一、流水灯

本章节要实现的功能是开发板的LED灯轮流点亮。

1. 硬件电路

开发板的LED灯连接到GPIO的P2口的P20~P27：

LED采用共阳极接法。这种接法的好处是点亮LED不需要I/O口输出很大功率电流；GPIO在输出低电平时LED亮。

2. 代码实现

（1）types.h

为方便后面操作，定义一个types.h用来定义变量类型，位置放在 includes/ 目录下：

#ifndef __TYPES_H__
#define __TYPES_H__

// 定义无符号8位整型数据类型
typedef unsigned char u8;  
// 定义无符号16位整型数据类型
typedef unsigned int u16;   

#endif

设置引用路径：

（2） 点亮一个LED的基本操作

这里简单给P2口赋值0或1实现GPIO口开关，实际只操作P20端口。由于输出低点平点亮，所以给0x01取反，除了最低位其它位都会变成高电平，效果就是最低位LED亮。

#include "reg52.h"
#include "types.h"

#define LED_PORT	P2
void delay_10us(u16 ten_us){
	while(ten_us--);
}

void main(){
	while(1){
		LED_PORT=~0x00;
		delay_10us(50000);
		LED_PORT=~0x01;
		delay_10us(50000);
	}
}

（3） 使用算术左移实现流水灯

下面代码控制移位关键是 ~(0x01<<i) 操作。

1. 0x01 << i：这是一个位运算操作，表示将十六进制数 0x01 （二进制为 00000001）左移 i 位。左移操作将在二进制数的右端补零。因此，0x01 << i 的结果是在二进制数 00000001 的基础上向左移动 i 位，即将 1 逐位左移 i 位。

2. ~(0x01 << i)：这是一个按位取反的操作，用于翻转 0x01 << i 的每一位，即将 0x01 << i 中的每一位 0 变为 1，每一位 1 变为 0。

3. LED_PORT = ~(0x01 << i);：这是将翻转后的结果赋值给 LED_PORT 变量。

   • 例如，如果 i=0，则 0x01 << 0 等于 00000001，经过按位取反操作后，得到 11111110，即只有最右侧的LED亮起。
   • 如果 i=1，则 0x01 << 1 等于 00000010，经过按位取反操作后，得到 11111101，即第二个LED亮起。
   • 以此类推，不断地改变 i 的值，可以控制不同LED的亮灭，从而实现LED的流水灯效果。

#include "reg52.h"
#include "types.h"

// 定义LED的端口为P2
#define LED_PORT P2         

// 延时函数，延时一段时间
void delay_10us(u16 ten_us){
    while(ten_us--);        
}

void main(){
    int i=0;    
    while(1){   
		// 控制LED的亮灭， ~(0x01<<i) 为按位取反的操作，实现LED流水灯的效果
        LED_PORT = ~(0x01<<i);  
        i++;                
        if(i>7) i=0;        
		// 延时一段时间，控制LED的流动速度
        delay_10us(50000);  
    }
}

（4） 使用库文件左移函数

这里要使用系统intrins.h库。下面的循环流水灯使用变量 direction 来表示方法，只占用一个bit即可。
crol 与 << 最大区别是，左移后溢出部分自动补到最右侧，其函数定义为：

unsigned char _crol_(unsigned char value, unsigned char count);

参数说明：

• value：待左移的字节。
• count：左移的位数。

例如，如果 value 的二进制表示为 11001010，count 为 3，则经过 crol 函数处理后，结果为 01010110。左移 3 位后，最高位的 1 移出，而原来的最低位 1 移到了最高位，其余位依次向左移动。

main程序内容：

#include "reg52.h"
#include "types.h"
#include "intrins.h"

// 定义LED的端口为P2
#define LED_PORT P2         

// 延时函数，延时一段时间
void delay_10us(u16 ten_us){
    while(ten_us--);        
}

void main(){
	int i=0;
	bit direction=0;
    while(1){
        // 
    	LED_PORT = _crol_(0xFE, i);
		if(direction==0){
		 	i++;
			if(i>=7){
				direction=1;
				i=7;
			}
		}else{
			i--;
			if(i<0){
				i=1;
				direction=0;
			}
		}

        delay_10us(50000*(i+1));
    }
}

这里延时计算把i值也带进去了，会产生类似跳跃的效果。

二、蜂鸣器

1. 蜂鸣器介绍

蜂鸣器是一种常见的声音发生器，它通过振动产生声音。通常情况下，蜂鸣器被设计成小型的电子器件，可广泛应用于各种电子设备中。

主要分类：

• 压电蜂鸣器：通过施加电压使压电晶体振动来产生声音。它们通常具有较高的效率和较低的功耗。
• 磁性蜂鸣器：通过电流在电磁铁上产生磁场，从而使得磁性振膜振动，产生声音。这种类型的蜂鸣器通常功耗较大，但可以产生较大的声音。
• 共振蜂鸣器：利用共振腔体和振膜的共振效应产生声音。这种蜂鸣器体积较小，功耗较低，但声音相对较小。

2. 硬件电路

（1）原理图

蜂鸣器需要30mA左右电流进行驱动，51的I/O口驱动能力比较弱，一般不会直接使用I/O口来驱动蜂鸣器，需要使用放大电路。
开发板使用了ULN2003D来驱动蜂鸣器，原理图如下：

蜂鸣器接在ULN2003D的12脚，通过单片机的P25来进行控制。
需要注意的是，beep 连的引脚，同时也是LED6的引脚。

（2）ULN2003介绍

• ULN2003是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。一般采用DIP—16 或SOP—16 塑料封装。

• ULN2003灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。它可以直接驱动继电器等负载；输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。

• ULN2003D 常用于驱动大功率负载，如步进电机、继电器、蜂鸣器等。

注意3.3V的高电平也可以直接驱动输入端I/O口。

内部结构图：

引脚接线图

3. 代码实现

beep_utils.h

#ifndef __BEEP_UTILS_H__
#define __BEEP_UTILS_H__
#include <reg52.h>
#include "types.h"

/**
 * 蜂鸣器端口
*/
sbit BEEP_PORT = P2^5;
/**
 * 蜂鸣器发声一段时间
*/
void beep(u16 high, u16 low, u16 times);

#endif

beep_utils.c

#include "beep_utils.h"
#include "common_utils.h"
#include "types.h"

/**
 * @brief 打开蜂鸣器
 */
void beep_on(){
    BEEP_PORT = 1;
}
/**
 * @brief 关闭蜂鸣器
 */
void beep_off(){
    BEEP_PORT = 0;
}
/**
 * @brief 蜂鸣器发声
 */
void beep_once(u16 high, u16 low){
    beep_on();
    delay(high);
    beep_off();
    delay(low);
}
/**
 * @brief 蜂鸣器发声一段时间
*/
void beep(u16 high, u16 low, u16 times){
	u16 i;
    for(i = 0; i < times; i++){
        beep_once(high, low);
    }
}

main

#include <reg52.h>
#include "beep_utils.h"
#include "led_utils.h"
#include "common_utils.h"

/**
* @brief 主函数
*/
main()
{
	// 关闭所有led
	led_all_off();
	// 打开第1个led
	led_on(0);
	led_on(7);

	beep(10, 10, 100);
	while(1)
	{
		delay(10000);
	}
}

本文代码开源地址：
https://gitee.com/xundh/learn51