高教社2024课件（刘小平）单片机应用技术项目2 LED动感灯箱设计与实现

项目2动态灯箱学习目标素质目标：1.通过需求分析、设计与制作等任务，培养学生自主学习能力，规范意识，安全意识。2.通过动感灯箱的创意设计，培养学生勇于实践和勇于创新的科学精神。知识目标：1.能概述MCS-51单片机并行输入/输出（I/O）端口的结构和功能。2.能使用单片机的时钟和时序。3.熟练使用C语言基本语句，能区别循环语句while、dowhile、for的语法特点。4.熟练应用延时程序设计。能力目标:1.能根据用户需求进行灯光控制系统设计。2.能够编写MCS-51单片机控制多路LED灯组合的驱动程序。3.会制作与调试LED动感灯箱。项目任务设计要求：LED动感灯箱控制系统的设计与实现，以MCS-51单片机为主控芯片，外接多个LED组成创意动感灯箱电路，通过编程实现多个LED的动态、个性化的显示。LED动感灯箱控制系统的设计与实现知识链接并行输入输出(I/O)端口l51系列单片机有4个I/O端口，每个端口都是8位准双向口，共占32根引脚。l每个端口都包括一个锁存器(即专用寄存器P0P3)、一个输出驱动器和输入缓冲器。l通常把4个端口笼统地表示为P0P3。l在无片外扩展存储器的系统中，这4个端口的每一位都可以作为准双向通用I/O端口使用。l在具有片外扩展存储器的系统中，P2口作为高8位地址线，P0口分时作为低8位地址线和双向数据总线。知识链接P0口l用作通用I/O口作为输出口：当P0口用作输出口时，因输出级处于开漏状态，必须外接上拉电阻作为输入口：当P0口用作输入口时，必须先向该端口锁存器写入“1”l地址/数据总线输出P0口用于低8位地址总线和数据总线（分时传送）知识链接P1和P2口lP1口：用作通用I/O口，用作输入时，均须先写入“1”。l P2口：口：用作通用I/O口，用作输入时，均须先写入“1”；P2口用于高8位地址总线。知识链接P3口P3口用作通用I/O口,用作输入时，均须先写入“1”；引脚第二功能引脚第二功能P3.0RXD串行输入口P3.4T0定时计数器0P3.1TXD串行输出口P3.5T1定时计数器1P3.2INT0外部中断0（低电平有效）P3.6WR外部数据存储器写选通（低电平有效）P3.3INT1外部中断1（低电平有效）P3.7RD外部数据存储器读选通（低电平有效）P3口第二功能知识链接小结lP0P3口都能用作I/O口，用作输入时，均须先写入“1”；用作输出时，P0口应外接上拉电阻；l在并行扩展外存储器或I/O口情况下，P0口用于低8位地址总线和数据总线（分时传送）；P2口用于高8位地址总线；lP3口常用于第二功能，用户能使用的I/O口只有P1口和未用作第二功能的部分P3口端线。知识链接CPU时序单片机时序是指单片机执行指令时应发出的控制信号的时间序列。这些控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序。它是一系列具有时间顺序的脉冲信号。program B知识链接CPU时序机器周期指令周期时钟周期知识链接时钟周期与状态周期时钟周期晶振的振荡信号从晶振引脚2端送入内部时钟电路，该振荡信号被二分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。CPU就是通过两相时钟P1和P2为基本节拍来协调单片机实现各部分的有效工作。振荡器脉冲信号经过时钟电路二分频之后产生的单片机时钟信号的周期（用S表示）称为状态周期。故一个状态周期S包含2个节拍，前一时钟周期称为P1节拍，后一时钟周期称为P2节拍。状态周期知识链接时钟周期1时钟周期是最小时序单位。2时钟周期=晶振周期或振荡周期Tosc=晶振频率（振荡频率fosc）的倒数。3若晶振为12MHz，则时钟周期=1/12us。Clock Cycle知识链接机器周期1CPU完成一项基本操作（取指令、存储器读写等）所消耗的最短时间。2MCS-51的机器周期时间是不变的，一般为12个时钟周期或6个状态周期组成。即机器周期=12个时钟周期或6个状态周期。3若晶振为12MHz，则机器周期=12*1/12us（时钟周期）=1us。知识链接指令周期指令周期1取出并执行一条指令的时间。2MCS-51的指令按指令执行的时间可分为：单周期、双周期和四周期（只有乘法和除法两条指令），所以指令周期不尽相同，可能包括一到四个不等的机器周期。3如MCS-51外接晶振为12MHz，机器周期是1us，则指令周期=（14）=（14）=14us.。知识链接时钟周期、机器周期、指令周期的计算【例2-1】MCS-51的时钟周期、机器周期、指令周期是如何分配的？当晶振频率分别为6MHz和12MHz时，一个机器周期为多少s？解：MCS-51单片机每个状态周期包含2个时钟周期，1个机器周期有6个状态周期，每条指令的执行时间(即指令周期)为14个机器周期。当f=6MHz时，时钟周期=1/f=1/6s，机器周期=(1/6)12s=2s当f=12MHz时，时钟周期=1/f=1/12s，机器周期(1/12)12s=1s知识链接小结l时钟周期、机器周期和指令周期均是单片机时序单位。l时钟周期是最小时序单位。l机器周期是单片机计算其它时间值（如波特率、定时器的定时时间等）的基础时序单位。l1个指令周期=（14）个机器周期l1个机器周期=12个时钟周期（晶振频率倒数）l1个时钟周期=晶振频率倒数 知识链接C语言基本语句函数体变量声明语句执行语句表达式语句表达式；如：x=y+z;流程控制语句条件判断语句if语句、switch语句；循环执行语句dowhile语句、while语句、for语句；转向语句break语句、goto语句、continue语句、return语句。函数调用语句函数名(实际参数表);delay(100)；复合语句空语句；知识链接C语言三种结构根据给定的条件是否满足执行A块或B块顺序执行AB块根据终止条件是否满足执行循环体b)直到型循环a)当型循环知识链接for语句for循环是当型循环，for循环常用于循环次数已定的情况。【一般格式】【一般格式】【流程图】lfor(表达式1；表达式2；表达式3)循环主体;重复要做的事情循环变量增值循环条件表达式，循环条件表达式，用来判定是否继用来判定是否继续执行循环续执行循环初始化变量：设置初始值知识链接while语句while循环语句属于当型循环，即先判断条件，再执行循环体语句。【一般格式】【一般格式】while(表达式)循环体;【流程图】知识链接dowhile语句dowhile循环语句属于直到型循环，即先执行循环体语句一次，再判断条件，决定是否继续执行循环体。【一般格式】【一般格式】共体.do循环体;while(表达式)；共同体.【流程图】知识链接C51数据类型数据类型名称长度取值区域unsignedchar无符号字符型8位0255signedchar有符号字符型8位128+127unsignedint无符号整型16位065535signedint有符号整型16位32768+32767unsignedlong无符号长整型32位04294967295signedlong有符号长整型32位2147483648+2147483648float浮点型32位1.175494E383.402823E+38*指针型824位对象的地址bit位类型1位0或1sfr特殊功能寄存器8位0255sfr1616位特殊功能寄存器16位065535知识链接C51运算符及表达式1.运算符运算符就是完成某种特定运算的符号。2.表达式由运算符及运算对象所组成的具有特定含义的式子。3.表达式语句表达式后面加“;”号就构成了一个表达式语句。4.优先级优先级是用来标识运算符在表达式中的运算顺序5.结合性当一个运算对象两侧的运算符优先级别相同时，则按运算符的结合性来确定表达式的运算顺序。同一优先级的运算符，运算次序由结合方向所决定。6.用运算符优先级顺序！算术运算符关系运算符&|赋值运算符运算符名称运算符算术运算符+、-、*、/、%、+、-关系运算符、！逻辑运算符&、|、！位运算符&、|、赋值运算符与复合赋值运算=、*=、/=、&=、=、|=、=强制类型转换运算符（类型）特殊运算符()-逗号运算符,C51常用运算符常用运算符知识链接常量和变量（一）常量常量是不可变的量，常量可以表示各种数据类型的值。常量可以是数值型常量，也可以是符号常量。数值型常量即常说的常数，在程序中直接引用的数据。如0 x8f，23，a,good!等。符号常量指用标识符来代表一个数据，符号常量在使用之前必须用编译预处理命令“#define”先进行宏定义。符号常量的定义形式：#define符号常量标识符常量数据例如：#defineLEDP0/用LED表示P0口#difineFalse0 x0;/用预定义语句可以定义常量#difineTrue0 x1;/这里定义False为0,True为1使用含义直观的常量来表示那些将在程序中多次出现的数字或字符串。常量的合理使用可以提高程序的可读性、可维护性。知识链接常量和变量（二）变量变量，也就是可变的量，变量在程序执行过程中是可变的量，由变量名和变量值组成，变量名是一个标识，变量值是一个数据值，程序为每个变量开辟了存储空间，变量值就存储在这个空间当中，可以通过变量名访问这个空间。使用变量时必须“先定义，后使用”。要在程序中使用变量必须先用标识符作为变量名，并指出所用的数据类型和存储模式，这样编译系统才能为变量分配相应的存储空间。定义一个变量的格式如下：存储种类数据类型标识符存储器类型变量名表在定义格式中除了数据类型和变量名表是必要的，其它都是可选项。类型标识符为定义变量数据类型，数据类型分为整型、实型、字符型等。变量定义形式可简化为：数据类型标识符变量名1,变量名2,变量名3.；例如:unsignedinti,j;charc1,c2;。知识链接结构化程序设计结构化程序设计方法：l自顶向下；l逐步细化；l模块化设计；l结构化编码典型C程序头文件#include（预处理指令）主函数main()语句子函数functiona()语句子函数functionb()子函数functionc()知识链接无参函数1.无参函数无参数函数被调用时，既无参数输入，也不返回结果给调用函数，它是为完成某种操作而编写的函数。无参函数的定义形式为：函数类型标识符函数名（）变量类型说明；函数体；函数类型标识符是指函数返回值的类型。知识链接有参函数2.有参函数有参数函数在被调用时，必须提供实际的输入参数，必须说明与实际参数一一对应的形式参数，并在函数结束时返回结果供调用它的函数使用。有参函数的定义形式为：函数类型标识符函数名（形式参数表）变量类型说明；函数体；有参函数比无参函数多了形式参数表，各参数之间用逗号间隔。定义一个有参函数时，位于函数名后面圆括号中的变量名为形式参数。在函数调用时，主调函数名后面括号中的表达式为实际参数。知识链接有参函数2.有参函数参数传递函数两种传递方式：值传递和地址传递。值传递，又称单向传递，只能把实参数值传给形参，形参最后的结果不影响实参（形参改变大小，实参大小不变）；地址传递，通过指针变量（本书项目不涉及应用），把实参的地址给形参，形参的大小可以影响实参。项目实施系统设计l本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬件部分主要完成LED灯的输出显示；软件主要完成信号的处理及控制功能等。l本系统的硬件采用模块化设计，以AT89C52单片机为核心，与LED接口电路组成控制系统。该系统硬件主要包括以下几个模块：AT89C52单片机最小系统、LED接口电路模块等。其中AT89C52主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能，LED接口电路完成灯光的闪烁功能。系统组成方框图如图2-1所示。l该系统软件主要由主程序、延时功能函数模块等组成，系统软件结构框图如图2-2所示。LED电路复位电路时钟电路电源电路 图2-1 LED灯闪烁控制系统组成方框图单片机延时子程序主程序图2-2 单片机灯闪烁系统软件结构框图项目实施硬件电路设计项目实施软件设计开始P0=0 xFF，D1灯点亮熄灭 调用延时子程序P0=0 x00，D1灯熄灭 调用延时子程序 主程