读者分别用目测法和万用表检测法判别发光二极管的引脚极性。

温馨提示

1）发光二极管导通时的压降比普通二极管大一些，不同颜色的发光二极管又存在一定区别，这里列出几种发光二极管的导通压降供读者参考。

红色发光二极管的压降为2.0～2.2V。

黄色发光二极管的压降为1.8～2.0V。

绿色发光二极管的压降为3.0～3.2V。

2）发光二极管导通时的亮度主要与电流大小有关，不同的产品不一样，根据管子的尺寸、亮度和规格，从几毫安到几十毫安之间变化。对普通发光二极管而言，10mA电流的亮度已足够。

3）可见，我们可以将发光二极管的一个引脚固定接某个电平（如阳极接电源正极），则可以通过控制另一个引脚来实现对发光二极管的控制。

想一想

假定发光二极管导通时，正向压降为2.0V，使用5V电源，导通电流为10mA，试问需要串接多大的限流电阻？

1.3.2.2 搭建应用电路

方法1 低电平驱动法，灌电流

这种方法是将发光二极管的阴极接到单片机的普通I/O口，阳极接到电源正极，注意必须串联限流电阻。当单片机的I/O口输出低电平（0）时，发光二极管点亮；当单片机的I/O口输出高电平（1）时，发光二极管熄灭。所以，用户只需控制好单片机的I/O口就能随意控制发光二极管的亮灭。驱动电路如图1-12所示。

图1-12 低电平驱动

事实上，低电平驱动法是最常用的，单片机的引脚无论输入还是输出往往选择以低电平为有效电平。因为采用低电平进行驱动时，灌电流（相当于电流从外部电源灌入到单片机内部，单片机为接收者）大，驱动能力强。为保护单片机I/O口和发光二极管，请务必记住要串接限流电阻，建议阻值470Ω以上或1kΩ。

方法2 高电平驱动法，拉电流

这种方法是将发光二极管的阳极接到单片机的普通I/O口，阴极接到电源地。当I/O口输出高电平时，发光二极管点亮；当I/O口输出低电平时，发光二极管熄灭。这时当发光二极管点亮时，相当于从单片机拉电流出来，要求单片机的I/O口必须工作在推挽/强上拉模式，此时单片机输出高电平时可输出较大的电流，若为弱上拉/准双向口则可能无法点亮发光二极管。同理，必须添加限流电阻。驱动电路图1-13所示。

图1-13 高电平驱动

一般情况下，不推荐使用这种方法驱动发光二极管。

根据上述内容，请读者在下列区域，使用单片机的P0口接8个发光二极管，采用低电平驱动法。

1.3.2.3 编写控制程序

通过以上分析可以得出，对采取低电平驱动方式而言，要点亮某个发光二极管亮，只要对应的I/O口的输出低电平（0）；要熄灭它，只要对应的I/O口输出高电平（1）。

那么问题来了：

1）单片机复位后I/O口的状态是什么？

2）我们如何才能改变I/O口的状态？

对第一问题，让我们再次查阅附录C，可知单片机复位后，P0的8个位均为高电平（1）。这样，当单片机上电时，接在P0口的8个指示灯是无法点亮的。

对第二问题，通过前面的学习，我们知道可以通过操作特殊功能寄存器实现对I/O口状态的改变。要操作特殊功能寄存器，就必须使用编程软件进行编程了。

Keil C51是德国Keil Software公司开发的一种专为8051单片机设计的高效率的C语言编译器，符合ANSI标准，生成的程序代码效率极高。这里以Keil uVision3版本介绍Keil C51的使用。

1.新建一个工程（Project）

每个设计任务，都必须要有一个配套的工程（Project），即使是点亮LED这样简单的任务也不例外。因此，我们首先要新建一个工程，打开我们的Keil软件后，单击：Project→New Project…，然后会出现一个新建工程的界面，如图1-14所示。

图1-14 新建工程

2.保存工程

选择保存路径，建议为每个工程单独建立一个文件夹（文件夹命名应做到顾名思义）。本例为点亮一个发光二极管，如图1-15所示。

图1-15 保存工程a

注意务必记得先打开新建的文件夹，再保存工程名。一般工程名与文件夹名一致，如图1-16所示。

图1-16 保存工程b

3.选择单片机

说明：STC单片机本质是8051单片机，因此，可以从元器件库中选择内核是8051的任意一个单片机。这里我们推荐选择AT80C51。

然后单击【保存】就会出现如图1-17所示的界面，选择元器件。

图1-17 元器件选择a

该对话框用以选择CPU的型号。在这里有很多型号可以选择，一般选择的型号只要满足控制要求就可以了，不是说一定要选择某一种型号的CPU。本例中选择Atmel公司的AT89C51的芯片，如图1-18所示。(www.xing528.com)

图1-18 元器件选择b

4.加载启动代码

单击“确定”之后，会弹出一个如图1-19所示的对话框，每个工程都需要一段启动代码，如果单击“否”，则编译器会自动处理这个问题；如果单击“是”，这部分代码会提供给我们用户，我们就可以按需要自己去处理这部分代码。这部分代码初学者一般是不需要去修改的，但是随着单片机应用能力的提高和知识的扩展，我们就有可能会需要了解这部分内容，因此这里我们选择“是”，让这段代码出现，但是我们暂时不需要修改它，读者知道这么回事就可以了。

图1-19 加载启动代码

5.新建文件（File）

这样工程就建立好了，如图1-20所示，如果我们单击Target1左边的加号，会出现我们刚才加入的初始化文件STARTUP.A51，这个我们先不管。工程有了之后，我们要建立编写代码的文件，单击File→New，新建一个文件，也就是我们编写源代码的文件。

图1-20 新建文件

6.保存文件

然后单击File→Save或者直接单击Save快捷键，这样就可以保存该文件，保存时我们把它命名为“点亮一个发光二极管.c”。后缀为.c的是C语言源程序，后缀名.asm为汇编语言源程序，后缀名为.h是头文件，后缀名为.txt是文本文件。请读者务必将文件保存为.c文件，如图1-21所示。

图1-21 保存文件

7.加载文件

我们每做一个功能程序，必须要新建一个工程，一个工程代表了单片机要实现的一个功能。但是一个工程，有时候我们可以把程序分为多个文件进行编写，所以每编写一个文件，我们都要添加到我们所建立的工程中去，用鼠标右键单击Source Group 1，单击Add Filesto Group‘Source Group1’，如图1-22所示。

图1-22 加载文件a

在弹出的对话框中，单击“点亮一个发光二极管.c”并选中它，然后单击Add，或者直接双击“点亮一个发光二极管.c”都可以将文件加入到这个工程下，然后单击Close，关闭添加。这个时候读者会看到在Source Group 1下边又多了一个“点亮一个发光二极管.c”文件，如图1-23所示。

图1-23 加载文件b

8.编写程序

打开新加载的.c文件，并输入如图1-24所示的源程序。

图1-24 点亮发光二极管的源程序

对图1-24源程序简单介绍如下。

main是主函数的函数名字，每一个C程序都必须有且仅有一个main函数。

void是函数的返回值类型，本程序没有返回值，用void表示。

{}必须成对出现。

每条C语言语句以“；”（分号）结束。

合理使用缩进。

C语言是严格区别大小写的！上文中除了用户自己定义的LED外，其他的都属于关键字（保留字），必须严格遵守大小写！（用户自己定义的变量，一般要做到顾名思义，一旦定义好，其大小写就确定了，比如这里的LED，你就不能在使用时写成Led之类的）。

动一动

请读者查阅附录B，找出图1-24中符号include、sbit、void、main、while等的功能，上述符号是否可以随意变更大小写？

9.编译程序

单击编译按钮，如图1-25所示。

图1-25 全部编译并链接

当出现0 Error（s），0 Warning（s）.说明没有错误且没有警告，如图1-26所示。这时可以下载程序了。

图1-26 编译结果

10.下载程序

若编译前未对工程选项（Options）按照图1-27所示进行设置，请先设置后，重新编译程序，若无错误则会生成一个.hex的文件。.hex类型文件就是我们要下载到单片机中的目标程序（十六进制）。

STC15系列单片机下载程序十分简单，只需将P3.0（RxD接收）和P3.1（TxD发送）两根通信线分别接到另一方对应的TxD（接收）和RxD（发送），同时给单片机供电，即可实现程序下载。考虑到不少笔记本，包括部分台式机不再使用COM口，这里推荐使用USB转TTL方式实现用户程序的下载，常用的芯片是CH340T。接线示意图如图1-28所示（摘自STC数据手册）。应特别注意的是：单片机的TxD必须接到CH340G的RxD，单片机的RxD必须接到CH340G的TxD。

图1-27 工程选项设置

图1-28 下载程序接线图

到此，恭喜你——点亮了第一个发光二极管！

动一动

请编写控制程序，点亮第0、2、4、6四个指示灯，并给出注释，编译完毕后下载验证。