前面一課掌握了嵌入式程序源代碼級(jí)調(diào)試，為復(fù)雜單片機(jī)實(shí)驗(yàn)程序的調(diào)試做好了準(zhǔn)備工作。本次實(shí)驗(yàn)完成流水燈電路模型設(shè)計(jì)和編程，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)習(xí)流水燈電路設(shè)計(jì)、編寫延遲函數(shù)、循環(huán)移位宏定義。

流水燈電路設(shè)計(jì)

本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求通過(guò)單片機(jī)P0口實(shí)現(xiàn)流水燈控制電路，P0口8個(gè)端口外接8個(gè)LED，每個(gè)LED串聯(lián)一個(gè)200歐姆的限流電阻，8個(gè)限流電阻的公共端接5V直流電源。電路設(shè)計(jì)如下圖所示：

8個(gè)LED正極端通過(guò)串聯(lián)電阻接5V直流電源，負(fù)極端接P0端口，只要給P0端口一個(gè)低電平，就可以點(diǎn)亮LED，若需要熄滅LED，需要給P0端口一個(gè)高電平，要實(shí)現(xiàn)LED流水燈功能，只要將8個(gè)LED依次點(diǎn)亮、熄滅即可。

編寫時(shí)間延遲函數(shù)

流水燈電路要求LED依次點(diǎn)亮，每個(gè)LED要持續(xù)亮一段時(shí)間后熄滅。用程序來(lái)控制LED的點(diǎn)亮和熄滅，只需要將與LED連接的端口寫入低電平或高電平即可，代碼如下：

#include
void main()
{
       P0 = 0xFF;
    P0 = 0xFD;
}

上述代碼第1條語(yǔ)句將P0第0位寫入低電平，與第0位連接的lED被點(diǎn)亮，第2條語(yǔ)句將第0位寫入高電平，與第0位連接的lED熄滅。兩條語(yǔ)句連續(xù)執(zhí)行，每條語(yǔ)句的執(zhí)行時(shí)間非常短，也就十幾微秒，LED點(diǎn)亮后很快被熄滅，人們通過(guò)眼睛感覺不到LED被點(diǎn)亮。因此需要在第1條語(yǔ)句和第2條語(yǔ)句之間進(jìn)行時(shí)間延遲，延遲一段時(shí)間后再執(zhí)行第2條語(yǔ)句。

如何用軟件來(lái)模擬延時(shí)時(shí)間呢？在設(shè)計(jì)的電路模型中，51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是12MHZ，一個(gè)時(shí)鐘周期約0.08微秒，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘周期構(gòu)成，一個(gè)機(jī)器周期約1微秒，51單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)指令的時(shí)間是機(jī)器周期的倍數(shù)，若使用for循環(huán)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間延遲，一條基本的for循環(huán)語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)間大約為8微秒，若延遲500毫秒，大約需要執(zhí)行500*120次循環(huán)。

// 時(shí)間延遲函數(shù)
void delay(unsigned int millisecond)
{
       unsigned int i,j;
       for(i=millisecond;i >0;i--)
              for(j=120;j >0;j--);
}

delay()函數(shù)延遲millisecond毫秒，函數(shù)使用for嵌套循環(huán)，外層for循環(huán)用于控制延遲的毫秒數(shù)，內(nèi)層for循環(huán)用于控制1毫秒執(zhí)行的語(yǔ)句次數(shù)。

循環(huán)移位

流水燈需要在每個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)只有一個(gè)LED點(diǎn)亮，其余LED均為熄滅狀態(tài)，流水燈可以通過(guò)循環(huán)左移實(shí)現(xiàn)。循環(huán)左移是將操作數(shù)的二進(jìn)制位按1位進(jìn)行循環(huán)左移，移出的位并不會(huì)丟失，而是被后續(xù)移動(dòng)的位填充。

P0默認(rèn)值為0xFE，P0第0位的LED被點(diǎn)亮，其它位熄滅；延遲一段時(shí)間后，P0循環(huán)左移1位，其值為0xFD，P0第1位LED被點(diǎn)亮，其它位熄滅；延遲一段時(shí)間后，P0循環(huán)左移1位，其值為0xFB，P0第2位LED被點(diǎn)亮，其它位熄滅；以此類推，P0不斷循環(huán)左移1位，從而實(shí)現(xiàn)了流水燈控制。

C語(yǔ)言并沒有提供循環(huán)左移或循環(huán)右移的運(yùn)算功能，需要開發(fā)者自己編程實(shí)現(xiàn)。

循環(huán)左移位的具體算法如上圖所示：value為操作數(shù)，其值為0xFE，先將value左移1位，賦值給變量a，其值為0xFC，然后將value右移7位，賦值給變量b，其值為0X1，最后計(jì)算a|b，計(jì)算結(jié)果為value循環(huán)左移1位，并將計(jì)算結(jié)果賦值為value。

流水燈算法實(shí)現(xiàn)代碼如下：

void main()
{
    unsigned char value=0xfe,a,b;
       unsigned char count = 0;
       while(1)
       {
             
              P0 = value;
              delay(5000);
              a = value < < 1;
              b = value > > 7;
              value = a | b;
              count += 1;
              if( count >= 8 )
              {
                     value = 0xfe;
                     count = 0;
              }
       }
      
}

算法通過(guò)while循環(huán)實(shí)現(xiàn)流水燈控制，在循環(huán)內(nèi)部，變量value賦值給P0，點(diǎn)亮第0位的LED，其它位的LED為熄滅狀態(tài)，然后調(diào)用delay()函數(shù)延遲5000毫秒，value循環(huán)左移1位，在下輪循環(huán)中，點(diǎn)亮第1位的LED，其它位的LED為熄滅狀態(tài)，以此類推……。

count為計(jì)數(shù)變量，當(dāng)流水燈循環(huán)點(diǎn)亮一次后，將value重新賦值為0xFE，并將conunt清零。

考慮到循環(huán)移位是經(jīng)常使用的操作，可以將循環(huán)左移位操作定義為宏，在代碼中直接調(diào)用宏就可以了。

循環(huán)左移位的宏定義：

#define ROTATE_LEFT(x) ((x) << 1) | ((x) >> 7 )

完整C程序代碼如下：

#include
#define ROTATE_LEFT(x) ((x) < < 1) | ((x) > > 7 )
void delay(unsigned int millisecond)
{
       unsigned int i,j;
       for(i=millisecond;i >0;i--)
              for(j=120;j >0;j--);
}
void main()
{
    unsigned char value=0xfe,count=0;
       while(1)
       {
              P0 = value;
              delay(5000);
              value = ROTATE_LEFT(value);
              count += 1;
              if( count >= 8 )
              {
                     value = 0xfe;
                     count = 0;
              }
       }
      
}

實(shí)驗(yàn)小結(jié)

通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，掌握了流水燈的電路模型設(shè)計(jì)和編程，流水燈電路模型比較簡(jiǎn)單，單片機(jī)通過(guò)I/O口的8個(gè)端口來(lái)控制8個(gè)LED的點(diǎn)亮和熄滅。流水燈的控制通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，編程主要涉及到時(shí)間延遲函數(shù)和循環(huán)左移位宏定義，時(shí)間延遲函數(shù)用于控制間LED點(diǎn)亮和熄滅的隔時(shí)間，循環(huán)左移位用于控制I/O口循環(huán)輸出高電平和低電平。