2.1 任务1：点亮一个灯_基于Proteus和Keil的C51程序设计项目教程（第2版）：理论、仿真、实践相融合-QQ阅读女生幻言网

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2.1 任务1：点亮一个灯

1.任务要求

用单片机的一个引脚控制一个LED亮起来，要求用位变量改变引脚高/低电平状态，从而使LED亮或灭。

2.任务目标

（1）掌握单片机与LED的接口电路原理，会计算限流电阻的阻值；

（2）理解并会定义引脚的位变量，会根据需要对位变量正确赋值。

3.任务分析

要点亮LED，必须要加合适的正向压降和电流。鉴于单片机的驱动能力，且输出低电平时的电流约是输出高电平时电流的20倍，故LED的阳极接固定5V电平，阴极由单片机控制，如图2-1（a）所示。分析出引脚高/低电平与LED亮/灭的逻辑关系，再由软件设置引脚高/低电平（见图2-1（b））即可控制LED的亮/灭。

图2-1 LED控制电路原理图

2.1.1 一个引脚定义和应用

1.单片机引脚与二进制位

单片机与所能接收、发送的信息只能是数字信息。单片机的信息都是通过4组I/O口——P0、P1、P2、P3来传送的。每组I/O口都有8个引脚。

单片机的一个引脚只能传送一位二制数，为操作方便，就以引脚名代表引脚的位地址，对引脚赋值就是对引脚地址写数据，如“P1.0=0；”直接表现为引脚电平为0，即实现由软件命令控制硬件引脚的电平。一组I/O口的8个引脚就代表8位二进制数，即1字节数据，如图2-2所示。

图2-2 单片机P1口引脚以及引脚与二进制数、十六进制数的关联关系

十六进制数、二进制数及十进制数的对应关系见表2-1。

表2-1 十六进制数、二进制数及十进制数的对应关系

续表

4位二进制数的简便识别方法是使用4位二进制数的权码（2³ 2² 2¹ 2⁰），即8421码。

2.引脚的位定义：sbit

引脚位定义的目的：读取或设置单片机引脚的高/低电平。

位：一个二进制位，内存中最小存储单位，其值可以是“1”或“0”。

定义格式：sbit位名=特殊功能寄存器名^整型常数位编号；

sbit也用来定义其他可寻址的特殊功能寄存器（其地址能被8整除）的位。对存储在bdata的普通变量的位也可用sbit操作。位编号的范围取决于该变量的类型。例如：

sbit定义要求基址对象的存储类型为bdata，否则只有绝对的特殊位定义（sbit）是合法的。位置“^”操作符后的最大值依赖于指定的访问对象类型，对于char、uchar而言是0～7，对于int、uint而言是0～15。

3.用户设置的位定义：bit位名

位类型可以用于变量声明、参数列表和函数返回值。位变量像其他C数据类型一样声明。例如：

2.1.2 定义一组引脚，输入/输出1字节数据

sfr和sfr16是C51扩充的数据类型，用于访问MCS-51单片机中的特殊功能寄存器的数据。

sfr：字节型（8位二进制数）特殊功能寄存器类型，占1个内存单元，利用它可以访问MCS-51内部的所有特殊功能寄存器，如单片机的4组I/O口，即P0、P1、P2、P3。

sfr16：双字节型（16位二进制数）特殊功能寄存器类型，占用两个内存单元，利用它可以访问MCS-51内部的所有两个字节的特殊功能寄存器，如数据指针DPTR。

2.1.3 亮灯逻辑

发光二极管（LED）采用砷化镓、镓铝砷和磷化镓等材料制成。其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。LED在制作时，由于使用材料不同，因此可以发出不同颜色的光。LED的发光颜色有红、黄、绿、蓝等。

加在LED两端的电压差超出导通压降时，LED开始工作，导通压降一般为1.7～1.9V。此外，还须保证LED的工作电流。当满足电流和电压的要求时，LED就可以发光了。

电压条件：必须给LED加载正向电压，正向电压为2～5V。

电流条件：达到LED的额定电流为10mA。

如图2-1（a）所示，如果用“1”表示高电平，“0”表示低电平，则当开关SW1接上高电平，即SW1=1时，D1不亮；当开关SW1接上低电平，即SW1=0时，D1亮。D1的亮与灭完全受开关SW1的控制。

如图2-1（b）所示，如果把开关SW1换成单片机的P1.0引脚，单片机引脚输出高、低电平（高电平一般为5V，低电平为0V）就可控制LED的亮/灭。单片机引脚输出高、低电平可通过编程实现。

2.1.4 Proteus界面与元器件操作

在计算机中安装好Proteus后，单击“开始”→→，启动ISIS，进入ISIS界面，如图2-3所示，主要有菜单栏、工具栏、对象选择器、预览窗口、编辑窗口、仿真运行按钮栏等。

图2-3 Proteus的ISIS界面

1.新建电路文件并保存为LED1.DSN

单击菜单“File”→“New Design”，弹出如图2-4所示的新建设计（Create New Design）对话框。单击“OK”按钮，以默认的DEFAULT模板建立一个新的图纸尺寸为A4的空白文件。若单击其他模板，再单击“OK”按钮，则会建立相应尺寸的空白文件。

单击工具按钮，选择路径，输入文件名后，再单击“保存”按钮，完成新建文件操作，文件格式为*.DSN，后缀DSN是系统自动加上的。

若文件已存在，则可单击工具栏中的打开按钮，在弹出的对话框中选择要打开的设计文件（如LED1.DSN）。

2.设置图纸大小

系统默认图纸大小为A4（长×宽为10in×7in）（in为英寸）。在电路设计过程中，若要改变图纸大小，则单击菜单“System”→“Set Sheet Size”，出现如图2-5所示的窗口。可以选择A0～A4其中之一，也可以选中底部“User（自定义）”复选框，再按需要更改右边的长和宽数据。

图2-4 创建新设计文件

图2-5 图纸大小设置窗口

3.ISIS电路设计与仿真界面简介

（1）菜单栏

菜单栏中，File、View、Edit、Tools、Design、Graph、Source、Debug、Library、Template、System、Help分别对应文件、视图、编辑、工具、设计、绘图、源程序、调试、库、模板、系统、帮助。当将鼠标移至它们时，都会弹出下级菜单。

本节重点介绍“File”（文件）、“View”（视图）菜单。

（2）编辑窗口

编辑窗口中的蓝色方框为图纸边界，可在编辑窗口中编辑设计电路（包括单片机系统电路），并能进行Proteus仿真与调试。

（3）对象选择器

对象选择器用来选择放置操作对象。在不同操作模式下，“对象”类型不同。

在元器件模式下，“对象”类型为从库中选取的元器件。

在终端模式下，“对象”类型为电源、地等。

在虚拟仪器模式下，“对象”类型为示波器、逻辑分析仪等。

对象选择器的上方带有一个条形标签，表明当前所处的模式及其下所列的对象类型。如图2-6（a）所示，因当前为元器件模式，所以对象选择器上方的标签为DEVICES。该条形标签的左角有，其中“P”为对象选择按钮，“L”为库管理按钮。

图2-6 对象选择器预览窗口

（4）预览窗口

预览窗口配合对象选择器，可用来预览对象（例如元器件），也可查看编辑窗口的局部或全局。

① 预览元器件等对象。

当单击对象选择器框中的某个对象时，对象预览窗口就会显示该对象的符号，如图2-6（a）所示，预览窗口中显示出晶振的图符。

② 预览窗口跟随编辑窗口同步显示。

单击编辑窗口，预览窗口实时显示编辑窗口内容，会出现蓝色方框和绿色方框。蓝色方框内是编辑窗口的全貌。绿色方框内是当前编辑窗口中在屏幕上的可见部分。

③ 在预览窗口中调整编辑窗口可视内容。

在预览窗口单击后再移动鼠标，绿色方框会改变位置，编辑窗口中的可视区域也相应改变。如图2-6（b）所示，编辑窗口中的可视区域处于整个可编辑窗口的右半部分，即预览窗口中绿色方框的包围部分。若要中断移动，则单击鼠标即可。

（5）仿真运行按钮

仿真运行按钮一般在ISIS窗口左下方，从左至右依次是运行、单步、暂停、停止。

4.元器件的选取与编辑

（1）元器件的选取

元器件的选取如图2-7所示。

图2-7 选取元器件

（2）元器件的编辑

① 放置。单击对象选择器中的元器件（出现蓝色背景条），将光标移至ISIS编辑窗口，单击则出现元器件桃红色高亮轮廓，将该轮廓移至期望位置再单击则完成放置。

② 选中与取消选中。单击编辑窗口中某元器件，则该元器件红色高亮显示，表示选中。若要取消选中，移动光标到编辑窗口中的空白处单击。

③ 移动。

● 单击选中元器件，再按住鼠标左键拖动至期望位置释放鼠标。

● 右击选中元器件，在弹出的对象快捷菜单（见图2-8）中单击“Drag Object”（移动对象），出现桃红色高亮元器件轮廓，移动至期望位置单击放置。

图2-8 对象快捷菜单

● 单击选中元器件，再单击工具栏中工具，出现桃红色高亮元器件轮廓，移动至期望位置单击放置。

④ 转向。

● 对象选择器中的元器件转向：单击对象选择器中元器件，再单击工具栏中转向工具按钮中相应按钮，对象预览窗口显示的元器件相应转向。

● 编辑窗口中的元器件转向：右击元器件，从弹出的快捷菜单（见图2-8）中单击相应的转向按钮。

● 快捷方法：单击选中元器件，再按键盘上的“+”“-”键实现逆时钟转、顺时针旋转。

⑤ 复制。单击选中元器件，再单击工具栏中，出现桃红色高亮元器件轮廓，移至期望位置单击放置。

注意：对元器件进行块复制时会自动编号。用普通的COPY、PAST命令适合对非电气对象进行复制操作，用它们操作元器件，会导致元器件编号重复。

⑥ 删除。

右双击元器件或右击元器件再选择弹出快捷菜单（见图2-8）中的单击命令。

⑦ 块操作（多个元器件同时操作）。

通过按住鼠标左（或右）键拖出包围多个元器件的虚框后再释放，被完全包围的元器件红色高亮显示，表示被选中，再单击工具栏中相应工具按钮，依次实现块复制、块移动、块转向和块删除。

2.1.5 亮一个LED的电路、程序设计

1.电路设计

（1）选择元器件

① 在元器件模式下，选取AT89C51、LED-GREEN、RES、CAP、CAP-ELE、CRYSTAL。复位电阻用PULLDOWN，是为了较好地实现复位按钮的复位仿真效果。

② 在终端模式下，选取电源POWER（默认为5V）、地GROUND。

（2）线路连接

在两个点间进行连线，任一点可为起点或终点，在起点左击鼠标，移动到终点再单击。在移动途中无须按住鼠标左键。

用连线方式将POWER、地GROUND接入合适的地方。

LED的限流电阻值约为300Ω。单片机控制LED电路所用元器件列表及原理图如图2-9所示，保存为LED8.DSN。

图2-9 单片机控制LED电路所用元器件列表及原理图

2.程序设计

根据图2-9（b），LED呈共阳极的接法，阳极固定接高电平，阴极受单片机的引脚控制，故只要单片机引脚输出低电平，LED就能亮。

2.1.6 编译、代码下载、仿真、测判

按1.4.1节所述方法，先在Keil中新建工程led11.uv2，然后添加源程序、设置工程选项并编译。

1.加载目标代码文件*.hex，设置时钟频率

在ISIS编辑窗口中双击AT89C51单片机，弹出如图2-10所示的加载目标代码文件和设置时钟频率的对话框。单击在“Program File”栏右侧按钮，弹出文件列表，从中选择期望的目标代码文件（格式为*.hex），再单击“OK”按钮，完成加载。

图2-10 加载目标代码文件和设置时钟频率

系统默认时钟频率为12MHz，若要改变时钟频率，则在图2-10所示对话框中的“Clock Frequency”（时钟频率）栏中填上时钟频率，再单击“OK”按钮，完成设置时钟频率的操作。

2.仿真调试

单击仿真工具按钮中的进行全速仿真，可看到与P1.0相连的LED亮了。

如要观察各引脚的电平状态，可在Proteus ISIS中，执行菜单命令“System”→“Set Animation Options”，再在弹出窗口中选中“Show Logic State of Pins”（显示引脚逻辑状态）。仿真时，在引脚上将出现红色或蓝色小方块：红色代表高电平，蓝色代表低电平。

实践记录：是否成功？__________。自评分：__________。

2.1.7 STC单片机代码下载

1.下载STC单片机的代码下载软件

从STC官网www.stcmcudata.com下载STC单片机的代码下载软件stc-isp-15xx-v6.86R-zip。

在压缩包中可看到4个文件，如图2-11所示。查看PDF格式的STC-USB驱动安装说明，根据实际的操作系统阅读相应的驱动说明。

图2-11 STC单片机的代码下载软件压缩包

2.连接硬件

对于有串口的PC，可参考图2-12通过RS-232芯片进行电平转换匹配。大多数笔记本电脑未配置9针的串口，取而代之的是USB接口，故从PC下载程序代码时须将USB接口转为可与单片机电平兼容的串口。这类接口转换芯片有CH340G、CH341G或PL2003等，应用时须对接口转换芯片安装驱动程序。单片机通过USB接口转串口芯片与PC连接的下载电路原理图如图2-13所示。另外，也可购买成熟的下载模块。

注意，电源、地、两根串行线（RXD、TXD）的连接，通信的一方TXD连接另一方的RXD，RXD与另一方的TXD相连。

图2-12 单片机与有串口PC连接的下载电路原理图

图2-13 单片机通过USB接口转串口芯片与PC连接的下载电路原理图

3.确认串口

连接硬件后，右击“我的电脑”，选择“管理”→“设备管理器”→“端口（COM和LPT）”→“通信端口”，应该可看到由USB接口转换而虚拟出的串口（COMx）。

4.运行下载软件

安装好驱动后，接入硬件，再运行下载软件，会自动识别串口。代码下载的一般步骤：选择单片机的型号→选择确认串口→打开格式为Bin或Hex的代码文件→下载→上电→等待下载完毕，如图2-14所示。

图2-14 STC单片机代码下载软件操作示意图

5.下载软件的其他功能

STC代码下载软件的右上侧有许多选项卡，提供了丰富的功能。如图2-15所示，下载代码或EEPROM文件时在相应的选项卡可见代码数据，还有些工具软件，如串口助手、波特率计算器、软件延时计算器等。例如，在“官方网站资源”选项卡下还链接了STC官网及常用资源（见图2-16（a）），在“封装脚位”选项卡下可查看芯片脚位（见图2-16（b））。可见，在这个代码下载软件中可找到有关芯片的所有资源。