单片机 点亮一盏LED灯 while(1)的运用

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项目需求（点亮一盏LED）

项目需求(对应学校课程实验中的实验目的，描述项目所需要完成的功能，这些功能所需要达到的指标)：点亮一盏LED灯，LED灯的亮度适中。

这里点亮LED灯是所需要完成的功能，LED灯亮度适中是这一功能所需要达到的具体指标。   1.1.2 背景知识（LED）

发光二极管（LED，Light Emitting Diode）, 是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。在日常生活中应用广泛，如LED照明、数码显示管、建筑景观、广告灯、大型显示屏等。

下图为常见的发光二极管实物图。左图为直插形式封装，右图为贴片形式。

图1-1：发光二极管实物图

如何点亮发光二极管呢？很简单！我们知道，二极管是单向导通的，即在发光二极管的两端加上正向电压，就会亮起来。

常用的普通发光二极管通过0~20mA的电流即可正常工作，一般取10mA。在单片机系统中，一般应该串接限流电阻。对于初学者来讲，对于元件参数的选择可能比较头疼。电阻的阻值可按下式估算：R=(VCC-VLED)/ILED， 51系列单片机一般用+5V电源供电，LED压降取0.7V，电流可取10mA，电阻就应该选择430Ω左右。当然，电子市场上不一定能买到这么准确的阻值，可以参考电阻的标称值来近似选择，一般可取470Ω。当然，阻值选大一点或小点也可，不过是发光二极管亮一点或暗一点罢了。

1.1.1 方案设计

有了客户需求之后，我们开始方案设计给出两个方案 ：方案一是拨码开关控制，然后接LED 。

方案二利用单片机IO口控制LED。

这时候要选择一个适合项目的方案。首先，方案必须满足客户的需求，考虑成本，采购 ，器件的供货周期，是否适合目前的焊接工艺(直插或表贴封装的选取)。

如选方案一，如果客户需求更改，要求LED会自动闪烁，需要重新选择分立器件(电阻电容)即硬件电路需要更改。

方案二，只需要更改单片机程序即可，硬件不需要更改，只需要软件更改。

硬件更改代价大，周期长，成本高(重新生产)，软件更改，周期短(只是软件更改的时间)，成本低(只需要软件升级即可)

因此选用方案二。下面开始详细设计。

1.1.2 详细设计

1.1.2.1 硬件设计

首先是硬件设计，因为硬件需要生产周期，PCB制板需要时间，PCB焊接需要时间。软件设计可以在硬件生产的时间内开发，这样就合理安排了开发进度。

硬件设计首先是根据确定的方案进行元器件选型，之前确定的单片机控制LED灯的方案，需要选择用什么型号的单片机，和什么型号的LED灯。单片机选择目前市面上应用最广泛的8051单片机，具体型号为STC公司的89C52型单片机。LED灯有直插和表贴两种。为节省PCB面积，我们选择表贴的LED灯。主要元器件选择好以后，开始原理图设计

设计好的原理图如图所示

硬件设计主要分两部分，一部分电路为单片机要正常运行所必须的电路，包括电源电路，晶振电路，RESET电路。

另一部分为IO口控制电路完成控制功能(即控制LED灯亮灭)

单片机工作首先需要5V的电源，这个可以由外接电源提供，电路板上只需提供一个插头即可。

然后需要晶振提供恒定的时钟，如下图所示

单片机的能正常工作必须有一个时钟信号，单片机所有的操作都是基于这个时钟的，就像现实生活中，我们每个人会以统一的北京时间为基准，来安排我们的工作生活，如果每个人的表所显示的时间不是统一的，你的表是3点的时候我的表是1点，那么我们的工作生活就会乱套。 单片机内部的各个部分，如存储器，计数器，ALU都会以这个输入的时钟信号为基准来进行工作，如果没有这个时钟信号，各个部分就会错乱。

振荡周期

即单片机输入的时钟信号的周期

机器周期：一个机器周期是指CPU访问存储器一次所需要的时间，例如取指令、读存储器、写存储器等等。

8051单片机的一个机器周期为12个振荡周期

指令周期：即单片机执行一条指令所消耗的时间，它以机器周期为单位。通常8051单片机执行一条指令，如加，减等会需要1个或2个机器周期，少数指令，如乘除指令会消耗4个机器周期

最后需要一个复位电路，供初始化和单片机死机时能够恢复运行状态。8051单片机的复位(RESET)引脚在高电平持续24个振荡周期后即进行复位操作，即RESET引脚接逻辑高电平约0.002ms以上即进行复位。但一般为了系统的可靠性，我们在要执行复位操作时，给单片机RESET引脚逻辑高电平的时间为

100ms左右，即在RESET引脚输入一个这样的波形为达到这样的设计效果设计啊电路，这是一个典型的阻容复位电路，其中上电复位的电路部分如下图所示：

图中的电路在系统没有上电时，VCC为0V，电容C6完全放电。当系统上电时，电容C6开始充电，电容两端电压为0，因此A点电压为VCC，为逻辑高电平，然后，随着电容C6的充电，电容两端的电压逐渐上升，直至为VCC，此时A点的电压为0V，即逻辑低电平。

在实际系统中，微控制器输入电压阈值大约为1.1~1.3V，低于这个阈值的电压被认为是逻辑0，超过这个阈值被认为是逻辑1。也就是说，A点电压在上电时的VCC到下降至1.2V的这个时间t，就是单片机复位引脚逻辑高电平持续的时间。

而逻辑高电平持续的时间t取决于电阻R5的阻值和电容C6的容值。具体按如下公式计算

=2V,VCC=5V,当R=10k，C=10uF时，t约为100ms

即逻辑高电平持续时间为100ms，满足先前我们对复位操作所提出的要求。

在次电路基础之上，我们附加一个硬件复位按钮，如下图所示

按钮按下时，将A点电压拉到VCC，并对电容C6放电，在按钮释放时将执行上面所说的复位流程。

点亮发光二极管的电路如图所示

图中可以看出，当单片机IO口输出低电平时，二极管导通，电流由单片机片外“灌”入单片机片内，这种方式称为“灌电流”方式。有人会问，能不能把发光二极管反过来接呢？答案是可以的，反过来二极管负端接地，当单片机IO口输出高电平时，二极管导通。不过最好不这样接。因为51单片机的I/O口线输出低电平时的灌电流能力较强，可达20mA，而输出高电平时的拉电流能力要弱些，图中接法可以充分利用口线的灌电流能力。

硬件原理比较简单，前面已经讲得很清楚了，原理图设计完后，就开始PCB设计，由于我们已经提供了单片机开发板，故先将PCB设计跳过，在最后一章作详细介绍。下面开始软件设计

1.1.1.1 软件设计

单片机软件编程和编译现在普遍使用KeilC软件，该软件最新版是KEIL4，下面以Keil4为例，怎样建立一个名为tutorial的工程。

//Tips：建议大家使用Keil软件时，尽量使用英文文件名，避免软件对中文支持得不好导致的各种各样不确定的问题。

建立一个新工程，单击Project 菜单New uVision Project，如下图所示

新建tutorial文件夹，命名工程文件名也为tutorial，保存

选择工程文件保存路径，该工程的所有相关文件如.c .hex.h等文件都保存在该路径下，我们一般一个工程对应一个文件夹，便于管理。现在要新建一个名为tutorial的工程，因此存放路径的文件夹也命名为tutorial

点击保存后，会弹出如下对话框，让你选择单片机型号，STC单片机为国产单片机，未加入KEILC型号库中，可以选择配置与其相同的SST SST89C54单片机，ATMEL单片机直接选择相应型号即可

弹出加入引导文件，点确定

此时，新的名为 tutorial的Project就已经建立，Source Group 1 下没有.C文件。需要将写好的C代码保存为.C文件加入这个工程

在，写单片机C语言程序之前我们还要做一些基本的配置，配置单片机晶振频率，右键单击Target 1 在弹出的菜单中选择Options for Target‘Target 1

在新弹出的对话框中Xtal(MHz)选项后填单片机所使用的晶振的频率，开发板核心板选用11.0592MHz。

在Output选项卡中，勾选Create Hex File 选项，是编译软件输出Hex文件供程序烧录

设置完成后点击OK，

下面新建.C文件并加入Project。所有的程序代码都存成.C

格式。点击File –》New

会新生成一个Text文件，在此文件中输入C程序代码

File->Save As

文件名tutorial.c 点击保存

此时文本文件保存为.C格式

将.C文件加入Projct 右键单击Source Group 1 ,在弹出菜单中选择Add Files to Group’ Source Group1’

在弹出的对话框中选择先前保存的tutorial.c文件 点击Add

发现tutorial.c文件加入到Source Group 1下

接下来在tutorial.c文件中输入C代码 正式开始编程

TIPS工程技巧 输入法需要切换到英文输入法，标点符号切换到半角状态

C代码：

#include //52系列单片机头文件 工程经验 ：程序注释是非常必要的

sbit led1 = P1^1; //声明单片机的P1.1 IO口 为bit 名称为led1

void main() //主函数声明

{

led1 = 0; //单片机的P1.1IO口电平为低，

//即点亮了与此IO口相连的LED

}

编程输入完后 保存文件 然后编译 注意保存备份.c文件

工程经验:注意编译前的文件保存， 调试某个模块成功后 记得保存文件 这是一个很好的工程习惯

TIPS编译常见错误

;号忘记打 是初学者的常见错误

1 Error 即1个编译错误，具体是什么错误，可以看

Syntax error near ‘}’ 即在 ‘}’附近有语法错误，其中c(8)的意思是错误在程序的第8行 可自行到第8行程序检查程序语法错误，也可以双击 Syntax error near ‘}’ 光标即自动跳到报错的‘}’ 附近 你可以检查‘}’ 附近的语法错误， 这里我们的语法错误就是漏掉了；加上 再次编译 编译成功

到此为止，软件的设计工作完成，下面就要开始进行调试测试，验证我们的硬件和软件设计是否能完成设计所期望的功能。

1.1.1 调试测试

要对产品进行调试和测试，需要产品硬件生产完后，将单片机程序烧写进单片机，然后观察运行的结果。这里我们已经有配套的HC-1型单片机开发板，所以硬件生产部分已经完成，可以在单片机开发板上进行调试和测试。在实际的工作中，我们要等待硬件PCB生产装配完成后，才可以进行软件的调试和整体测试。

接下来生成hex文件 烧写进单片机

在此加入ISP软件烧HEX文件方法

首先，双击ISP软件，进入软件界面，选择单片机型号，使用什么型号的单片机就选择型号，开发板选用STC89C52RC单片机，因此我们做相应选择。

选择串口号，此时USB线连接PC和核心板开发板，在PC机的任务管理器中查看串口号为COM？，并在COM选择中选择对应的串口号，选择COM4

打开需要烧录的程序文件，点击 打开程序文件 按钮，选择你需要烧录的hex文件，hex文件由Keil软件编译生成，默认保存在工程文件夹内

Hex文件导入之后，如图所示

此时关闭单片机开发板开关，使单片机断电，然后点击 Download/下载 按钮 然后开启单片机开发板，使单片机上电。这是可以看到程序烧录进单片机的提示信息

Add pic here

程序烧录进单片机之后，接通单片机电源，观察运行情况，开发板第一盏led在不停的闪烁，而不是一直亮 为什么？

我们回过头来看看编译软件keil C，编译软件所做的事情就是把C语言程序编译成对应的汇编程序以至于机器码 然后烧到程序

我们来看看keil 讲我们这个程序编译成的汇编语句

点击红圈圈住的按钮

进入界面

看红圈圈住的Disassembly窗口

程序最后一行 22 RET 22为机器码 对应汇编语句为RET

代表 reset复位，即keil C 在编译汇编语句后自动在程序最后加了一句 复位语句，每当程序执行完后 单片机复位 复位所进行的操作是单片机所有寄存器的值赋初值，p1^1口的初值是1，复位后程序重新开始从第一句执行，又开始执行main函数 p1^1口又被置0 如此循环 就造成了led灯在闪烁而不是常亮

解决方法，while(1);加入程序结尾

重新下载程序到开发板，led常亮

Keil C为什么自作主张的加一条我们并没有写的语句呢？是为了避免程序跑飞，不加while(1)语句 而又不加复位语句 有可能PC指针继续往下运行，

大家可以看汇编语句后面的语句都是

C:0×0013 00 NOP

C:0×0014 00 NOP

C:0×0015 00 NOP

C:0×0016 00 NOP

C:0×0017 00 NOP

一直到

C:0xFFFF 00 NOP

NOP就是空的意思 即程序存储器里面没有指令，但是PC指针仍然会往下执行一直到0xFFFF，如果程序存储器后半段中有遗留的数据，程序就会跑飞，如果这样的话 问题很难定位与查找

加While(1)后C:0×0011 80FE SJMP C:0011 80FE是机器码 对应的汇编语句是SJMP C:0011 即程序指针不停在这个地址循环

更改后的代码如下所示

#include //52系列单片机头文件 工程经验 ：程序注释是非常必要的

sbit led1 = P1^1; //声明单片机的P1.1 IO口 为bit 名称为led1

void main() //主函数声明

{

led1 = 0; //单片机的P1.1IO口电平为低，

//即点亮了与此IO口相连的LED

While(1);

}

到此为止，产品调试成功。

进入测试，我们把开发板上电，工作一段时间，LED恒定常亮

1.1.1 文档整理

调试成功之后，将原理图(.sch文件)，PCB，软件代码(.c文件)进行整理保存。便于生产部门进行批量生产。

这样整个产品开发的过程完毕。

如果作为一个教学实验，现在就是一个完整的实验。那么作为产品开发来讲，客户也许会提出对产品的修改意见，要求进行产品升级。

比如客户要求同时控制8盏灯的亮灭，要求第2,4,6,8盏灯以1s的间隔闪烁。这样我们就又来了一个新的项目。