1. 基于proteus的51单片机开发实例(1)--点亮一个小灯

1.1. 实验目的

通过本实例了解和熟悉以下知识：

1、51单片机I/O端口的输出操作；

2、了解单片机最小系统的组成；

3、了解单片机程序的基本框架；

4、了解LED发光二极管的特性。

1.2. 设计思路

电路设计思路：将一个发光二极管的一端连接到51单片机的一个I/O端口(P1端口)上，发光二极管的另一端连接到电源正极。

程序设计思路：编写程序，通过程序控制连接发光二极管的I/O端口输出高电平(或低电平)来控制发光二极管的点亮(或熄灭)。

1.3. 基础知识

本实例用到的基础知识有以下几方面：

1、51单片机P1端口结构及使用方法；

2、51单片机最小系统的电路组成；

3、发光二极管(LED)的工作原理及使用方法；

4、51单片机的基本程序框架。

下面我们来分别学习一下这些基础知识。

1.3.1. 51单片机P1端口结构及使用方法

首先我们来看看51单片机长什么样，以及在电路图中51单片机的标识符号，如图1，图2所示。

图1 51单片机实物图

图2 51单片机的电路符号

51单片机有4个8位的并行I/O端口，分别是P0、P1、P2、P3。这4个端口分别有不同的电路结构及用途。本例中用到的是P1端口，所以我们先来了解一下51单片机P1端口的内部结构及工作原理。置于P0，P2，P3口的内部结构及工作原理，我们在后续的例子中陆续学习。

图3所示是51单片机P1口的引脚内部结构。

图3 51单片机P1端口内部结构图

51单片机的P1端口只能作为普通的通用I/O口使用(P0，P2，P3口除了作为通用I/O口功能外，还有第二功能，接下来的实例中会讲解)。

从图3中可以看出，在其输出端接有上拉电阻，所以它可以直接输出高电平或者低电平，不需要外接上拉电阻了。

当P1口作为输入口时，必须先向内部锁存器写“1”，这样使场效应管VT截止，才能够从读引脚位置处获取端口的电平状态，否则场效应管如果处于导通状态，就不能够获取正确的引脚电平状态了。

1.3.2. 51单片机最小系统的电路组成

我们知道，想要让一个电路能够正常工作，必须满足它的最基本的工作条件，同样的，对于单片机电路来说，想让单片机电路工作起来，必须满足其最基本的要求，这些要求有：电源，时钟电路，复位电路。

51单片机的最小系统图如图4所示。

图4 51单片机最小系统电路图

对于电子产品来说，首先必须给它提供正常的电源才能工作，没有一个稳定的、适配的电源，它就不能工作。对于51单片机来说，它需要5V的稳定直流电源供电。

单片机必须在稳定的时钟脉冲下才能稳定的工作，就像我们列队操练，必须在统一的“一二一”的口令下，才能够保持队型不乱，步伐一致。

单片机复位电路也是必须的，因为单片机开始工作时，需要先将单片机内部的数据、状态配置在一个初始状态下，才能够按照程序设计的流程正常工作，比如单片机数据存储区(RAM)中的数值都需要按照确定的初始化的默认值开始执行，如果每次不初始化，则这些数值可能每次单片机启动时都不一样，这样就会导致程序执行出现问题。

1.3.3. 发光二极管(LED)的工作原理及使用方法

发光二极管(LED)是单片机学习中最常见的两种元器件(另一个元器件是按键，使用LED和按键就可以把单片机的大部分基础功能实现，在后面的实例中我们会对此有深切体会)。

常见发光二极管的外形接结构图如图5所示。

图5 发光二极管(LED)实物图

发光二极管(LED)和普通二极管的特性一样，都具备单向导电性，不同的是，当加在发光二极管两端的电压超过它的导通电压(一般为1.7~1.9V)后，发光二极管导通，当流过它的电流超过一定值时(一般是2~3mA，不同颜色的发光二极管发光电流不一样)，开始发光。

1.3.4. 51单片机的基本程序框架

任何程序的编写都要遵循一定的规则和流程，对于单片机程序来说，同样如此，单片机程序的一般框架如下。

#include   //头文件包含//全局变量声明和定义//函数声明int main(void){//初始化设置while(1){//程序内容}} 

1.4. 电路设计

本实例的电路如图6所示。单片机的P1.0端口接发光二极管的负极，发光二极管的正极通过限流电阻接到电源的VCC端。

图6 基于proteus的51单片机开发实例(1)--点亮一个小灯

本电路中发光二极管的驱动电路是典型的“灌电流”电路，具体原理是，当P1.0输出高电平时，D1两端都是高电平，所以发光二极管上无压差，不会导通，也就不会发光；当P1.0输出低电平时，D1两端就有了压差，从而导通，发光二极管开始发光。从电流流向来说，电流是从VCC经过限流电阻，到达发光二极管的正极，然后从发光二极管的负极流入到单片机的P1.0口，就好像是电流“灌入”了单片机的P1.0端口，所以称为“灌电流”电流。(与之对应的，还有拉电流电路，下一个例子我们就采用拉电流的方式)

需要注意的是，该电路图并不适合正式产品使用，因为单片机端口的输入或者输出电流的能力都是有限的，并且通常的单片机系统不可能只有一个发光二极管。在后面的例子中，我们会介绍更符合实际应用的发光二极管驱动电路。

1.5. 程序设计

本实例的程序代码如下。

#include   //头文件包含int main(void){P1=0xfe;//P1.0口输出低电平while(1){//程序一直在此循环}}

对于程序中#include 这句话的作用，我们可以通过将该语句屏蔽后，编译程序提示的错误信息来了解。

将该语句屏蔽后，编译程序，会出现如图6所示的错误提示，根据这个提示，我们知道，头文件的其中一个作用就是将P1进行了预定义，只有这样我们才能在程序中使用P1而不会出错。

1.6. 实例仿真

单片机程序编译完成后，将生成的hex文件装载到用proteus建立的仿真电路中，点击开始仿真按钮，就可以看到程序的运行结果了，可以看到LED被点亮了。如图6所示。

图6 仿真现象：发光二极管点亮

拓展：大家可以试着在proteus环境下，将电阻R2的阻值或者发光二极管D1的导通电流修改一下，然后再看看发光二极管的亮度会有什么变化。

1.7. 总结

发光二极管是单片机学习中最方便、最直接的指示程序运行结果的器件。所以我们要对发光二极管的特性和工作原理有充分的理解。在后面的实例中，我们将会经常看到使用发光二极管的点亮、熄灭、闪烁等状态指示程序的运行状态。

本系列实例基本都基于keil和proteus两个软件。所以大家需要熟悉如何在keil环境下编写51单片机程序，如何在proteus环境下建立51单片机仿真项目。