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基于单片机流水灯的实现

文章来源:未知 2018-08-04 11:40

  1、十进制就不多说了,逢十进位,一个位有十个值:0~9,我们的生活中到处都是它的身影。二进制就是逢二进位,它的一个位只有两个值:0和1,但它却是实现计算机系统的最基本的理论基础,计算机(包括单片机)芯片是基于成万上亿个的开关管组合而成的,他们每一个都只能有开和关两种状态,再难找出第三个状态了(不要辩解半开半关这个状态,它是不稳定态,是极力避免的),所以他们只能对应于二进制的1和0两个值,而没有2、3、4……,理解二进制对于理解计算机的本质很有帮助。书写二进制数据时需加前缀0b,每一位的值只能是0或1。十六进制就是把4个二进制位组合为一位来表示,于是它的每一位有0b0000~0b1111共16个值,用0~9再加上A~F(或a~f)表示,那么它自然就是逢十六进位了,它本质上同二进制是一样的,是二进制的一种缩写形式,也是我们程序编写中常用的形式。书写十六进制数据时需加前缀0x,下表是三种进制之间的对应关系。

  2、对于二进制来说,8位二进制我们称之为一个字节,二进制的表达范围值是从0b00000000~0b11111111,而我们程序中用十六进制表示的时候就是从0x00到0xFF,这里教大家一个二进制转换十进制和十六进制的方法,二进制4位一组,遵循8,4,2,1的规律比如 1010,那么从最高位开始算,数字大小是8*1+4*0+2*1+1*0 = 10,那么十进制就是10,十六进制就是0xA。尤其二进制转十六进制的时候,十六进制一位刚好是和二进制的4位相互对应的,这些大家不需要强行记忆,用几次就熟练了。

  3、对于进制来说,只是数据的表现形式,而数据的大小不会因为进制表现形式不同而不同,比如二进制的0b1、十进制的1、十六进制的0x01,他们本质上数值大小相等的同一个数据。我们在进行C语言编程的时候,我们只写十进制和十六进制,那么不带0x的就是十进制,带了0x符号的就是十六进制。

  精确延时有两个方法,一个方法是用定时器来延时,这个方法我们后边课程要详细介绍,定时器是单片机的一个重点。另外一个就是用库函数_nop_();,一个NOP的时间是一个机器周期的时间,这个后边也要介绍。

  好了,介绍完了,我们就要实战了。上节课的LED小灯闪烁的程序,我们用的延时方式是for(i=0;i30000;i++);大家如果把这里的i改成100,下载进入单片机,会发现小灯一直亮,而不是闪烁状态,现在大家都把这个程序改一下,都改成100,然后下载观察一下现象再继续。

  观察完了,毫无疑问,实际现象和我提到的理论是相符合的,这是为什么呢?这里介绍一个常识。我们人的肉眼对闪烁的光线有一个最低分辨能力,通常情况下当闪烁的频率高于50Hz时,我们看到的信号就是常亮的。即,延时的时间低于20ms的时候,我们的肉眼是分辨不出来小灯是在闪烁的,可能最多看到的是小灯亮暗稍微变化了一下。要想清楚的看到小灯闪烁,延时的值必须大一点,大到什么程度呢,不同的亮度的灯不完全一样,大家可以自己做实验。

  首先我们打开Target这个选项卡,找到里边的Xtal(MHz)这个位置,这是填写我们进行模拟时间的晶振选项,从我们原理图以及板子上都可以看到,我们单片机所配的晶振是11.0592MHz,所以这个地方我们要填上11.0592。然后找到Debug这个选项,选择左侧的Use Simulator,然后点击最下边的OK就可以了,如图

  最左侧那一栏是单片机的一些寄存器和系统信息,最上边那一栏是Keil将C语言转换成汇编的代码,下边就是我们C语言的程序,还有各种窗口都可以打开,在view菜单可以打开或者关闭我们的各种窗口。这节课我们只关心我们需要的窗口,其他窗口用到再说。那么有时候我们觉得这种分布不是特别的好,所以我们想改变一下窗口分布怎么办呢?比如Disassembly(汇编)窗口,我们先用鼠标拖动它,然后中间会出现一个方向符号,再用鼠标点那个方向符号,他就给我们分布了,如图

  ,第一个是复位,点击一下之后,程序就会跑到最开始的位置运行,第二个图标是全速运行图标,点击一下程序就会全速运行跑起来,第三个图标是停止图标,当程序全速运行跑起来后,我们可以通过点击第三个图标来让程序停止,观察程序运行到哪里了。点击一下复位后,我们会发现C语言程序左侧有的灰色或者绿色,有的地方还是保持原来的白色,我们可以在我们灰色的位置双击鼠标设置断点,就是比如程序一共20行,在第十行设置断点后,点全速运行,程序就会运行到第十行停止,方便我们观察运行到这个地方的情况。

  同学们会发现,有的位置可以设置断点,有的地方不可以设置断点,这是为什么呢?Keil软件本身具备优化我们程序的功能,如果大家想在所有的位置设置断点,可以把优化选项设置到0位置,就是程序不进行优化。如图

  这节我们重点是看看C语言代码的运行时间,在最左侧的register那个框内,有一个sec选项,这个选项就是单片机运行时间的统计选项,大家点一下复位按钮,会发现这个sec变成了0,然后我们在LED = 0; 这一句加一个断点,在LED = 1;这个位置加一个断点,我们点击全速运行按钮,会直接停留在LED = 0;我们会看到我们的时间变化成0.000197秒,如图

  我们再点一下全速运行,会发现sec变成了0.07530650秒,那么这样一个for循环的时间大概有75ms左右,我们也可以通过改变30000这个数字来改变这个间隔时间。当然了,大家要注意i的变量范围,你如果写成了大于65535的值以后,程序就会一直运行不下去了,因为i无论如何变化,都不会大于这个值,如果要大于这个值正常运行,必须改变i定义的类型了。后边如果我们要求看一段程序运行多长时间,都可以通过这种方式来看。

  本流水灯实际上就是一个带有八个发光二极管的单片机最小应用系统,即为由发光二极管、晶振、复位、电源等电路和必要的软件组成的单个单片机。从原理图中可以看出,如果要让接在P1.0口的LED1亮起来,那么只要把P1.0口的电平变为低电平就可以了;相反,如果要接在P1.0口的LED1熄灭,就要把P1.0口的电平变为高电平;同理,接在P1.1~P1.7口的其他7个LED的点亮和熄灭的方法同LED1。因此,要实现流水灯功能,我们只要将发光二极管LED1~LED8依次点亮、熄灭,8只LED灯便会一亮一暗的做流水灯了。在此我们还应注意一点,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,我们在控制二极管亮灭的时候应该延时一段时间,否则我们就看不到流水效果了。

  通过上边这个程序我们可以看出来,可以通过P1来控制所有的8个LED小灯的亮和灭。我们下边要进行依次亮和灭,怎么办呢?从这里就可以得到方法了,如果想让单片机流水灯流动起来,依次要实现的结果是:0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F。

  在我们的C语言当中,有一个移位操作,其中代表的是左移,代表的是右移。比如a = 0x01 1就是a 的结果等于0x01左移一位。大家注意,移位都是指二进制移位,那么移位完了,本来在第0位的1移动到了第一位上,移动完了低位是补0的。所以a的值最终是等于0x02。

  还要学习另外一个运算符~,这个符号是按位取反的意思,同样,按位取反也是针对二进制而言。比如a = ~(0x01),0x01的二进制是0b00000001,按位取反是0b11111110,那么a的值就是0xFE了。

作者:admin