2.3LED小燈
LED(light-emitting diode)，即發(fā)光二極管，俗稱LED小燈，它的種類很多，參數(shù)也不盡相同，Kingst51開發(fā)板上用的是普通的貼片發(fā)光二極管。這種二極管通常的正向?qū)妷菏?.8V到2.2V之間，工作電流一般在1mA～20mA之間。其中，當(dāng)電流在1mA～5mA之間變化時，隨著通過LED的電流越來越大，肉眼會明顯感覺到這個小燈越來越亮，而當(dāng)電流從5mA～20mA之間變化時，看到的發(fā)光二極管的亮度變化就不太明顯了。當(dāng)電流超過20mA時，LED就會有燒壞的危險了，電流越大，燒壞的速度也就越快。所以在使用過程中應(yīng)該特別注意它在電流參數(shù)上的設(shè)計要求。
下面來看一下發(fā)光二極管在Kingst51開發(fā)板上的設(shè)計應(yīng)用。USB供電接口圖以及電源開關(guān)圖如圖2-3所示。

圖2-3 USB接口電路和電源開關(guān)電路
圖2-3是Kingst51開發(fā)板上的USB接口電路。通過USB線，電腦給開發(fā)板供電和下載程序以及實(shí)現(xiàn)電腦和開發(fā)板之間的通信。這是一個標(biāo)準(zhǔn)16引腳的type-C的USB接口，從圖上可以看出，其中A6腳和A7腳是數(shù)據(jù)通信引腳，+5IN為USB電源正極，GND為電源負(fù)極。
將電源開關(guān)左邊的LED部分的電路單獨(dú)摘出來分析，如圖2-4所示。

圖2-4 LED小燈電路（一）
發(fā)光二極管是二極管中的一種，因此和普通二極管一樣，這個二極管也有陰極和陽極，習(xí)慣上也稱之為負(fù)極和正極，方向必須接對了才會有電流通過讓LED小燈發(fā)光。剛才提到接入的VCC電壓是5V，發(fā)光二極管自身壓降大概是2V，那么在右邊R34這個電阻上承受的電壓就是3V?，F(xiàn)在要求電流范圍是1~20mA的話，就可以根據(jù)歐姆定律R=U/I，把這個電阻的上限和下限值求出來。
U=3V，當(dāng)電流是1mA的時候，電阻值是3K；當(dāng)電流是20mA的時候，電阻值是150歐，也就是R34的取值范圍是150~3K歐姆。這個電阻值大小的變化，直接可以限制整條通路的電流的大小，因此這個電阻通常稱之為“限流電阻”。在圖2-3中用的電阻是1K，這條支路電流的大小可以計算出來了，而這個發(fā)光二極管在這里的作用，是作為電源指示燈的，使用USB線將開發(fā)板和電腦連起來，這個燈就會亮了。
同理，在電源開關(guān)后級控制的位置，又添加了一個LED10發(fā)光二極管，當(dāng)打開開關(guān)時，這個二極管才會亮起，如圖2-5所示。

圖2-5 電源開關(guān)電路
把圖2-4進(jìn)行一下變化，把右側(cè)的GND去掉，改成一個單片機(jī)的I/O口，如圖2-6所示。

圖2-6 LED小燈電路（二）
圖2-4由于電源從正極到負(fù)極有電壓差，并且電路是導(dǎo)通的，所以就會有電流通過，LED小燈因?yàn)橛辛穗娏魍ㄟ^，就會發(fā)光。把右側(cè)的原GND處接到單片機(jī)P0.0引腳上，那么如果單片機(jī)輸出一個低電平，也就是跟GND一樣的0V電壓，就可以讓LED小燈和圖2-4一樣發(fā)光了。
因?yàn)閱纹瑱C(jī)是可以編程控制的，可以讓P0.0這個引腳輸出一個高電平，就是跟VCC一樣的5V電壓，那么這個時候，左側(cè)VCC電壓和右側(cè)的P0.0的電壓是一致的，那就沒有電壓差，沒有電壓差就不會產(chǎn)生電流，沒有電流LED小燈就不會亮，也就是會處于熄滅狀態(tài)。下面，就用編程軟件來實(shí)現(xiàn)控制小燈的亮和滅。
2.4程序代碼編寫
這是第一個實(shí)驗(yàn)程序，編程之前，需要先來了解一些51單片機(jī)特有的程序語法以及Keil軟件的基本操作步驟。
1.2.1特殊功能寄存器和位定義
不同廠家的單片機(jī)除了采用通用的C語言編程外，有的廠家的單片機(jī)會有那么幾條很特殊的獨(dú)有的編程語句，51單片機(jī)就有，先介紹2條。
第一條語句是：sfr P0 = 0x80；
sfr這個關(guān)鍵字，是51單片機(jī)特有的，它的作用是定義一個單片機(jī)特殊功能寄存器(special function register)。51單片機(jī)內(nèi)部有很多個小模塊，每個模塊居住在擁有唯一房間號的房間內(nèi)，同時每個模塊都有8個控制開關(guān)。P0就是一個功能模塊，就住在了0x80這個房間里，用戶就是通過設(shè)置P0內(nèi)部這個模塊的8個開關(guān)，來讓單片機(jī)的P0這8個I/O口輸出高電平或者低電平的。而51單片機(jī)內(nèi)部有很多寄存器，如果想使用必須提前進(jìn)行sfr聲明。不過Keil軟件已經(jīng)把所有這些聲明都預(yù)先寫好并保存到一個專門的文件中去了，用戶只需要文件開頭添加一行#include即可，這個在后邊有用法詳解。
第二條語句是：sbit LED = P0^0;
這個sbit，就是對剛才的SFR里邊的8個開關(guān)其中的一個進(jìn)行定義。經(jīng)過上邊第二條語句后，以后只要在程序里寫LED，就代表了P0.0口（“^”這個符號在數(shù)字鍵6上邊），注意這個P必須大寫，也就是說給P0.0又取了一個更形象的名字叫做LED。
了解了這兩個語句后，再來看一下單片機(jī)的特殊功能寄存器。請注意，每個型號的單片機(jī)都會配有生產(chǎn)廠商所編寫的數(shù)據(jù)手冊(Datasheet)，STC89C52的數(shù)據(jù)手冊從21頁到24頁，全部是對特殊功能寄存器的介紹以及地址映射列表。用戶在使用這個寄存器之前，必須對這個寄存器的地址進(jìn)行說明。是不是花花綠綠的太多了記不住，這個沒關(guān)系的，不需要記住，后邊大部分都會解釋，少部分需要用到的時候過來查手冊就可以，再次強(qiáng)調(diào)做技術(shù)不是為了應(yīng)付考試，可以隨時翻閱手冊查找需要的資料。
如圖2-7，是截取的手冊中第22頁最下邊的一個表格。

圖2-7 I/O口特殊功能寄存器
來看一下這個表，其中STC89C52RC的P4口對標(biāo)準(zhǔn)51的擴(kuò)展，先忽略它，只看前邊的P0、P1、P2、P3這4個，每個P口本身又有8個控制端口。可以結(jié)合Kingst51開發(fā)板原理圖或者圖2-1來看，那么這樣就確定了單片機(jī)一共有32個I/O口（I/O，Input和Output，分別是輸入和輸出）。
其中P0口所在的地址是0x80，一共有從7到0這8個I/O口控制位，后邊有個Reset Value（復(fù)位值），這個很重要，是看寄存器必看的一個參數(shù)，8個控制位復(fù)位值全部都是1。這就是告訴用戶，每當(dāng)單片機(jī)上電復(fù)位的時候，所有的引腳的值默認(rèn)是都是1，即高電平，在設(shè)計電路的時候也要充分的考慮這個問題。
前邊那2條語句寫sfr的時候，必須根據(jù)手冊里的這個地址(Add)去寫，寫sbit的時候，就可以直接將一個字節(jié)其中某一位取出來。編程的時候，也有現(xiàn)成的寫好寄存器地址的頭文件，直接包含該頭文件就可以了，不需要逐一去寫了。
2.4.2新建一個工程
對于單片機(jī)程序來說，每個功能程序都必須要有一個配套的工程（Project），即使是點(diǎn)亮LED這樣簡單的功能程序也不例外。因此首先要新建一個工程，打開Keil軟件后，點(diǎn)擊：Project-->New uVision Project...然后會出現(xiàn)一個新建工程的界面，如圖2-8所示。

圖2-8 新建一個工程
在計算機(jī)硬盤上建立一個lesson2的目錄，然后把LED這個工程的路徑指定到這里，這樣方便今后管理程序，不同的功能程序放到不同的文件夾下，并且給這個工程起一個名字叫做LED，軟件會自動添加擴(kuò)展名.uvproj，如圖2-9所示。

圖2-9 保存工程
點(diǎn)擊“保存”按鈕，工程會自動保存成LED.uvproj文件，下次要打開LED這個工程時，可以直接找到文件夾，雙擊這個.uvproj文件就可以直接打開。
保存之后會彈出一個對話框，這個對話框讓用戶選擇單片機(jī)型號。因?yàn)镵eil軟件是外國人開發(fā)的，所以國內(nèi)的STC89C52并沒有上榜，但是只要選擇同類型號就可以了。因?yàn)?1內(nèi)核是由Intel公司創(chuàng)造的，所以這里直接選擇Intel公司名下的80/87C52來代替，這個選項(xiàng)的選擇對于后邊的編程沒有任何的不良影響。如圖2-10所示

圖2-10 單片機(jī)型號選擇
點(diǎn)擊OK之后，會彈出一個對話框，如圖2-11所示，每個工程都需要一段啟動代碼，如果點(diǎn)“否”按鈕，編譯器會自動處理這個問題，如果點(diǎn)“是”按鈕，這部分代碼會提供給用戶，用戶就可以按需要自己去處理這部分代碼，那這部分代碼在初學(xué)51的這段時間內(nèi)，一般是不需要去修改的，但是隨著技術(shù)的提高和知識的擴(kuò)展，就有可能會需要了解這塊內(nèi)容，因此這個地方單擊“是”按鈕，讓這段代碼出現(xiàn)，但是暫時不需要修改它，大家知道這么回事就可以了。

圖2-11 啟動代碼選擇
這樣工程就建立好了，如圖2-12所示，如果點(diǎn)擊Target 1左邊的加號，會出現(xiàn)剛才加入的初始化文件STARTUP.A51，這個先不管。

圖2-12 工程文件
工程有了之后，要建立編寫代碼的文件，點(diǎn)擊File-->New，如圖2-13所示，新建一個文件，也就是編寫程序的平臺。然后點(diǎn)File-->Save或者直接點(diǎn)擊Save的快捷鍵，可以保存文件，保存時把它命名為LED.c，這個地方必須加上.c，如果寫匯編語言，這個地方的擴(kuò)展名是.asm，頭文件就是.h等等，這里編寫的是C語言程序，這個地方必須自己添加文件的擴(kuò)展名.c，如圖2-14所示。

圖2-13 新建文件

圖2-14 保存文件
現(xiàn)在就可以在已經(jīng)建立好的文件中輸入程序代碼了，在編寫之前還有個工作要做，每做一個功能程序，必須要新建一個工程，一個工程代表了單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)的一個功能。但是一個工程有時可以把程序分多個文件寫，所以每寫一個文件，都要添加到所建立的工程中去，右鍵點(diǎn)Source Group 1，點(diǎn)Add Files to Group ‘Source Group 1’...，如圖2-15所示。

圖2-15 添加文件（一）
在彈出的對話框中，單擊LED.c選中它，然后點(diǎn)Add，或者直接雙擊LED.c都可以將文件加入到這個工程下，然后單擊Close，關(guān)閉添加。這個時候會看到在Source Group 1下邊又多了一個LED.c文件。

圖2-16 添加文件（二）
2.4.3編寫點(diǎn)亮小燈的程序
準(zhǔn)備工作做了那么多，終于要編寫程序代碼了。如果學(xué)過C語言，應(yīng)該很輕松的編程，如果沒學(xué)過C語言也沒關(guān)系，先照著抄，后邊有針對一些C語言語法的講解，多看幾遍就懂了。
#include //包含特殊功能寄存器定義的頭文件

sbit LED = P0^0; //位地址聲明，注意：sbit必須小寫、P大寫！

void main() //任何一個C程序都必須有且僅有一個main函數(shù)
{ //{}是成對存在的，在這里表示函數(shù)的起始和結(jié)束
LED = 0; //分號表示一條語句結(jié)束
}
先從程序語法上來分析一下。
1、main是主函數(shù)的函數(shù)名字，每一個C程序都必須有且僅有一個main函數(shù)。
2、void是函數(shù)的返回值類型，本程序沒有返回值，用void表示。
3、{}在這里是函數(shù)開始和結(jié)束的標(biāo)志，不可省略。
4、每條C語言語句以;結(jié)束的。
邏輯上來看，程序這樣寫就可以了，但是在單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用中存在一個問題。比如程序空間可以容納100行代碼，但是實(shí)際的程序只用了50行代碼，當(dāng)運(yùn)行完了50行，再繼續(xù)運(yùn)行時，第51行的程序不是用戶的程序，而是不確定的未知內(nèi)容，一旦執(zhí)行下去程序就會出錯從而可能導(dǎo)致單片機(jī)自動復(fù)位，所以通常在程序中加入一個死循環(huán)，讓程序停留在所希望的這個狀態(tài)下，不要亂運(yùn)行，有以下兩種寫法可以參考：
參考程序一： 參考程序二：
#include #include
sbit LED = P0^0; sbit LED = P0^0;
void main() void main()
{ {
while(1) LED = 0;
{ while(1);
LED = 0; }
}
}
程序一的功能是程序在反復(fù)不斷的無限次執(zhí)行LED = 0;這條語句，而程序二的功能是執(zhí)行一次，然后程序直接停留下來等待，相對程序一來說程序二更加簡潔一些。針對于圖2-6，這個程序能夠把小燈點(diǎn)亮，但是這個程序卻點(diǎn)不亮Kingst51開發(fā)板上的小燈，這是為什么呢？
這里就要培養(yǎng)一個意識，單片機(jī)編程實(shí)際上算是硬件底層驅(qū)動程序開發(fā)，這種程序的開發(fā)是離不開電路圖的，必須根據(jù)電路圖來進(jìn)行程序的編寫。如果電路板的電路圖和圖2-6一樣的話，程序可以成功點(diǎn)亮小燈，但是如果不一樣，就可能點(diǎn)不亮。
開發(fā)板上還有一個74HC138作為8個LED小燈的總開關(guān)，而P0.0僅僅是個分開關(guān)。如同家里有一個供電總閘，然后每個電燈又有一個專門的分支開關(guān)。剛才的程序僅僅打開了那個電燈的分支開關(guān)，但是沒有打開那個總電閘。所以程序需要加上這部分代碼。因?yàn)檫@節(jié)課要介紹的內(nèi)容比較多，所以74HC138的原理以及為什么要加額外的代碼在下節(jié)課統(tǒng)一介紹，這節(jié)課直接加上這部分代碼做一下功能演示。
#include //包含特殊功能寄存器定義的頭文件

sbit LED = P0^0; //位地址聲明，注意：sbit必須小寫、P大寫！
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void main()
{
ENLED = 0;
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;
LED = 0; //點(diǎn)亮小燈
while (1); //程序停止在這里
}
為什么有的書上程序很簡單就可以點(diǎn)亮小燈，這里卻要麻煩一些呢？Kingst51開發(fā)板雖然僅僅提供給大家簡單學(xué)習(xí)使用，但是也是按照實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)模式去設(shè)計，所以綜合考慮因素很多，學(xué)到后邊就會明白它的設(shè)計價值了，這里只要跟著去做就可以，后續(xù)章節(jié)會慢慢理解其中的價值。
程序編好了，要對程序進(jìn)行編譯，生成可以下載到單片機(jī)里的文件，在編譯之前要勾選一個選項(xiàng)，Project-->Options for Target ‘Target1’...，或者直接點(diǎn)圖2-17中紅框內(nèi)的快捷圖標(biāo)。

圖2-17 工程選項(xiàng)圖標(biāo)
在彈出的對話框中，點(diǎn)擊Output選項(xiàng)頁，勾選其中的“Create HEX File”復(fù)選框，然后點(diǎn)OK，如圖2-18所示。

圖2-18 創(chuàng)建HEX文件
設(shè)置好以后，點(diǎn)擊“Project-->rebuild all target files”，或者點(diǎn)擊圖2-19中紅框內(nèi)的快捷圖標(biāo)，就可以對程序進(jìn)行編譯了。

圖2-19 編譯程序
編譯完成后，在Keil下方的Output窗口會出現(xiàn)相應(yīng)的提示，如圖2-20，這個窗口提供了編譯完成后的信息，data=9.0，xdata=0指的是本程序使用了單片機(jī)內(nèi)部的data區(qū)域RAM資源中的9個字節(jié)，xdata區(qū)域的RAM使用為0，data和xdata是51單片機(jī)特定的內(nèi)存區(qū)域劃分，這兩部分都屬于51單片機(jī)的內(nèi)存；code=29的意思是使用了8K代碼Flash資源中的29個字節(jié)。當(dāng)提示“0 Error(s), 0 warning(s)”表示程序沒有錯誤和警告，就會出現(xiàn)“creating hex file from “LED”...，意思是從當(dāng)前工程生成了一個HEX文件，要下載到單片機(jī)的就是這個HEX文件。如果出現(xiàn)有錯誤和警告提示的話，Error和warning不是0，那么就要對程序進(jìn)行檢查，找出問題，解決好了再重新編譯產(chǎn)生HEX才可以。

圖2-20 編譯輸出信息
到此為止，程序就編譯好了，下邊就要把編譯好的程序文件下載到單片機(jī)里了。

審核編輯 黃宇