基于51单片机设计的花样流水灯设计

一、项目介绍

花样流水灯是一种常见的LED灯效果，被广泛应用于舞台表演、节日庆典、晚会演出等场合。在现代智能家居、电子产品中，花样流水灯也被广泛使用，通过调整亮灭顺序和时间，可以实现各种炫酷的灯光效果，增强用户体验。而51单片机作为一种常见的嵌入式开发平台，具有体积小、功耗低、可编程性强等优点，非常适合用于开发花样流水灯及其他嵌入式应用。

以下场景中流水灯得到了广泛的应用：

• 舞台表演：花样流水灯可用于舞台背景、音乐MV等场合，配合音乐和舞蹈，营造出炫酷、动感的视觉效果。
• 节日庆典：在传统节日如春节、中秋节等场合，花样流水灯可以用于灯笼、彩灯等装饰，为节日增添喜庆氛围。
• 晚会演出：在各种晚会、派对、聚会等场合，花样流水灯可以用于舞台效果、音乐灯光秀等，增强整个活动的氛围和趣味性。
• 智能家居：花样流水灯可以使用在居家灯光控制中，实现远程控制、定时开关、自动调节等功能，提升居住环境的科技感和人性化。

二、设计原理

2.1 基本原理

花样流水灯是一种常见的LED灯效果，通常由多个LED灯组成，通过控制每个LED灯的亮灭顺序和时间，实现花样流水灯的效果。在51单片机中，可以使用定时器和端口控制来实现这一效果。

2.2 硬件搭建

为了实现花样流水灯，需要将多个LED灯按照一定的顺序连接到51单片机的IO引脚上。电路设计上，为每个LED灯配备一个电阻，并将它们连接到5V电源引脚和地线上。

具体硬件搭建方法如下：

（1）将多个LED灯依次连接起来组成一个电路链，将第一个LED的正极接到P1.0口，第二个LED的正极接到P1.1口，第三个LED的正极接到P1.2口，以此类推，一共连接7个LED灯。

（2）为每个LED灯配备一个适当的电阻，用来限制电流，防止损坏LED。

（3）将每个LED的负极连接到5V电源引脚附近的地线上，形成一个完整的电路。

2.3 软件实现

在软件实现上，使用51单片机的定时器和端口控制来控制LED灯的亮灭顺序和时间。

具体方法如下：

（1）设置一个计数器变量count，用来保存当前亮起的LED灯的编号（从0开始）。

（2）在定时器中断处理函数中，每次计数器溢出时，将当前亮起的LED灯熄灭，并将count加1；当count等于LED灯总数时，将count重置为0。

（3）然后，再将下一个LED灯亮起，以此类推。

（4）通过控制定时器的计数周期和每个灯亮起的时间，可以调整花样流水灯的效果。

三、代码实现

3.1 流水灯代码实现1

#include < reg52.h >
 ​
 #define LED_NUM 8         // LED灯总数
 #define TIMER_TICK 500    // 定时器计数初值，控制亮灭时间
 #define HIGH 0            // 高电平
 #define LOW 1             // 低电平
 ​
 unsigned int count = 0;
 ​
 // 定时器中断处理函数
 void TimerInterrupt() interrupt 1
 {
     static unsigned long tick = 0;
 ​
     tick++;
 ​
     if (tick >= TIMER_TICK)
     {
         P1 &= ~(1 < < count); // 熄灭当前LED
         count++;             // 切换到下一个LED
 ​
         if (count >= LED_NUM)
         {
             count = 0;       // 重置计数器
         }
 ​
         P1 |= (1 < < count);  // 亮起下一个LED
         tick = 0;            // 重置计时器
     }
 }
 ​
 // 主函数
 void main()
 {
     unsigned int i;
 ​
     P1 = 0xFF;              // 所有IO口初始化为高电平
     TMOD |= 0x01;           // 定时器0，模式1，16位自动重载
     TH0 = (65536 - TIMER_TICK) / 256;
     TL0 = (65536 - TIMER_TICK) % 256;
     ET0 = 1;                // 定时器中断允许
     EA = 1;                 // 总中断允许
     TR0 = 1;                // 定时器开始计数
 ​
     while (1)
     {
         // 等待中断事件
     }
 }

3.2 流水灯实现效果2

【1】逐个点亮

#include < reg52.h >
 ​
 void Delay(unsigned int t) // 延时函数
 {
     unsigned int i, j;
     for (i = 0; i < t; i++)
         for (j = 0; j < 125; j++);
 }
 ​
 void main()
 {
     while (1)
     {
         unsigned char i; // 定义计数器i
         for (i = 0; i < 8; i++) // 循环8次，依次点亮LED灯
         {
             P0 = ~(1 < < i); // 通过位运算生成控制信号，输出到P0口，控制LED灯点亮
             Delay(500); // 延时500ms
         }
     }
 }

【2】逐个熄灭

#include < reg52.h >
 ​
 void Delay(unsigned int t) // 延时函数
 {
     unsigned int i, j;
     for (i = 0; i < t; i++)
         for (j = 0; j < 125; j++);
 }
 ​
 void main()
 {
     while (1)
     {
         unsigned char i; // 定义计数器i
         for (i = 7; i < 8; i--) // 循环8次，依次熄灭LED灯
         {
             P0 = ~(1 < < i); // 通过位运算生成控制信号，输出到P0口，控制LED灯熄灭
             Delay(500); // 延时500ms
         }
     }
 }

【3】来回流动

#include < reg52.h >
 ​
 void Delay(unsigned int t) // 延时函数
 {
     unsigned int i, j;
     for (i = 0; i < t; i++)
         for (j = 0; j < 125; j++);
 }
 ​
 void main()
 {
     while (1)
     {
         unsigned char i; // 定义计数器i
         for (i = 0; i < 8; i++) // 循环8次，依次点亮LED灯
         {
             P0 = ~(1 < < i); // 通过位运算生成控制信号，输出到P0口，控制LED灯点亮
             Delay(500); // 延时500ms
         }
         for (i = 6; i > 0; i--) // 循环6次，依次熄灭LED灯
         {
             P0 = ~(1 < < i); // 通过位运算生成控制信号，输出到P0口，控制LED灯熄灭
             Delay(500); // 延时500ms
         }
     }
 }

3.3 闪光灯的实现

下面是三个不同的闪光灯效果的代码，分别为常亮、快闪和慢闪。

【1】常亮闪光灯

#include < reg52.h >
 ​
 sbit LED = P1 ^ 0;
 ​
 void main() {
     while (1) {
         LED = 0; // LED常亮
     }
 }

【2】快闪闪光灯

#include < reg52.h >
 ​
 sbit LED = P1 ^ 0;
 ​
 void delay(unsigned int i) {
     while (i--);
 }
 ​
 void main() {
     while (1) {
         LED = 0; // LED亮
         delay(50000); // 延时一段时间
         LED = 1; // LED灭
         delay(50000); // 延时一段时间
     }
 }

【2】慢闪闪光灯

#include < reg52.h >
 ​
 sbit LED = P1 ^ 0;
 ​
 void delay(unsigned int i) {
     while (i--);
 }
 ​
 void main() {
     while (1) {
         LED = 0; // LED亮
         delay(100000); // 延时一段时间
         LED = 1; // LED灭
         delay(100000); // 延时一段时间
     }
 }

以上三个代码中，都使用了P1口的第0位来控制LED灯的亮灭。其中，第一个代码是常亮闪光灯，只需要将LED置为0。第二个代码是快闪闪光灯，使用了一个delay函数来实现延时，每次延时50000个时钟周期，即约为500ms。第三个代码是慢闪闪光灯，与第二个代码类似，只是将延时时间改为了100000个时钟周期，即约为1s。