高级流水灯水滴效果.docx

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高级流水灯水滴效果

简介

学习嵌入式第一个例子通常都是控制一个LED亮灭，然后是花样繁多的流水灯，但不管灯的花样如何变化，单个LED的亮度没有变化，只有亮、灭两个状态，本章我们实现如何控制LED的亮度。

1什么是PWM

脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，简称PWM），是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术。

在本章的应用中可以认为PWM就是一种方波。

比如图1：

（原文件名:

120611_0.png）图1方波

是周期为10ms，占空比为60%的PWM。

占空比：

高电平在一个周期之内所占的时间比率。

2硬件设计

在例说51单片机的第三章，我们讲过如何控制开发板上LED的亮灭。

首先译码器输出端LEDS6为低，T10导通，给8个LED供电，然后通过缓冲器8个输出端BD0~BD7的控制LED的亮灭（低亮高灭）。

（原文件名:

120611_1.png）图2LED硬件连接

如果BD口输出高低不断变化，则LED会闪烁；如果这种高低电平变化非常快，由于人的视觉暂留现象，LED就会出现不同的亮度。

3软件设计

3.1PWM能否控制亮度

下面我们就用实践验证PWM是否能够控制LED的亮度，测试代码如下：

程序清单L1：

验证PWM能否控制LED的亮度

#include

#include"my_type.h"

#include"hw_config.h"

voidmain（void）

{

u8i=0;//使能独立LED的供电，即LEDS6输出低电平

LEDEN=0;

ADDR0=0;

ADDR1=1;

ADDR2=1;

ADDR3=1;//第一个LED亮

P0=0xFE;

while

（1）

{

for（i=0;i<250;i++）

{

if（i<10）

{

P0&=0xFD;//第二个灯亮

}

else

{

P0|=0x02;//第二个灯灭

}

}

}

}

L1（22-32）：

这段代码实现P0.1输出占空比为96%的方波，而P0.0恒为低。

P0.1输出如图3所示（受纸张限制，图中高低电平长度比例和实际有偏差）。

（原文件名:

120611_2.png）图3

下载验证：

从开发板上可以看到运行效果，D1比D2亮。

（这里说明一点：

当P0输出低电平时，LED亮，所以，PWM的占空比越小越亮）。

3.2产生8个亮度级别

3.1节的例子证实了我们的设想，PWM可控制LED的亮度，下面我们设计几组占空比不同的PWM，看看对LED亮度的控制效果。

代码如下：

程序清单L2：

不同占空比对LED亮度的控制

#include

#include"hw_config.h"

#include"my_type.h"//亮度级别表

codeu8LightLevel[8]={0,1,2,4,8,16,32,64};

voidmain（void）

{

u8i=0;

u8j=0;

u8k=0;

u8temp=0;//使能独立LED的供电，即LEDS6输出低电平

LEDEN=0;

ADDR0=0;

ADDR1=1;

ADDR2=1;

ADDR3=1;//开始全灭

P0=0xFF;

while

（1）//P0端口输出8组占空比不同的PWM

{

for（i=0;i<64;i++）

{

for（j=0;j<8;j++）

{

if（LightLevel[j]<=i）

{

temp|=（1<

}

else

{

temp&=~（1<

}

}

P0=temp;

}

}

}

L2（29-45）.此段程序是让P0口输出8组占空比不同的PWM，如图4：

（原文件名:

120611_3.png）图4

下载验证：

从开发板上可以看到运行效果，从D1到D8的亮度逐渐增大。

3.3水滴下落效果

根据PWM可控制LED亮度的原理，我们用8个LED实现水滴下落的效果。

第一步，水滴逐渐变大，用D1从暗变亮模拟；第二步，水滴下落，带有拖尾效果，LED逐个亮，移动速度加快，且越靠前的LED亮度越大。

程序清单L3水滴流水灯

#include

#include"hw_config.h"

#include"my_type.h"//亮度级别表

codeu8LightLevel[8]={0,1,2,4,8,16,32,64};//水滴时间，实现加速效果

codeu8LightTime[16]={16,15,14,13,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1};

voidmain（void）

{

u8i,j,k;

u8temp,count;

u8state;//使能独立LED的供电，即LEDS6输出低电平

LEDEN=0;

ADDR0=0;

ADDR1=1;

ADDR2=1;

ADDR3=1;

while

（1）//开始全灭

{

P0=0xFF;//---------------水滴逐渐变大（第一个LED亮度逐渐变大）---------

for（i=0;i<64;i++）//一个亮度级别发送64个脉冲

{

for（j=0;j<64;j++）

{

P0=0xFE;//以i为亮度级别，随着i的增大，占空比增大

for（k=0;k<64;k++）

{

if（k>i）

{

P0=0xFF;

//----------------------水滴降落过程---------------------

}

}

}

}

for（state=0;state<16;state++）//每一状态维持LightTime[state]个脉冲

{

for（count=0;count<=LightTime[state];count++）

{//temp记录8个LED的状态，0代表亮，1代表灭

temp=0x00;//一个脉冲长度j从0到63

for（j=0;j<64;j++）

//根据亮度表，依次确定8个LED当前状态，亮或灭

{

for（k=0;k<8;k++）//以j为亮度级别，每个LED亮度不一样

{

if（LightLevel[k]==j）

{

temp|=（1<

}

}

if（state<=7）

{

P0=~（（~temp）>>（7-state））;

}

else

{

P0=~（（~temp）<<（state-7））;

}

}

}

}

}

}

L2（31-46）.实现水滴变大效果，这段代码的作用可用图形表达，如图5：

（原文件名:

120611_4.png）图5

控制D1由暗变亮，用了64个亮度级别，每个级别发送64个脉冲。

L2（49-81）.实现水滴下落。

代码就不逐行解释了，大家可根据注释自己分析，主要说一下实现的方法。

定义LED有8个亮度级别，若用开发板上的8个LED表示，如图6：

（原文件名:

120611_5.png）图6

图中的红色面积代表亮度程度。

实现流水效果的方法就是：

让所有的亮度依次经过在所有LED，如图7：

（原文件名:

120611_6.png）图7

状态的持续时间从0-15逐渐减小，以模拟水滴加速。

下载验证：

下载到开发板上，可以看到水滴下落效果。

3.4定时器产生PWM

前面3个例子中，我们用循环语句虽然能产生占空比不同的PWM，但PWM的周期不好控制，对此，我们学习如何用定时器产生特定周期PWM。

关于8051定时器的使用方法，大家可以参考例说51单片机的4章和5章。

我们用定时器0产生PWM，代码如下：

程序清单L4定时器0产生PWM

#include

#include"hw_config.h"

#include"my_type.h"//亮度级别表

codeu8LightLevel[8]={1,2,4,8,16,28,50,64};//函数声明

voidtimer0_init（void）;

voidmain（void）//使能独立LED的供电，即LEDS6输出低电平

{

LEDEN=0;

ADDR0=0;

ADDR1=1;

ADDR2=1;

ADDR3=1;

timer0_init（）;

while

（1）{}}

/**********************************************************

函数名称：

timer0_init功能：

初始化定时器0

**********************************************************/

voidtimer0_init（void）

{

TMOD=0x01;//运行模式1

TH0=0xFF;//10us中断

TL0=0xFA;

EA=1;//开启中断

ET0=1;

TR0=1;//启动定时器

}

/************************************************************

函数名称：

timer0_overflow功能：

定时器0溢出中断

************************************************************/

voidtimer0_overflow（void）interruptTIMER0_OVERFLOW

{

u8i,temp=0;

staticu8count=0;

count++;

count%=64;

for（i=0;i<8;i++）

{

if（LightLevel[i]<=count）

{

temp|=（1<

}

else

{

temp&=~（1<

}

}

P0=temp;

TR0=0;

TH0=0xFF;//重新赋值

TL0=0xF7;

TR0=1;

}

L4（32）.初始化定时器0，没10us产生一次中断。

L4（55-65）.控制输出8组不同占空比的PWM。

这段代码功能和程序清单2中的功能一致。

下载验证：

下载到开发板上，可以看到D1到D8亮度逐渐增大。

3.5亮度不同的点阵

学习了用定时器产生PWM，我们可以控制更多的LED，比如LED点阵的亮度。

下面的例子实现LED点阵每行的亮度都不同。

程序清单5亮度不同的点阵

#include

#include"hw_config.h"

#include"my_type.h"

codeu8LightLevel[8]={1,2,4,8,16,32,50,64};//亮度级别表

voidtimer0_init（void）;//函数声明

voidmain（void）

{

LEDEN=0;//使能控制点阵的译码器

ADDR3=0;

timer0_init（）;

while

（1）{}}

/*****************************************************************

函数名称：

timer0_init功能：

初始化定时器0

*****************************************************************/

voidtimer0_init（void）

{

TMOD=0x01;//运行模式1

TH0=0xFF;//中断时间10us

TL0=0xF7;

EA=1;//开启中断

ET0=1;

TR0=1;//启动定时器

}

/*****************************************************************

函数名称：

timer0_overflow功能：

定时器0溢出中断

*****************************************************************/

voidtimer0_overflow（void）interruptTIMER0_OVERFLOW

{

u8i;

u8p1_value=0;

staticu8state=0;//点阵状态（扫描行数）

staticu8count=0;

TR0=0;

count++;

if（count==64）

{

state++;

state%=8;

count=0;

}

if（count

{

P0=0x00;

}

else{P0=0xFF;}

p1_value=P1&0xf8;

p1_value|=state;

P1=p1_value;

TH0=0xFF;//重新赋值

TL0=0xFA;

TR0=1;

}

L5（28）.初始化定时器，每10us中断一次。

L5（51-57）.每中断64次，点阵扫描移动到下一行，用state记录当前行数。

L5（59-66）.扫描每一行输出的PWM都不一样，使用的方式和处理独立LED一致。

L5（68-70）.输出点阵对应的位码。

下载验证：

下载到开发板上，可以看到运行效果，点阵第一行最暗，越往下越亮。

3.6点阵模拟音乐频谱分析效果

在很多音乐播放软件上，都有频谱分析的图形，如图8：

（原文件名:

120611_7.png）图8

我们用也可以模拟相似的图形，代码如下：

程序清单6：

点阵模拟音乐频谱分析

#include

#include"hw_config.h"

#include"my_type.h"

//频谱波形表

codeu8Wave[16][8]=

{

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xBB,0xFE,0xAA},

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xFB,0xAE,0xFA,0xAA},

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xEB,0xBE,0xEA,0xAA},

{0xFF,0xFF,0xFE,0xFB,0xAF,0xFE,0xAA,0xAA},

{0xFF,0xFE,0xFB,0xBE,0xEA,0xBA,0xAA,0xAA},

{0xFF,0xFE,0xBB,0xEE,0xBA,0xBA,0xAA,0xAA},

{0xFE,0xBB,0xEE,0xBA,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xBA,0xEF,0xBE,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xEE,0xBB,0xFE,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xEE,0xBB,0xFE,0xEA,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xFE,0xEB,0xBE,0xFE,0xAA,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xFF,0xEE,0xBB,0xFF,0xAE,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xFF,0xFE,0xAF,0xFB,0xEE,0xAA,0xAA,0xAA},

{0xFF,0xFF,0xFE,0xBB,0xEF,0xBA,0xAA,0xAA},

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xAB,0xFF,0xEE,0xAA},

{0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFE,0xEB,0xBE,0xAA}

};

codeu8LightLevel[8]={1,2,4,8,16,32,50,64};//亮度级别表

voidtimer0_init（void）;//函数声明

voidmain（void）

{

LEDEN=0;//使能控制点阵的译码器

ADDR3=0;

timer0_init（）;

while

（1）{}}

/*****************************************************************

函数名称：

timer0_init功能：

初始化定时器0

*****************************************************************/

voidtimer0_init（void）

{

TMOD=0x01;//运行模式1

TH0=0xFF;//10us中断

TL0=0xFA;

EA=1;//开启中断

ET0=1;

TR0=1;//启动定时器

}

/*****************************************************************

函数名称：

timer0_overflow功能：

定时器0溢出中断

*****************************************************************/

voidtimer0_overflow（void）interruptTIMER0_OVERFLOW

{

u8i;

u8p1_value=0;

staticu8state=0;//点阵状态（扫描行数）

staticu8count=0;

staticu8wave_state=0;//波形状态

staticu16wave_count=0;

TR0=0;//每中断1000次，改变波形状态

wave_count++;

if（wave_count==1000）

{

wave_count=0;//每中断64次，改变扫描的行

wave_state++;

wave_state%=16;

}

count++;

if（count==64）

{

state++;//输出位码

state%=8;

count=0;

}

if（count

{

P0=Wave[wave_state][state];

}

else{P0=0xFF;}

p1_value=P1&0xf8;

p1_value|=state;

P1=p1_value;//定时器重新赋值

TH0=0xFF;

TL0=0xF7;

TR0=1;

}

L6（6）.波形表，共16个状态，每个状态下有8个数据，即一个点阵界面。

扫描点阵时循环发送，实现动态效果。

L6（77-83）.每中断1000次，更换一个状态。

L6（86-101）.和L5的功能一致，只是点阵段码输出的数据变成了波形表。