【SOC基础】单片机学习案例汇总 Part1：电机驱动、点亮LED

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一、驱动电机

1.1 直流电机介绍

直流电机介绍：一种将电能和机械能互相转换的装置。一般直流电机有两极，当电极正接时，电机正转；电极反接，电机反转。
直流电机组成：永磁体（定子）、线圈（转子）和换向器。定子的主要作用是产生磁场。转子的主要作用是产生电磁转矩和感应电动势。

驱动芯片介绍：如果直接使用芯片的GPIO管脚去驱动大功率器件（继电器、LED等），要么将芯片烧坏，要么就驱动不起来。开发板上板载的驱动芯片是ULN2003，该芯片是一个单片高电压、高电流的达林顿晶体管阵列集成电路，可以用来驱动直流电机。

从上图可知，ULN2003的输入口与单片机的P1.0-P1.3连接，对应输出则是OUT1-OUT4，而J47则是提供给外部连接电机的接口，可以支持直流电机、五线四相步进电机28BYJ-48连接。本实验使用的是直流电机，电机的一根线连接在VCC上，另一根连接在OUT1上，因此可通过单片机P1.0口输出高电平来控制电机旋转，OUT1输出低电源控制电机停止。注意：单片机P1.0输出低电平时，ULN2003的OUT1并不会输出高电平导致停止，而是因为集电极开路，导致电机无电流流入致使停止。

1.2 电机驱动代码

控制直流电机驱动的代码：

#include 
sbit Motor = P1^0;
void main()
{
    Motor = 1;
}

1.3 变速控制电机驱动

步进电机的介绍：除了直流电机外还有步进电机、舵机、无刷电机、空心杯电机等。步进电机是将电脉冲信号转换为角位移或是线位移的开环控制单元。
PWM介绍：PWM是Pulse Width Modulation的缩写，即脉冲宽度调制，简称脉宽调制。在具有惯性的系统中，可以用过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获得所需要的模拟参数，常用于电机空速、开关电源等领域。
PWM重要参数：
1.频率（1/T，T指的是一个周期的时间）
2.占空比（开启时间/总时间，或是开始时间/关闭时间），占空比其实就是一个周期内高电平时间与周期的比值。占空比注意是开启时间与一个周期时间的比值。
3.精度
产生PWM的方法

通过改变比较值的大小进而改变占空比。比较值越大，低电平就会占比越大，占空比越低，导致LED等会比较亮（LED是给高电平会亮）。
通过PWM以及按键控制电机变速运转
ULN2003芯片介绍其实就是用为将低电流转换为高电流、低电压转换为高电压的作用。

二、点亮LED

2.1 LED介绍

中文名：发光二极管
外文名：light emitting diode，简称：LED

具有单向导电性，一般我们控制在3mA-20mA。通常我们会在LED管脚上串联一个电阻，目的就是为了限制通过发光二极管的电流不要太大，因此这些电阻又可以称为“限流电阻”。直插式发光二极管长脚为阳极，短脚为阴极。电流只能从阳极流向阴极。

2.2 案例1：点亮一个LED

由于单片机是TTL电平，因此高电平是+5V，低电平是0V。因此控制一个LED灯的亮灭就是控制负极的电平即可。通过如下的LED电路图可知，要让LED发光即对应的阴极管脚应该为低电平，若为高电平则熄灭。

按键介绍：按下按键就会导通开关，相当于一根导线（低电平），当松手时开关断开（由于存在上拉电阻，所以自然状态下是高电平）
按键抖动现象：由于机械点的弹性作用，按键开关在闭合时不会马上稳定的接通，在断开时也不会一下子断开，因而在闭合和断开的瞬间均伴随着一连串的抖动。抖动时间的长短由按键的机械特性决定的，一般为5ms到10ms。
按键消抖方式：为了确保CPU对按键的一次闭合仅作一次处理，必须进行消抖。
一种是硬件消抖，另一种是软件消抖。为了使电路更加简单，通常采用软件消抖，一般来说一个简单的按键消抖就是先读取按键的状态，如果得到按键按下之后，延时10ms，再次读取按键的状态，如果按键还是按下状态，那么说明按键已经按下。其中延时10ms就是软件消抖处理。

按键电路是如何工作的？
按下就是一根导线一样，直接接地，也就是低电平；不按下的时候因为存在上拉电阻，存在电压差，因此是高电平。
(由于开发板IO都有上拉电阻，所以默认IO为高电平）
独立按键电路构成是由各个按键的一个管脚连接在一起接地，按键其他引脚分别接到单片机IO口。
单片机的IO口既可作为输出也可作为输入使用，当检测按键时用的是它的输入功能，独立按键的一端接地，另一端与单片机的I/O口相连，开始时先给该IO口赋一高电平，然后让单片机不断地检测该I/O口是否变为低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O口变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。

程序代码

#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;

sbit LED1=P2^0;

void delay_10us(u16 ten_us)//当传入Ten_us=1时，大约延时10us
{
	while (ten_us--);
}	
void main (
{
	while(1)
	{
		LED1=0;//点亮
		delay_10us ( 50000) ;//大约488msLED1=i;//熄灭
		delay_10us (50000) ;
	}
}

1s=1000ms；1ms=100us。输入1时，等于10微妙。
Typedef 用于重定义数据类型名称

案例2：流水灯

什么是流水灯？流水灯的本质其实就是多个灯间隔一定时间依此亮灭，像水流一样。
流水灯的不同8个状态：
第1个状态等于0x80（10000000），
第2个状态等于0x40（01000000），
第3个状态等于0x20（00100000），
第4个状态等于0x10（00010000），
第5个状态等于0x08（00001000），
第6个状态等于0x04（00000100），
第7个状态等于0x02（00000010），
第8个状态等于0x01（00000001），
延时时间越长流水灯就流的越慢，越短就流水越快。
如何实现流水灯？
8个状态一次执行，完成后从头开始，其实就是一个循环。下面以两个
实现流水灯的代码：
第一种：功能实现了，但是写的太笨了，如果状态变多程序就会更长。

While（1）
{
	P0=0x80;
	delay();
	P0=0x40;
	delay();
	P0=0x20;
	delay();
	P0=0x10;
	delay();
}

第二种：改进思路：通过变量运算来得到合适的端口输出值
(1)首先定义变量unsigned char a，初值等于0x80（10000000）
(2)8个状态，其实就是a依次右移0-7位
(3)相当于是用C语言让单片机自己去运算得到每个状态的端口值，而不用自己事先去计算好。这样程序就简化了。

#include "reg52.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16:
define LED_PORT  P2//使用宏定义将P2端口定义。
void delay_10us (u16 ten_us)//当传入Ten_us=1时，大的延时10t
{
	while(ten_ua--) :
}
void main()
{
	uB i=0;
	while(l)
		{
			for(i=0;i<8;i++)
			{
				LED_PORT=~(0x01<<2);
				delay_10us(5000);
			}
		}
}	

上图中的是左移，也可以右移，就不需要加取反的符号。

案例3：按键点亮LED

使用按键控制LED的亮灭，通过开发板上的独立按键K1控制D1指示灯亮灭。

#include 
sbit LED1=P2^0;
sbit KEY1 =P3^0;
void main()
{
    if(KEY1==0)
{
LED1=0;
}
else
{
LED1=1;
}
}

案例4：跑马灯效果实现

什么是跑马灯？跑马灯和流水灯非常像，不同的是：流水灯是8颗LED其中7灭1亮，亮的在移动；跑马灯是8颗LED7亮1灭，灭的在移动。
实现思路分析
01111111 0x7f 10000000
10111111 0xbf 01000000
11011111 0xdf 00100000

(1)编程实现跑马灯，必须用到C语言的2种技巧：左移(右移)、按位取反
(2)C语言中~这个符号表示对一个数字按位取反，譬如一个数01111111按位取反后变成了10000000。而11011111按位取反后变成了00100000

void main (void)
{
	unsigned char i =0;//i控制循环次
	while (1)
	{
		unsigned char d = 0x80;//端口值
		for (i=0; i<8; i++)
			{
				PO = ~d;//d按位取反后0端口
				d >>=1;
				delay ();
			}
}