第4章 C语言基础以及流水灯的实现（4.7 4.8）

1.1Keil软件延时
C语言常用的延时方法，有如图4-2所示4种。

图4-2 C语言延时方法
这4种延时方法，其中两种非精确延时，两种精确一些的延时。for语句和while语句都可以通过改变i的范围值来改变延时时间，但是循环的执行时间都是不能通过程序看出来的。
精确延时有两个方法，一个方法是用定时器来延时，这个方法后边课程要详细介绍，定时器是单片机的一个重点。另外一个就是用库函数_nop_();，一个NOP的时间是一个机器周期的时间。
非精确延时，只是在做一些比如小灯闪烁，流水灯等简单演示实验中使用，而实际项目开发过程中其实这种非精确延时用的很少。
前面讲LED小灯闪烁的程序采用的延时方式是for(i=0;i<30000;i++);如果把这里的i改成100，下载进入单片机，会发现小灯一直亮，而不是闪烁状态，现在就可以实验一下，改成100，然后下载观察一下现象。
人的肉眼对闪烁的光线有一个最低分辨能力，通常情况下当闪烁的频率高于50Hz时，看到的信号就是常亮的。即，延时的时间低于20ms的时候，肉眼是分辨不出来小灯是在闪烁的，可能最多看到的是小灯亮暗稍微变化了一下。要想清楚的看到小灯闪烁，延时的值必须大一点，大到什么程度呢，不同的亮度的灯不完全一样，可以做实验验证。
那么如何观察写的延时到底有多长时间呢？选择Keil菜单项Project-->Options for Target ‘Target1’...，进入工程选项，如图4-3所示。

图4-3 工程选项——时钟频率设置
打开Target这个选项卡，找到里边的Xtal(MHz)这个位置，这是填写进行模拟时间的晶振选项，从原理图以及板子上都可以看到，单片机所使用的晶振是11.0592MHz，所以这个地方填上11.0592。然后找到Debug这个选项卡，选择左侧的Use Simulator，然后点击最下边的OK就可以了，如图4-4所示。

图4-4 工程选项——仿真设置
选择菜单项Debug-->Start/Stop Debug Session，或者点击图4-5中红框内的按钮，就会进入一个新的页面，如图4-6所示。

图4-5 启动/结束调试按钮

图4-6 工程调试界面
最左侧那一栏显示单片机一些寄存器的当前值和系统信息，最上边那一栏是Keil将C语言转换成汇编的代码，下边就是写C语言的程序，调试界面包含很多的子窗口，都可以通过菜单View中的选项打开和关闭。可能会感觉这种默认的分布不符合习惯或者不方便观察特定信息，界面上几乎所有子窗口的位置都可以调整的。比如想把Disassembly反汇编窗口和源代码窗口横向并排摆放，那么只需要用鼠标拖动反汇编窗口的标题栏，这时会在屏幕上出现多个指示目标位置的图标，拖着窗口把鼠标移动到相应的图标上，软件还会用蓝色底纹指示具体的位置，如图4-7所示，松开鼠标窗口就会放到新位置了。调整后的效果如图4-8所示。

图4-7 调整窗口位置

图4-8 窗口位置调整效果
C语言的源代码文件和反汇编窗口内都有一个黄色的箭头，这个箭头代表的就是程序当前运行的位置，因为反汇编内的代码就由源文件编译生成的，所以它们指示的是相同的实际位置。在这个工程调试界面里，可以看到程序运行的过程。在左上角的工具栏里有这样三个按钮：第一个标注有RST字样的是复位，点击一下之后，程序就会跑到最开始的位置；右侧紧挨着的按钮是全速运行，点击一下程序就会全速跑起来；再右边打叉的是停止按钮，当程序全速运行起来后，可以通过点击第三个图标来让程序停止，观察程序运行到哪里了。点击一下复位后，会发现C语言程序左侧有灰色或绿色，有的地方还是保持原来的白色，可以在灰色的位置双击鼠标设置断点，就是比如程序一共20行，在第十行设置断点后，点全速运行，程序就会运行到第十行停止，方便用户观察运行到这个位置的情况。
有的位置可以设置断点，有的地方不可以设置断点，这是为什么呢？因为Keil软件本身具备程序优化的功能，如果想在所有的代码位置都能设置断点，可以在工程选项里把优化等级设置为0，就是设置Keil不进行优化。如图4-9所示。

图4-9 工程优化等级
这节课重点是看看C语言代码的运行时间，在最左侧的register那个框内，有一个sec选项，这个选项显示就是单片机运行了多少时间。单击一下复位按钮，会发现这个sec变成了0，然后在LED = 0;这一句加一个断点，在LED = 1;这个位置加一个断点，点击全速运行按钮，会直接停留在LED = 0;会看到时间变为0.00042752秒，如图4-10所示。请注意，这里设置的优化等级是默认的8，如果用的是其它等级的话运行时间就会有所差别，因为优化等级会直接影响程序的执行效率。

图4-10 查看程序运行时间
再点一下全速运行，会发现sec变成了0.16342556，那么减去上次的值，就是程序在这两个断点之间执行所经历的时间，也就是这个for循环的执行时间，大概是163ms。也可以通过改变30000这个数字来改变这个延时时间。当然了，要注意i的取值范围，你如果写成了大于65535的值以后，程序就一直运行不下去了，因为i无论如何变化，都不会大于这个值，如果要大于这个值且正常运行，必须改变i定义的类型了。后边如果要查看一段程序运行了多长时间，都可以通过这种方式来查看。
实际上，进入debug模式，除了可以看程序运行了多长时间外，还可以观察各个寄存器、各个变量的数值变化情况。点击View菜单里的Watch Windows-->Watch 1，可以打开变量观察窗口，如图4-11所示。

图4-11 变量观察窗口
在这个窗口内，可以通过双击或按F2键，然后输入想观察的变量或寄存器的名字，后边就会显示出它的数值，这个功能在后边的调试程序中比较有用，先了解一下。
1.2流水灯程序
前面学了点亮一个LED小灯，然后又学了LED小灯闪烁，现在要进一步学习如何让8个小灯依次一个接一个的点亮，流动起来，也就是常说的流水灯。先来看8个LED的核心电路图，如图4-12。

图4-12 LED小灯电路图
通过前面的课程可以了解到一个字节是8位，如果写一个P0，就代表了P0.7到P0.0的全部8个位。比如写P0 = 0xFE；转换成二进制就是0b11111110，所以点亮LED2小灯的程序，实际上可以改成另外一种写法，如下所示。
#include

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void main()
{
ENLED = 0;
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;
P0 = 0xFE; //向P0写入数据来控制LED小灯
while (1); //程序停止在这里
}
上边这个程序可以看出来，通过P0可以直接控制所有的8个LED小灯的亮和灭。下边要进行依次亮和灭，怎么办呢？如果想让单片机流水灯流动起来，依次要赋给P0的数值就是：0xFE、0xFD、0xFB、0xF7、0xEF、0xDF、0xBF、0x7F。
在C语言当中，有一个移位操作，其中<<代表的是左移，>>代表的是右移。比如a = 0x01<<1;就是a的结果等于0x01左移一位。请注意，移位都是指二进制移位，那么移位完了，本来在第0位的1移动到了第1位上，移动完了低位是补0的，所以a的值最终是等于0x02。
另外一个运算符~，这个符号是按位取反的意思，同理按位取反也是针对二进制而言。比如a = ~(0x01); 0x01的二进制是0b00000001，按位取反后就是0b11111110，那么a的值就是0xFE了。
学会了这两个符号后，就可以把流水灯的程序写出来，先把程序贴上。
#include

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void main()
{
unsigned int i = 0; //定义循环变量i，用于软件延时
unsigned char cnt = 0; //定义计数变量cnt，用于移位控制

ENLED = 0;
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;
while (1) //主循环，程序无限循环执行该循环体语句
{
P0 = ~(0x01 << cnt);       //P0等于1左移cnt位，控制8个LED
for (i=0; i<20000; i++);  //软件延时
cnt++; //移位计数变量自加1
if (cnt >= 8) //移位计数超过7后，再重新从0开始
{
cnt = 0;
}
}
}
程序中cnt是count的缩写，计数的意思，是一个常用的变量名称。当cnt等于0的时候，1左移0位还是1，那么写成二进制后就是0b00000001，对这个数字按位取反就是0b11111110，亮的是最右边的小灯。当cnt等于7的时候，1左移7位就是0b10000000，按位取反后是0b01111111，亮的是最左边的小灯，中间过程可以自己分析一下了。

审核编辑 黄宇