前言
本节内容我们学习如何控制一颗LED，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。
本节涉及到的封装源文件可在《模块功能封装汇总》中找到。
本节完整工程文件已上传GitHub，仓库地址，欢迎下载交流！
硬件介绍
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 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。
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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
原理图分析
LED的电路符号如下：
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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 P2
void 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51系列单片机的常用头文件，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，但事实上这是没有必要的。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 1110
delay(50000); //大约450ms
LED_PORT = 0xff; // 1111 1111
delay(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。单片机的晶振频率约为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 P2
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
void delay(u16 t){
while(t--);
}
void main(){
while(1){
u8 i;
LED_PORT = 0xfe; //1111 1110
delay(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 1110
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0xfd; // 1111 1101
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0xfb; // 1111 1011
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0xf7; // 1111 0111
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0xef; // 1110 1111
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0xdf; // 1101 1111
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0xbf; // 1011 1111
delay(DELAY_TIME);
LED_PORT = 0x7f; // 0111 1111
delay(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(){
u8 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P2
LED_PORT = 0xfe;
delay(50000); //延迟450ms
while(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 通用函数
** @author QIU
** @data 2023.08.23
**/
/*-------------------------------------------------------------------*/
/**
** @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
#define _LED_H_
#include "delay.h"
// 定义led引脚
#define LED_PORT P2
void led_on(u8);
void led_stream(u16);
void led_run(u16);
#endif
led.c
#include "led.h"
/**
** @brief LED控制程序
** @author QIU
** @data 2023.08.23
**/
/*-------------------------------------------------------------------*/
/**
** @brief 指定某个LED亮
** @param pos: 位置(1~8)
** @retval 无
**/
void led_on(u8 pos){
LED_PORT &= ~(0x01<<(pos-1));
}
/**
** @brief 指定某个LED灭
** @param pos: 位置(1~8)
** @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
** @data 2023.08.23
**/
/*-------------------------------------------------------------------*/
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，实现更加丰富的LED效果。
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。