1.3 流水灯实验

学习目标：掌握延时函数设计、循环移位操作，实现 8 颗 LED 依次点亮的流水灯效果。

实验原理

流水灯思想

8 颗 LED 依次点亮再熄灭，形成"流水"视觉效果。实现方法：

1. 输出模式字：控制 P1 口输出特定电平组合
2. 延时：每步之间延时一段时间（如 200ms），人眼才能分辨
3. 循环：不断循环移位，形成动态效果

流水模式

8 颗 LED 接在 P1 口，低电平点亮：

P1 = 1111 1110 (0xFE)  →  P1.0 亮
P1 = 1111 1101 (0xFD)  →  P1.1 亮
P1 = 1111 1011 (0xFB)  →  P1.2 亮
...依次循环

电路设计

与 1.2 类似，但 P1.0~P1.7 各接一颗 LED + 限流电阻：

AT89C51
┌──────┐     ┌──[R0]──[LED0]──┐
│ P1.0 ├─────┤                │
│ P1.1 ├─────┼──[R1]──[LED1]──┤  ...共8路
│ P1.2 ├─────┤                │   全部接 VCC
│  ... │     │                │
│ P1.7 ├─────┼──[R7]──[LED7]──┘
└──────┘

程序设计

方法一：循环移位（推荐）

/****************************************************
 * 实验名称：流水灯——循环移位法
 ****************************************************/
#include <reg51.h>

// 软件延时函数，约延时 x ms（12MHz 晶振）
void delay(unsigned int ms)
{
    unsigned int i, j;
    for (i = ms; i > 0; i--)
        for (j = 120; j > 0; j--);
}

void main(void)
{
    unsigned char led = 0xFE;   // 初始：P1.0 亮

    while (1)
    {
        P1 = led;               // 输出到 P1 口
        delay(200);             // 延时 200ms
        led = (led << 1) | 0x01; // 左移一位，低位补 1（熄灭）
        if (led == 0xFF)        // 已全部熄灭（移完一圈）
            led = 0xFE;         // 重新从 P1.0 开始
    }
}

方法二：数组查表

#include <reg51.h>

void delay(unsigned int ms)
{
    unsigned int i, j;
    for (i = ms; i > 0; i--)
        for (j = 120; j > 0; j--);
}

// 流水模式字表
code unsigned char table[] = {
    0xFE, 0xFD, 0xFB, 0xF7,
    0xEF, 0xDF, 0xBF, 0x7F
};

void main(void)
{
    unsigned char i;
    while (1)
    {
        for (i = 0; i < 8; i++)
        {
            P1 = table[i];     // 依次输出模式字
            delay(200);
        }
    }
}

关键知识点

知识点	说明
code 关键字	将数组定义到程序存储区（ROM），节省 RAM
延时函数	通过循环嵌套消耗 CPU 时间，实现软件延时
移位运算	<< 左移，`
端口输出	P1 = 0xFE; 一次输出 8 位电平

延时时间计算（12MHz 晶振）

• 51 单片机 1 个机器周期 = 12 个时钟周期 = 1µs
• for (j=120; j>0; j--); 约需 120 × 5µs ≈ 600µs
• 外层 i 次循环，总延时 ≈ ms × 1ms（近似）

常见问题

Q1：流水灯太快/太慢？

• 调整 delay() 的参数值即可
• 参数越大延时越长，速度越慢

Q2：移到最后一位后出错？

• 循环移位法要注意判断移完一圈后重置
• 建议用数组查表法，逻辑更清晰

Q3：unsigned char 溢出？

• led << 1 后高位移出丢失，配合 | 0x01 和判断语句处理

实验任务

1. 实现 8 颗 LED 从 P1.0 到 P1.7 依次点亮的流水灯
2. 扩展：实现"反向流水"（从 P1.7 到 P1.0）
3. 扩展：实现"呼吸灯"效果（提示：需用 PWM 思想，改变占空比）

考核点 / 验收标准

考核项	验收标准	分值
延时函数	能正确编写延时函数并理解时间计算	25
流水实现	8 颗 LED 实现流水效果（循环移位或查表）	30
速度调节	能通过修改延时参数调节流水速度	20
代码规范	代码注释清晰、命名规范	25

实操要求：现场实现"反向流水"（P1.7→P1.0）。