2015蔡正科教学单元五情景二

学习情境二教学单元五LED广告灯设计21.单片机I/O端口及端口的基本应用；2.单片机C语言的基本结构及设计方法；3.程序对单片机端口的控制方法。能力目标知识目标锻炼学生的自学能力；树立责任感和科学严谨的工作态度。素质目标教学目标1.能根据设计任务要求编制程序流程图，理解程序对发光二极管的控制原理；2.会利用绘制流水广告灯电路原理图；3.会用keilC51软件对源程序进行编译调试及与protues软件联调，实现电路仿真。重点、难点、教法•重点：会用keilC51软件对源程序进行编译调试及与protues软件联调，实现电路仿真难点：单片机C语言的基本结构及设计方法教法：“教、学、做”引探教学法、任务驱动法、课堂讨论、动画演示分析讨论法4项目：LED广告灯设计任务1：画电路原理图任务2：编程任务3：仿真调试任务4：•广告灯是一种常见的装饰，常用于街上的广告及舞台装饰等场合。最简单的流水广告灯就是各个灯依次发光。本任务利用AT89S51单片机来实现这一功能。•1.1提出任务•用AT89S51的P1口做输出口，接八只发光二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8，编写程序，使发光二级管循环点亮，时间间隔为0.2s。即刚开始时D1点亮，延时0.2s后，接着是D2点亮，接着依次点亮D3、D4、D5、D6、D7、D8，然后再点亮D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，重复循环。•1.2分析任务•1.硬件电路设计•电路组成。这里选择具有内部程序存储器的AT89S51单片机作为控制电路，其P1口接8个发光二极管（LED）和8个限流电阻，硬件电路原理图如图4.1所示。•电路分析。要使LED点亮，则P1口的对应端子输出低电平，即P1.0＝0时，D1亮。一般情况下，驱动LED的电流约10mA左右，而LED本身的压降为2V。当P1.0输出为低电平时，输出为0V，则流经D1的电流为，为了在仿真实验中让LED更亮一些，在这里取限流电阻为100Ω。相反，当P1.0输出为高电平时，输出电压为5V，则流经D1的电流为0mA，D1不亮（熄灭），即P1.0＝1时，D1不亮（熄灭）。•2.软件设计思路•P1口输出电平分析。在图3.1中，P1口的每一位都接有一个LED，要实现流水灯功能，就是要让各个LED依次点亮一段时间，再熄灭一段时间，然后再点亮下一个LED一段时间，然后再熄灭一段时间，如此循环。换句话来说，就是让P1口周而复始地输出高电平和低电平，要实现这一功能，最简单和最直接的方法是依次将数据送往P1口，每送一个数据延时一段时间。根据上述分析，我们列出一个功能表，如表4-1所示。•从表4-1可以看出，要实现设计任务功能，P1口输出的8个数据分别是11111110B、11111101B、11111011B、11110111B、11101111B、11011111B、10111111B、011111111B，转化成十六进制分别是0xfe、0xfd、0xfb、0xf7、0xef、0xdf、0xbf和0x7f。送完这8个数据后再反过来送011111111B、10111111B、11011111B、11101111B、11110111B、11111011B、11111101B、11111110B，转化成十六进制分别是0x7f、0xbf、0xdf、0xef、0xf7、0xfb、0xfd和0xfe。送完后从头开始循环。•如何采用单片机C语言编程实现数据从输出P1口呢？从这些数据来看，有这么一个规律，D1至D8依次点亮时，就是数据中的二进制0的位置依次往左移动了1位，D8至D1依次点亮时，就是往右依次移动1位。在单片机C51中，要直接实现数据的这种计算是不容易的，如果将数据的所有二进制取反后，D1至D8依次点亮时的数据就变成了：0x01、0x01、0x04、0x08、0x10、0x20、0x40、0x80，也就是后一个数是在前一个数的基础上乘以2（或者直接左移1位）。•根据前面分析，实现任务的思路是：程序开始时，给某一个变量赋初始值0x01，并从端口输出反码，延时一段时间后，让显示变量左移1位，再次输出反码并延时，直到输出所有左移数据为止，接下来就实现右移数据输出完毕，再次重复整个过程。•延时程序编写。单片机程序的延时有两种，一种是软件延时，一种是硬件延时，在这里我们重点讨论软件延时。当系统加电后，单片机就开始工作，按照设计的程序开始运行（也称执行指令）。单片机执行一条指令要花一定的时间，那么单片机执行一条指令的执行时间成为指令周期。指令周期是以机器周期为单位的。MCS-51单片机规定，一个机器周期为单片机振荡器的12个振荡周期。如果单片机时钟电路中的晶振频率为12MHz，则一个机器周期为1us。•单片机的指令运行速度是很快的，要想在端口获得一定的延时时间，就要编写程序，使单片机运行设计程序产生时间延迟。•任务中要求获得0.2s的时间长度，当单片机的指令周期是1us时，0.2s就是1us的200000倍。在程序编写中常用循环语句来完成计数和时间延迟，从而获得需要的延时时间。•采用单片机C语言编写的一个0.2s延时程序如下：•voiddelay02s(void)//定义延时0.2s函数•{•unsignedchari，j，k；//声明3个无符号字符型变量i、j、k•for(i=2；i0；i--)//外循环2次，每次约0.1s，延时0.2s•{for(j=200；j0；j--)//外循环200次，每次约0.5ms，延时0.1s•{•for(k=250；k0；k--)//内循环250次，每次约2us，延时05ms•{；}//里面的循环的循环体什么也不做，但每次循环延时2us•}•}•}•上述程序可以简化为：•voiddelay02s(void)•{•unsignedchari，j，k；•for(i=2；i0；i--)•for(j=200；j0；j--)•for(k=250；k0；k--)；•}•整个子程序延时为：2us×250×200×2=200000us=0.5s•◇思考：如将延时改为1s，该怎样修改程序呢？•1.3源程序编写•根据程序流程图编写的源程序如下：•//lsd4-1.c•#includereg51.h//包含头文件•#defineucharunsignedchar//定义uchar为无符号数据类型•voiddelay02s(void)//延时0.2s函数•{•unsignedchari，j，k；•for(i=2；i0；i--)•for(j=200；j0；j--)•for(k=250；k0；k--)；•}•voidmain(void)//主函数•{•uchari，j；//定义变量•while(1)//死循环•{•j=0x01；//j初始化为0x01，左移初始值•for(i=0；i8；i++)//for循环语句，完成8个循环•{•P1=~j；//对变量j中的值按位取反后，从P1口输出•delay02s()；//延时0.2s•j=j1；//左移1位•}•j=0x80；//设置右移初始值j为0x80•for(i=0；i8；i++)•{•P1=~j；•delay02s()；•j=j1；//右移1位•}•}•}•#includeAT89X51.H循环左移语句应用•#includeintrins.h•unsignedchartemp;••voiddelay(void)•{•unsignedcharm,n,s;•for(m=2;m0;m--)•for(n=200;n0;n--)•for(s=250;s0;s--);•}•voidmain(void)•{•temp=0xfe;•while(1)•{•delay();•temp=_crol_(temp,1);•P0=temp;•}•}•1.4程序调试与电路仿真•运行C语言编辑软件，在编辑区中输入上面的源程序，并以“lsd4-1.c”为文件名存盘。•运行KeilC51，然后建立一个“lsd4-1.uv2”的工程项目。把源程序文件“lsd4-1.c”添加到工程项目中，进行编译，得到目标代码文件“lsd4-1.hex”。•运行Proteus，在编辑窗口中绘制如图4.1所示的电路图并存盘。然后选中单片机AT89s51，左键点击AT89s51，出现如图4.2所示的对话框，在ProgramFile后面的“”按钮，找到刚才编译好的“lsd4-1.hex”文件，然后点击“OK”就可以进行仿真了。点击模拟调试按钮的运行按钮“”，进入调试状态。此时可看到D1点亮，延时0.2s后，接着是D2点亮，接着依次点亮D3、D4、D5、D6、D7、D8，然后再点亮D7、D6、D5、D4、D3、D2、D1，重复循环。图4.2加载hex文件对话框•◇知识链接•1.文件包含处理•程序“lsd3-1.c”中的第一行#includereg51.h是一个文件包含处理。所谓文件包含是指一个文件将另外一个文件的内容全部包含进来。这里程序中包含reg51.h文件的目的是为了要使用P1这个符号，即通知C编译器，程序中所写的P1是指AT89S51单片机的P1端口而不是其它变量。•2.单片机某个引脚的符号表示•以P1.0引脚为例。在C语言里，如果直接写P1.0，C编译器并不能识别，而且P1.0也不是一个合法的C语言变量名，所以得给它另起一个名字，这里起的名为P1_0，可是P1_0是不是就是P1.0呢？你这么认为，C编译器可不这么认为，所以必须给它们建立联系，这里使用了C51的关键字sbit来定义，如:•sbitP1_0=P1^0；//定义用符号P1_0来表示P1.0引脚，也可以用其他的符号来表示。•3．C51程序的结构特点•（1）C51程序是由函数构成的。函数是C51程序的基本单位。•（2）一个函数由两部分组成：•①函数说明部分。包括函数名、函数类型、函数属性、函数参数（形参）名、形式参数类型。一个函数名后面必须跟一个圆括号，函数参数可以没有，如main()。•②函数体。即函数说明下面的大括号之内的部分。•（3）一个C51程序总是从main函数开始执行，而不论main函数在整个程序中所处的位置如何。•（4）C51程序书写格式自由，一行内可以写几个语句，一个语句可以分写在几行上。•（5）每个语句和数据定义的最后必须有一个分号“；”。分号是C51语句的必要组成部分。分号不可少，即使是程序中的最后一个语句也应包含分号。•（6）C51本身没有输入输出语句。标准的输入和输出（通过串行口）是由scanf和printf等库函数来完成的。对于用户定义的输出，比如直接以输出端口读取键盘输入和驱动LED，则需要自行编制输出函数。•（7）可以用/*……*/对C51程序中的任何部分作注释。在KeiluVision2中，还可以使用//进行单行注释。•4.位运算符•程序中“j=j1；”和“j=j1；”语句中的、表示左移、右移运算符。表明将j中的值左移、右移1位，得到新的数值后，再将该值赋给j。•◇思考与练习1.修改程序lsd3-1.c，使8只发光二极管按2Hz的频率闪烁。•修改程序lsd3-1.c，使D1、D3、D5、D7按10Hz的频率依次点亮。•1.任务要求•如图4-1所示，编写程序使发光二极管按时间依次显示出规定的花样，但其对于控制的显示数据之间没有规律，不能通过计算的方式得到。•2.分析任务•由于本任务中是按时间变化依次控制LED亮、灭，可以采用与流水广告灯的思路来完成程序的编写，但显示花样所对应的数据的变化不一定有规律，不能采用变量直接计算的方式实现前后数据的变化。因此，在这里采用查表法来实现。•将广告灯显示的图案所对应的端口输出数据依次编写为一张数据表，表中每个数值中为０的位表示对应的广告灯亮，数据为１的位表示为应的广告灯灭。将这张数据表放在程序中，以数组的形式存储，在使用时依次读出组中的元素就得到需要的数据，实现了数据的无规律变化，并且数组存储的数据可以较多，能实现的花样变化也可以复杂。•在C51中要进行复杂计算，也可以采