MCS-51单片机控制跑马灯的三种方法

　　在MCS一51单片机的控制系统中，它的四个并行8位输入输出端口P0一P3是我们经常使用的。在并行端口的编程学习中，“跑马灯”是单片机并行端口输出控制的典型实例。所谓跑马灯，是指将八个发光二极管分别连接到单片机的某一并行端口的八根线上，通过编程控制这八个发光二极管从低到高或从高到低依次点亮。

　　

　　图1   跑马灯电路图

　　如图1所示，将8个发光二极管阴极接到MCS一51单片机P1端口的8根端口线上，阳极通过限流电阻接+5V电源。要让发光二极管点亮，则对应的端口线应该为低电平（‘’0’）；而要让其熄灭，对应的端I=I线应该为高电平（“1”）。由此，我们假定“跑马灯”由端I=1的低位向高位轮流点亮．可以得到如下状态：

　　表1   跑马灯状态表

　　从表１可以看出，Ｐ１端口的状态共有８种，在“跑马灯”的显示过程中．这８种状态依次出现，循环往复。而要实现“跑马灯”的这种　显示功能．我们可以采用三种方法：

　　（１）穷举法；

　　（２）移位法；

　　（３）查表法。

　　下面分别来介绍一下这三种方法。

　　一、穷举法

　　对于单片机的显示状态来说，它的８种状态是循环显示的。所谓穷举法。是指将单片机所有的显示状态全部列举出来。写在程序的主函数中，通过while（1）的死循环来实现这些状态的循环显示。

　　程序如下：

　#ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｒｅｇ５１．ｈ＞　／／延时函数．延时０．５ｓ

　　ｖｏｉｄdelay（）

　　{

　　

　　通过上述程序可以看出，穷举法程序结构简单。直接将所有需要的状态在主函数中全部列举出来即可。

　　二、移位法

　　通过观察表一中列出的跑马灯８种状态，从０ＦＥＨ变化到７ＦＨ。这些状态从二进制来看，始终是保持７个“１”，１个“０”；并且“０”的位置从最低位依次移动到最高位，每次向左移动一位。当‘０’移动到最高位后，又重新从最低位开始。

　　在Ｃ语言中，我们学习过位操作运算符。在位操作运算符中，有专门的二进制移位运算符。其中，“＜＜”运算符表示将二进制数左移，　“＞＞”运算符表示将二进制数右移。不管是左移还是右移，移出来的空位补０。但是，我们观察跑马灯的８种状态可以看出，在“０’向左移动的过程中，移位空出来的状态是补１，这样保证始终是７个“１”，1个“０”。所以，在这里直接对最终显示的状态进行左移操作显然是不行的。由此，我们考虑将初始数据变成７个“０”，１个”１”，对初始数据进行左移，左移之后再取反，即可变成７个“１”，１个“０”的显示状态，从而实现跑马灯功能。如表２所示。

　　比较表１和表２的状态．可以看出采用先对初始状态移位再取反的方式．可以得到想要的跑马灯８种状态，从而实现跑马灯的显示。

　　程序如下：

　　＃ｉｎｃｌｕｄｅ＜ｒｅｇ５１．ｈ＞

　　ｖｏｉｄ　ｄｅｌａｙ０

　　｛　ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ　ｉ，ｊ，ｋ；　／／延时函数．延时０．５ｓ

　　ｆｏｒ（ｉ＿５；ｉ＞０；ｉ－一）

　　ｆｏｒ　０＝２００；ｊ＞Ｏ；ｊ－－）

　　ｆｏｒ（ｋ＝２５０；ｋ＞０；ｋ－－）；

　　}

　　

　　通过上述程序可以看出．移位法通过对二进制数进行移位之后再取反的方式来得到跑马灯的状态，并将其送端口实现跑马灯的显示。

　　三、查表法

　　所谓“查表”，指的是将程序中需要用到的所有数据建立成一个表格，再在程序中依次访问每一个表格数据。在Ｃ语言中，我们可以在程序开始位置将表格定义成一个数组。然后在程序中，通过循环结构程序依次访问表格数组的每一个元素（即查表）。

　　表２移位法实现跑马灯的状态表

　　

　　通过表一，我们知道跑马灯的显示状态有８种，那么我们可以将这８种状态建立成一个８个元素的数组，再通过循环结构查表，依次将每一个元素送给端口显示。

　　程序如下：

　　

　　

　　通过上述程序可以看出，查表法将跑马灯的所有数据在程序开始定义成一个数组，然后在主函数ｍａｉｎ（）中用一个ｆoｒ循环依次访问每一个数组元素。实现查表。

　　四、三种实现方法的比较

　　穷举法、移位法、查表法都可以实现单片机“跑马灯”的显示控制。

　　穷举法，顾名思义，这种方法要将所有的状态在程序中一列举出来，不管这些数据是有规律的还是无规律的。从穷举法的程序我　们可以看出，它的程序结构在三种方法中是最简单的。但是，穷举法　列举的状态越多，程序就越长。所以，穷举法比较适合于数据或状态较少的场合。

　　移位法，是采用二进制数的移位操作来实现数据的显示。我们观察表一和表二的跑马灯状态可以看出：在跑马灯中．它的每一个状态都可以通过在上一个状态的基础上移位、取反来得到。其数据的变化是有规律的。所以，移位法适合于数据呈规律变化。下一个数据可由上一个数据通过计算来得到的场合，ｋｌａｎ：“跑马灯”，以及单片机的动态扫描控制等。

　　查表法，是将所有数据在程序开始定义成一个表格。再通过循环　结构程序依次访问每一个数据来实现查表。观察查表法程序的数据，我们可以看出，所有数据都定义成了一个数组，而数组中的数据是不是有规律，对查表法没有什么影响。所以。查表法中既可以使用有规律的数据，也可以使用无规律的数据。查表法的程序比穷举法精干，使用的数据不需要像移位法要求的规律．所以在单片机的程序设计中，查表法得到了广泛的应用。比如：数码管的显示控制、LED点阵的显示控制等。