任务2 流水灯的设计

设计要求

使用单片机P0端口实现8个LED的流水灯控制。

硬件设计

在Proteus的元器件库中，没有STC89C51RC单片机，但有大家较熟悉的AT89C51单片机，因此本书使用AT89C51进行电路仿真。

在桌面上双击图标，打开Proteus 8 Professional主界面，如图3-5所示。

如图3-6所示，执行菜单命令“File”→“New Project”，弹出“New Project Wizard：Start”对话框，如图3-7所示。

在“Project Name”区域的“Name”栏中输入“流水灯.pdsprj”，在“Path”栏中设定保存路径；选中“New Project”选项，单击“Next”按钮，弹出“New Project Wizard：Schematic Design”对话框，如图3-8所示。

选中“Create a schematic from the selected template.”选项，在“Design Templates”列表框中选择“DEFAULT”，单击“Next”按钮，弹出“New Project Wizard：PCB Layout”对话框，如图3-9所示。

由于不需要设计PCB文件，所以选中“Do not create a PCB layout”选项，单击“Next”按钮，弹出“New Project Wizard：Firmware”对话框，如图3-10所示。

由于不需要模拟设计，所以选中“No Firmware Project”选项，单击“Next”按钮，弹出“New Project Wizard：Summary”对话框，如图3-11所示。

单击“Finish”按钮，打开Proteus 8 Professional原理图编辑窗口，如图3-12所示。

如图3-13所示，执行菜单命令“File”→“Save Project As”，弹出“Save Proteus Project File”对话框，如图3-14所示。

确认文件名、保存类型和保存路径，单击“保存”按钮。

在元器件选择按钮中单击“P”按钮，或者执行菜单命令“Library”→“Pick parts from libraries”，弹出“Pick Devices”对话框，如图3-15所示。添加表3-2所列的元器件。

在Proteus 8 Professional原理图编辑窗口中放置元器件，再单击工具箱中的元器件终端图标，在对象选择器中单击“POWER”和“GROUND”，放置电源和接地符号。放置好元器件后，进行布线，然后用鼠标左键双击各元器件，设置相应的元器件参数，完成流水灯电路图的设计，如图3-16所示。

说明：在Proteus 8 Professional中，完成电路设计的操作步骤基本相同，因此在本书后续章节的“硬件设计”部分将不再赘述其详细的操作过程，请参照本节的硬件设计操作过程进行操作。

程序设计

流水灯又称为跑马灯，是通过单片机控制8个LED （D0～D7） 循环点亮，即刚开始时D0点亮，延时片刻后 D1 亮，然后依次点亮 D2→D3→…→D7，然后再点亮 D7→D6→…→D0，重复循环。从显示规律看，流水灯实质上是由左移和右移控制实现的，其中 D0→D1→…→D7为左移控制，D7→D6→…→D0为右移控制。要实现流水灯的左移、右移控制，可以使用移位指令、移位函数及数组这3种方法进行软件程序设计。

1） 利用移位指令实现软件程序设计 在项目二中介绍了按位左移（<<）、按位右移（>>）指令，其中按位左移（<<）是将一个操作数的各二进制位全部左移若干位，移位后，空白位补0，而溢出的位被舍弃；按位右移（>>）是将一个操作数的各二进制位全部右移若干位，移位后，空白位补0，而溢出的位被舍弃。

由于移位过程中空出位自动用0填充，而图3-16所示的电路中LED是低电平有效，因此可以将左移的移位初始数据置为0x01，右移的移位初始数据置为0x80，然后将该数据每次移位取反后送给单片机P0端口。但是，在送给P0端口前，还需判断是否已经移位8次，若是，则退出移位操作。利用移位指令实现流水灯的程序流程图如图3-17所示。

2） 利用移位函数实现软件程序设计 在C51的“intrins.h”中，有循环左移和循环右移函数，其函数原型见表3-3。intrins.h属于C51编译器内部库函数，编译时直接将固定的代码插入当前行，而不是用ACALL或LCALL指令来实现，这样可以大大提高函数访问的效率。

从表中可以看出，“_crol_”和“_cror_”分别为循环左移函数和循环右移函数，相应的两条指令可以分别取代按位左移（<<）、按位右移（>>）指令，因此使用循环移位函数实现流水灯的程序流程图可以参考图3-17。

注意：在使用内部函数时，要用＃include <intins.h>指令将intrins.h头文件包含到源程序文件中。

3） 利用数组实现软件程序设计 使用数组实现流水灯控制，可以将每一时刻的显示状态数据放在一个数组中来实现（见表3-4），每次通过调用数组中的某一元素内容来控制LED的显示状态。

从表3-4中可以看出，由D0→…→D7点亮时，就是数据中的二进制数0的位置依次左移了1位；由D7→…→D0点亮时，数据中的二进制数0的位置依次右移了1位。在C51中，要直接实现数据的计算有时不太容易，如果将所有的数据取反后，D0→…→D7依次点亮的数据就变成了0x01、0x02、0x04、0x08、0x10、0x20、0x40、0x80，也就是后一个数是在前一个数的基础上乘以2。所以在实际使用时，可以通过建立两个一维数组来实现流水灯控制，其程序流程图也可以参考图3-17。

源程序

1） 利用移位指令实现的源程序

2） 利用移位函数实现的源程序

3） 利用数组实现的源程序

调试与仿真

单击Proteus 8 Professional工具栏中的“Source Code”按钮，打开源代码编辑窗口，如图3-18所示。

执行菜单命令“Source”→“Create Project”，弹出“New Firmware Project”对话框，如图3-19所示。

在“Family”栏中选择“8051”，在“Contoller”栏中选择“AT89C51”，在“Compiler”栏中选择“Keil for 8051（not configured）”，不选中“Create Quick Start Files”选项，单击“确定”按钮，返回源代码编辑窗口。

执行菜单命令“Source”→“Add New File”，弹出“Add New File”对话框，如图3-20所示。

在“文件名”栏输入“流水灯”，在“保存类型”栏选择“C Files（*.c）”，确认保存路径，单击“保存”按钮，将“流水灯.c”添加到源文件中，输入源程序，如图3-21所示。

输入源程序后，执行菜单命令“File”→“Save Project”，保存源文件。

执行菜单命令“Build”→“Build Target”，编译源程序。若编译成功，则在“VSM Studio Output”窗口中显示没有错误，同时创建了Debug.OMF文件（该文件相当于Keil中生成的“流水灯.HEX”文件）。

说明：若要使用Keil生成的.HEX文件，在进行Proteus仿真前，必须在“Edit Component”对话框中对单片机进行加载设置，如项目一任务3中的图1-34所示。而创建.OMF文件时，无须在“Edit Component”对话框中进行设置，该文件会自动加载到单片机中。

执行菜单命令“Debug”→“Enable Remote Debug Monitor”，使Proteus与Keil真正链接起来，以便利用它们进行联合调试。

执行菜单命令“Debug”→“Start VSM Debug”，或者直接单击图标，进入Keil调试环境。同时，在Proteus 8 Professional窗口中可看到已经进入程序调试状态。

在Keil代码编辑窗口设置相应的断点。断点的设置方法是，在需要设置断点语句的空白处双击鼠标左键；再次双击，即可取消该断点。

设置断点后，在Keil中按“F5”键或“F11”键运行程序。此时可以看到D0亮，延时片刻后，接着点亮D1→D2→…→D7，然后再依次点亮D7→D6→…D1→D0，重复循环，其仿真效果图如图3-22所示。

说明：在Proteus 8 Professional中，完成调试与仿真的操作步骤基本相同，因此在本书后续章节的“调试与仿真”部分将不再赘述其详细的操作过程，请参照本节的调试与仿真操作过程进行操作。