任务引入

在我们给手机充电时，看到指示灯亮，当我们的手机充满电时，充电指示灯自动熄灭；当我们开空调时，指示灯亮给我们提示压缩机工作，当室内温度到达设定温度时，压缩机指示灯自动熄灭；当我们用电饭煲做饭时，加热工作灯提示，当处于保温状态时，加热指示灯自动熄灭。它们的实现不但有相关的硬件支持，也是通过单片机软件控制实现的，如何控制LED灯的亮或灭呢？今天我们一起解开这魔幻奥秘吧！

任务目标

知识目标：1.熟悉十进制、二进制、十六进制、八进制等计数方式和相互转换。

2.掌握发光二极管工作原理和检测方法。

3.了解单片机各个接口工作特性。

4.掌握单片机亮（灭）的相关指令。

技能目标：1.能使用相关仪表检测应用元器件的性能。

2.会各电子元器件的焊接方法。

3.能编写单灯亮（灭）的程序。

4.会调试单片机。

情感目标：1.在制作任务过程中养成严谨的工作态度。

2.在任务实施过程中加强沟通，团队合作。

任务描述

1.利用开发板，设计单灯控制程序，绘制单灯控制流程图。

2.对单灯控制电路相关元器件进行检测和安装，并完成联机调试，如图2-2所示。

图2-2 单灯控制电路实物图

任务实施

一、任务分析

本任务要求编写程序，并下载到开发板单片机中，完成对LED灯亮（灭）控制。本任务利用510Ω电阻限制发光二极管电流，P2.0输出信号控制LED亮（灭）。

二、画程序流程图

图2-3 程序流程图

根据任务画出程序流程图，如图2-3所示。

三、编写程序

根据流程图和相关指令编写程序。

四、硬件制作

1.器材准备

单个LED亮（灭）电路是AT89S52单片机的控制较为简单的电路，它包含有：基本电路、单灯工作电路。

1）元器件表如表2-1所示。

表2-1 元器件表

2）单灯控制电路如图2-4所示。

图2-4 单灯控制电路

2.工具准备

安装基本电路的焊接工具有：电烙铁、镊子、焊锡、松香等，如图1-58所示。

3.制作要求

（1）按元器件表清点所需安装元器件

（2）检测所有元器件的特性、好坏

（3）焊接要求

1）焊接元件整体美观、分布均匀、焊接过程先焊接大件，再焊接小件。

2）焊接过程中严格按照电路施工，注重电源的正负极。

3）要求焊接的焊点光滑、饱满、无毛刺，导电性能良好。

4）焊接整体应居中部以底座分布，为以后的电路焊接调试预留布置地方。

4.电路安装

五、联机调试

1）将编写程序输入Keil中，进行程序检查，编译及下载。

2）将hex文件通过双龙下载器烧入单片机并调试。

知识链接

一、数制的转换

（1）各种进制

数制：用一组固定的数字、一套统一的规则表示数的进位制，叫数制。例如：X进制，逢X进一。

种类：十进制、二进制、十六进制、八进制等。

1）十进制

十进制：逢十进一。

基数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9。

2）二进制

二进制：逢二进一。

基数：0、1。

3）十六进制

十六进制：逢十六进一。

基数：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。

4）八进制

八进制：逢八进一。

基数：0、1、2、3、4、5、6、7。

（2）二进制使用

在单片机中，广泛采用的是只有“0”和“1”两个基本符号组成的二进制数，而不使用人们习惯的十进制数，原因如下。

1）二进制数在物理上最容易实现。例如，可以只用高、低两个电平表示“1”和“0”，也可以用脉冲的有无或者脉冲的正负极性表示它们。

2）二进制数用来表示的二进制数的编码、计数、加减运算规则简单。

3）二进制数的两个符号“1”和“0”正好与逻辑命题的两个值“是”和“否”或称“真”和“假”相对应，为计算机实现逻辑运算和程序中的逻辑判断提供了便利的条件。

（3）八进制数和十六进制数的使用

二进制数书写冗长、易错、难记，而十进制数与二进制数之间的转换过程复杂，所以一般用十六进制数或八进制数作为二进制数的缩写。而在单片机中，最常用的就是十六进制数。

（4）认识各种数制的关系

各种数制的关系如表2-2所示。

表2-2 各种数制的关系

（5）进制的转换

1）二进制数转换为十进制数。

2）八进制数转换为十进制数。

3）十六进制数转换为十进制数。

4）十进制数转换为二进制数。除二取余，先余为低，后余为高。

5）十进制数转换为十六进制数。除十六取余，先余为低，后余为高。

(www.daowen.com)

6）二进制数与八进制数间的转换。例如，把（10100101.01011101）2转换为八进制数。

由于八进制的1位数相当于二进制的3位数，所以只要将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左每3位数一组，小数部分从左向右每3位数一组，最后不足3位补零（无论向左还是向右）。

7）二进制数与十六进制数间的转换。由于十六进制的1位数相当于二进制的4位数，所以只要将二进制数从小数点开始，整数部分从右向左每4位数一组，小数部分从左向右每4位数一组，最后不足4位补零（无论向左还是向右）。

二、单片机的I/O口

AT89S52共有32条并行双向I/O口，分成4组输入/输出端口，分别记作P0、P1、P2和P3。每个端口均由数据输入缓冲器、数据输出驱动及锁存器等组成。4个端口在结构和特性上是基本相同的，但是又各有特点。

1.P0

P0口为8位、可寻址的I/O端口，以AT89S52为例，P0口分8个引脚单元及8位，分别表示P0.1～P0.7，如图2-5a所示为P0口某位内部电路结构，电路中包含有一个数据输出锁存器、两个三态数据输入缓冲器、一个数据输出的驱动电路和一个输出控制电路。当对P0口进行写操作时，由锁存器和驱动电路构成数据输出通路。由于通路中已有输出锁存器，因此数据输出时可以与外设直接连接，而不需再加数据锁存电路。

当P0口作为一般的I/O输出时，由于输出电路是漏极开路电路，因此必须外接1kΩ上拉电阻才能有高电平输出；当P0口作为一般的I/O输入时，必须先向电路中的锁存器写入1，使FET截止，以避免锁存器为0状态时对引脚读入的干扰。

图2-5 P0～P3口内部电路结构

2.P1

P1口是一个准双向口，通常作为通用I/O口使用，在电路结构上要比P0简单，当它作为输出口使用时，能向外提供推拉电流而无需外接上拉电阻；当它作为输入口使用时，同样也需要向锁存器写入1，使输出驱动电路的FET截止，P1口某位内部电路结构如图2-5b所示。

3.P2

P2口也是一个准双向口，如图2-5c所示，可以作为通用I/O口使用。由于P2口有时要作为地址线使用，因此它比P1口多了一个多路开关MUX。当它作为高位地址线使用时，MUX接通地址信号；当它作为通用I/O口使用时，MUX接通锁存器，使内部总线与其接通。当它作为输出口使用时，无须外接上拉电阻；作为输入口使用时，应区分读引脚和读锁存器。读引脚时，应先向锁存器写1。

4.P3

P3口是一个双功能口，如图2-5d所示，也是一个准双向口，既可以作为通用I/O口使用，又具有第二功能。当P3口作为通用输出口时，第二功能输出应保持高电平，与非门开通，数据可顺利地从锁存器到输出端引脚上。当作为第二功能信号输出时，该位的锁存器Q端应置1，使与门对第二功能信号的输出打开，从而实现第二功能信号的输出。当P3口作为通用输入口，或第二功能输入的信号引脚使用时，输出电路的锁存器Q端和第二功能输出信号线都应置1。当P3口的某些端口线作为第二功能用时，就不能再作为通用I/O口使用了，其他未使用的端口线仍可作为通用I/O端口使用。相反，若P3口作为通用I/O口使用，就不能再作为第二功能使用了。P3口第二功能如表2-3所示。

表2-3 P3口第二功能

三、LED灯

发光二极管（LED）是由镓（Ga）与砷（As）、磷（P）的化合物制成的二极管，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。LED的心脏是一个半导体的晶片，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，把电能转化成光能。

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成的，也具有单向导电性。当给发光二极管的A极（阳极）、K极（阴极）加上正向电压后，产生荧光。磷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。LED的实物图及符号如图2-6所示。

图2-6 LED的实物图及符号

LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2～3.6V，工作电流是0.02～0.03A。这就是说它消耗的电不超过0.1W。在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。并具有高亮度、低热量特点，在工业、民用、市政中广泛使用。

随着流过LED的电流的增加，LED的亮度也会增加，但LED的寿命也会相应缩短，因此电流以10～20mA为宜。MCS-51系列单片机的I/O口都是漏极开路的输出，想从P1、P2和P3流出10～20mA的电流会比较困难，但如果从外面流入单片机的I/O口，电流就可以大些。根据单片机的内部工作控制特性，P1、P2、P3口外部连接LED时，LED应连接电源的正极，而不接电源的负极。这样能更有效控制LED。但特别注意在用P0口控制LED时，应外接上拉电阻，LED控制示意图如图2-7所示。

图2-7 LED控制示意图

四、指令介绍

MCS-51系列单片机共有111条汇编指令，其中数据传送指令28条，算数运算指令24条，逻辑运算指令25条，控制转移类22条，位操作指令12条。它们都有与之相对应的机器码，并由机器在汇编时翻译成目标代码，以供CPU执行，除此之外，还定义了8条伪指令。伪指令和CPU可执行指令的形式类似，但不参加汇编的机器代码的生成，因此伪指令不被CPU执行，在汇编和机器代码执行中起着控制信息作用。MCS-51系列单片机指令的格式由标号操作码、操作数、注释字段组成，格式如下：

【标号：】操作码 【第一操作数】，【第二操作数】，【第三操作数】；【注释】

标号——表示该指令位置的符号地址，它是以英文字母开始或数字组成的字符串。通常在程序的分支程序或转移程序的目的地址处标出，其他地方可省略。

操作码——表示指令执行意义，如加、减、乘、除、传递等，是指令的核心部分。

操作数——表示操作码执行的具体数据或内容。

注释——指令功能的文字解释。

例如：LOOP：MOV R0，00H；将00H地址的内容传送到R0寄存器中。

MCS-51系列单片机常用符号标识：

A——累加器A为8位寄存器，是常用的专用寄存器，它既可以存储数据，也可以存放中间运算结果。在指令运行中，还可以用作中间数据转递或中转站。

B——寄存器B为8位寄存器，是专门为数据的乘或除来放置乘数和被除数的，在计算完成后放置乘数的高8位或除后的余数。同时也可以作普通寄存器使用。

Ri——工作寄存器，即R0，R1。数据运算时作间接寻址时存放地址。

Rn——工作寄存器，即R0，R7。数据运算时存储数据或控制程序时用到。

Direct——内部ROM地址，表示ROM中00H～FFH中的某一个地址。

#data——8位立即数，表示一个数据。

PC——16位程序寄存器，存放程序执行的下一条指令的地址。

DPTR——16位数据寄存器，通常用于存放间接寻址的地址。

1.起始地址伪指令ORG

伪指令不是单片机本身的操作指令，不会命令单片机进行任何操作，从而不影响程序的执行，仅仅是用来帮助进行汇编或编辑程序时指示紧后程序放置地址。ORG主要用来指定程序或数据的起始地址，起指示作用。

ORG0030H表示的意义是：紧后指令MOVA，56H及以后的程序存放的地址从0030H单元开始。

2.汇编结束伪指令END

用于汇编语言源程序末尾，指示源程序到此结束。在机器汇编时，放置在END后的程序指令不会被编译，即不会被执行。所以，END必须放置在整个程序的结尾。

3.置位指令SETB

指令功能：内部RAM可寻址位或专用寄存器指定位置位；操作针对二进制数的一位。

指令格式：SETB bit；bit←1。

例如：SETBP1.0功能是将P1.0，即P1口第1引脚置位（高电平）。不管P1.0原来是什么状态，执行该指令后，P1.0=1。

4.清零指令CLR（与SETB相对应）

指令功能：内部RAM可寻址位或专用寄存器指定位复位；操作可针对二进制数的一位。但也可针对累加器A。

指令格式：CLR bit； bit←0。

例如：CLRP1.0功能是将P1.0，即P1口第1引脚复位（低电平）。不管P1.0原来是什么状态，执行该指令后，P1.0=0。

5.数据传输指令MOV（内部数据传输指令）

指令功能：它是指令中最基本、最重要的指令，承担存储空间中相互数据的传递，相当于计算机应用中的复制功能。指令中把源操作数（右边操作数）中的数据传送到目的操作数（左边操作数）中区，而源操作数中的内容不会改变。

指令格式：MOV 操作数1，操作数2；操作数1←操作数2。

例如：MOVA，20H功能是将内部数据寄存器地址为20H内的数据传送到累加器A中，如图2-8所示。

图2-8 MOV指令示意图

6.无条件转移指令

指令功能：无条件转移指令的功能是当程序碰到该指令时，无条件的转移到该指令提供的地址去。

（1）长转移指令LJMP adde16

例如：LJMP KK1功能是执行该指令后，将KK1地址装入PC中，程序下一条指令就执行KK1为地址的程序指令。KK1可代表转移地址范围0000H～FFFFH即64KB存储空间单元。

（2）短转移指令AJMPadde11

例如：AJMP KK1功能是执行该指令后，将KK1地址装入PC中，程序下一条指令就执行KK1为地址的程序指令。KK1可代表转移地址范围0000H～07FFH即2KB存储空间单元。

（3）相对转移指令SJMPrel

例如：SJMP KK1功能是执行该指令后，将KK1地址装入PC中，程序下一条指令就执行KK1为地址的程序指令。KK1可代表转移地址范围00H～FFH即256B存储空间单元。

说明：绝对转移指令后地址通常不给出具体地址，一般用字母和数字表示转移到的指令地址号。

五、程序设计步骤

单片机不仅需要硬件电路，也需要软件设计，才能按照要求工作。所以在硬件电路安装完成后，必须进行软件设计及调试。

1.程序设计步骤

1）分析任务，确定设计思路和程序算法。

2）制定合理的程序流程图。

3）根据流程图编写程序。

4）调试、优化程序。

2.流程图表示

流程图是设计人员的设计思路的体现，也是编写程序的依据，是对设计题目内容的具体化和明确化，是设计程序的必经过程。

流程图的符号及意义如表2-4所示。

表2-4 流程图的符号及意义