前言
硬件介绍
- 单色LED
- - 封装形式
  - 正负极判断
- 双色LED
- 三色LED
- 七彩自动闪烁LED（内置IC）
原理图分析
软件实现
- 点亮一颗LED
- - 方法一
  - 方法二
- LED闪烁
- 流水灯
- 跑马灯
- - 方法一
  - 方法二
  - 方法三
- LED常用函数封装
总结

前言

本节内容我们学习如何控制一颗LED灯，并简单控制它的行为：亮、灭、闪烁。并对多个LED实现流水灯、跑马灯效果。除此之外，了解一些多色LED的内部构造及驱动方式。

硬件介绍

单色LED

LED全称Light Emitting Diode，即发光二极管。其特点是功耗低、高亮度、抗振动、低光衰，属于冷光源。

响应时间短。LED 灯的响应时间为纳秒级，而白炽灯的响应时间要达到毫秒级。
发光色谱宽。例如：砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。
驱动电压低。通常工作电压为1.6-2.2V，电流在5-20mA之间，亮度随电流变化。

封装形式

一般LED有两种封装：直插式和贴片式。

正负极判断

如何判断LED的正负极？仔细观察。

直插式LED
- 长脚为正极，短脚为负极
- 大电极片为负极，小电极片为正极
贴片式LED
- 三角形顶点所对的为负极，底边所对的为正极

双色LED

顾名思义，可以发出2种颜色的灯光，一般为红、绿两种颜色。本质是将两个LED封装在一起，每次单独点亮其中一个，达到双色显示的目的。

图1 透明双色LED

图2 雾状双色LED

图3 原理图

直插式的双色LED由三个引脚组成，中间的引脚为公共端口，有共阴极和共阳极两种。可以观察中间引脚的电极片，如果是大电极，则为负极，即为共阴极。

三色LED

与双色LED类似，三色LED有4个引脚，分别为GND、R、G、B，控制相应引脚即可发出红、绿、蓝三种颜色的灯光。

七彩自动闪烁LED（内置IC）

共2个引脚，从表面看和单色LED一致，但实际上电后可以自动转换7种颜色。每一个小小的灯里都内置IC，成本贵于普通LED，但控制方便，稳定。

原理图分析

LED的电路符号如下：

最大的特点即具有单向导通性。由于单颗LED的驱动电流比较小，过大的电流会烧毁LED，故一般在电路中串联阻值100Ω左右的电阻，称为限流电阻。

由于开发板中已经帮我们焊好了外设和电路，所以我们不需要自己搭建电路，但需要去查看电路原理图（各个开发板不一样，但这没有关系），找到它所对应的控制引脚，这有利于我们的后续编程。

在我的开发板中，可以看到他设计的是所有 LED 共阳极（即 LED 的阳极接在一起），故当对应 IO 引脚置低电平时 LED 发光，高电平时 LED 熄灭。

软件实现

点亮一颗LED

方法一

#include <REGX52.H>
#define LED_PORT P2void main(){//法一：直接定义整个P2口的电平LED_PORT = 0xfe; //1111 1110  D1灯点亮while(1); //使程序在这里死循环。
}

首先引入头文件 “REGX52.H”，这是C51的常用头文件，里面定义了各种寄存器，方便我们操作硬件。这里对P2口使用宏定义是需要注意的编程习惯，因为单片机的P0~P3口在不同的硬件电路设计中连接的外设并不相同，并且，通用的引脚名并不能让阅读者立马知晓它的作用，利用宏定义可以增强代码的可读性和可维护性。以后的代码中，我都会采用这样的代码风格。

其次，由原理图可知，8颗LED对应P2口的8位引脚，故若要使D1灯点亮，则需要将P2.0置低电平，其余全部置高电平，即1111 1110，常用16进制表示，即0xfe。

最后，我们希望灯点亮之后保持这样的状态，而不是反复被点亮，所以应使程序一直停滞在main函数中，故采用一个死循环实现这样的目的。当然，如果没有写这样的死循环，你会发现实验现象并没有改变。但事实情况是，当执行完赋值语句后，程序会退出main函数，随后会不断的反复执行main函数，P2.0也会反复的置低电平，这当然不会有问题，但当任务复杂时，反复执行main函数会产生意想不到的错误。

方法二

#include <REGX52.H>
#define LED_PORT P2
//法二：定义P2口需要控制的位，并赋值电平
sbit LED_1 = LED_PORT^0; //D1灯void main(){ //赋值低电平LED_1 = 0;while(1); //使程序在这里死循环。
}

在方法一中，我们定义了8个引脚的电平情况，但事实上这是比较费事的。因为我们P2口内部有上拉电阻，即引脚默认输出高电平，我们实际只需要将一个引脚置低电平即可。故方法二中，我们先定义了需要控制的引脚位，再进行赋值。

注意：

sbit是C51扩展的标识符，而非数据类型， sbit声明的部分是编译器预处理的部分，是在函数没有编译之前必须完成的，所以必须写在main函数外。且不能写进数组或是结构体中循环调用。
在位定义时，^代表的是位的位置，而不是异或运算符

LED闪烁

#include <REGX52.H>
#define LED_PORT P2
//typedef可以将一些复杂的关键字重命名
typedef unsigned char u8; //0-255，1字节
typedef unsigned int u16; //0-65535，2字节void main(){//申明延时函数void delay(u16 msec);while(1){LED_PORT = 0xfe; // 1111 1110delay(50000); //大约450msLED_PORT = 0xff; // 1111 1111delay(50000); }
}//延时函数 大致10微秒
void delay(u16 msec){while(msec--);
}

所有视频、动画、游戏的理论基础都是人眼的暂留效应。一般暂留时间大约为50ms，即一秒钟20帧以上的画面就会产生动态的视觉效果。单片机的晶振频率为12MHz，计算其机器周期大约为1微秒，也就是说，两个连续的语句执行时间间隔相当短暂，以致于人眼根本无法分别LED灯的实际状态。

为了能够看到闪烁的效果，必须在点亮和熄灭的语句之间加入延时函数。延时函数的本质即让运行中的程序暂停一段时间(CPU空转一段时间)。经过Keil的软件仿真，50000次自减循环大致消耗450ms，这个时间间隔足以让人眼观察到灯的熄灭和点亮了。

当然你也可以自己去计算精确的延时时间，但这在本节中意义不大，我们仅需观察到闪烁现象即可。精确的延时需要配合定时器实现。

流水灯

我理解的流水灯是这种累加的效果

具体代码实现

#include <REGX52.H>
#define LED_PORT P2typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;void delay(u16 t){while(t--);
}void main(){while(1){u8 i;LED_PORT = 0xfe; //1111 1110delay(50000);for(i=0;i<8;i++){LED_PORT <<= 1; //左移一位delay(50000); //延时450ms}}
}

实现的关键是左移运算符<<，每往左移1位，最低位补0，即表现为LED逐一点亮的效果。

跑马灯

跑马灯应该是单个灯循环跑动的效果

方法一

#include <REGX52.H>
#define LED_PORT P2
#define DELAY_TIME 20000 //设置跑马灯时间间隔typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;void delay(u16 sec){while(sec--);
}//法一：列举法，流水灯一共8种状态。
void ledTest_1(){LED_PORT = 0xfe; // 1111 1110delay(DELAY_TIME);LED_PORT = 0xfd; // 1111 1101delay(DELAY_TIME);LED_PORT = 0xfb; // 1111 1011delay(DELAY_TIME);LED_PORT = 0xf7; // 1111 0111delay(DELAY_TIME);LED_PORT = 0xef; // 1110 1111delay(DELAY_TIME);LED_PORT = 0xdf; // 1101 1111delay(DELAY_TIME);LED_PORT = 0xbf; // 1011 1111delay(DELAY_TIME);LED_PORT  = 0x7f; // 0111 1111delay(DELAY_TIME);
}void main(){while(1){ledTest_1();}
}

方法一的思路就是把所有情况对应的十六进制都写出来，总共也8种状态，写呗。但缺陷也很明显，当LED数量多了之后，这种代码写起来就很痛苦了。

方法二

#include <REGX52.H>
#define LED_PORT P2
#define DELAY_TIME 20000 //设置跑马灯时间间隔typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;void delay(u16 sec){while(sec--);
}//法二：使用左移和取反运算，配合循环实现
void ledTest_2(){int i;for(i=0;i<8;i++){LED_PORT = ~(0x01<<i); //将1左移i位后补0，取反，即第i+1位灯亮delay(50000); //延迟450ms}
}void main(){while(1){ledTest_2();}
}

方法二的思路是，用一个循环实现每次将 0 移位。但直接应用左移运算符<<会存在一个问题：移位后低位自动补 0 ，这样低位的灯也会被点亮了。那怎么办？正面算法行不通，就尝试从反面去实现，即用一个循环实现每次将 1 移位，再将它按位取反（~）即可。

注：当我们只想改变某一位的状态而不改变其他位的状态时，这是一个非常常用的位操作技巧。

// 指定位, 置1
port |= 0x01<<i
// 指定位, 置0
port &= ~(0x01<<i)

方法三

#include <REGX52.H>
#include <INTRINS.H> // 定义了移位函数
#define LED_PORT P2
#define DELAY_TIME 20000 //设置跑马灯时间间隔typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;void delay(u16 sec){while(sec--);
}//法三：使用左移函数_crol_()
void ledTest_3(){LED_PORT = _crol_(LED_PORT, 1);  //左移1位（跟左移运算符不同，高位循环补至低位）delay(50000); //延迟450ms
}void main(){//法三：先初始化P2LED_PORT = 0xfe;delay(50000); //延迟450mswhile(1){ledTest_3();}
}

方法三的思路是调用C51中定义好的函数实现。首先引入头文件INTRINS.H，然后就可以使用左移函数_crol_()。当然也有相应的右移函数_cror_()

LED常用函数封装

在复杂场景中，LED仅仅作为一个小模块来配合整个项目（比如指示灯）。每次对硬件编程是耗时耗力的。基于模块化和硬件抽象的思想，有必要将LED的功能封装，像系统库函数或是应用软件的 API 一样，对外提供接口，直接调用，这样方便以后快速构建项目。

delay.h

#ifndef _DELAY_H_
#define _DELAY_H_#include <regx52.h>typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;void delay_10us(u16);
void delay_ms(u16);#endif

delay.c

#include "delay.h"/***  @brief  延时函数(10us)*  @param  t:0~65535，循环一次约10us*  @retval 无*/
void delay_10us(u16 t){while(t--);
}/***  @brief 延时函数（ms）*  @param t:0~65535,单位ms*  @retval 无*/
void delay_ms(u16 t){while(t--){delay_10us(100);}
}

led.h

#ifndef _LED_H_
#define _LED_H_#include "delay.h"void led_on(u8);
void led_stream(u16);
void led_run(u16);#endif

led.c

#include "led.h"// 定义led引脚
#define LED_PORT P2/***  @brief  指定某个LED亮*  @param  pos: 位置*  @retval 无*/
void led_on(u8 pos){LED_PORT &= ~(0x01<<(pos-1));
}/***  @brief  指定某个LED灭*  @param  pos: 位置*  @retval 无*/
void led_off(u8 pos){LED_PORT |= 0x01<<(pos-1);
}/***  @brief  LED流水灯*  @param  time 延时时间*  @retval 无*/
void led_stream(u16 time){u8 i;for(i=0;i<8;i++){led_on(i+1);delay_10us(time);}// 全部熄灭for(i=0;i<8;i++){led_off(i+1);}
}/***  @brief  LED跑马灯*  @param  time 延时时间*  @retval 无*/
void led_run(u16 time){u8 i;for(i=0;i<8;i++){led_on(i+1);delay_10us(time);led_off(i+1);}
}

main.c

#include "led.h"
/***  @brief  仅提供一个demo*  @author Qiu*  @date   2023.4.13*/void main(){// 点亮一颗LED//led_on(2); while(1){// 流水灯//led_stream(50000);  // 跑马灯led_run(50000);  }
}

多文件调用为C语言内容，本文不再赘述。我只写了几种LED显示函数，各位童鞋可以自行扩充，改写。

总结

单片机是软件和硬件的桥梁，这跟C语言在编程语言中的地位类似。一般是先了解硬件的原理和硬件电路图之后，才开始软件的算法编程，实现相应的效果。路还很长，共勉。

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