[嵌入式]51单片机手把手教学（二）—— 点亮 LED 灯（GPIO 操作）

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一、51单片机的GPIO口简介

什么是 GPIO 呢？GPIO 的 英文全程是 General-purpose input/output，翻译过来就是：通用型之输入输出。GPIO 就是此之简称。

GPIO 的功能就好比电脑的输入设备（键盘、鼠标等）与输出设备（显示器、扬声器等）。因此，GPIO 是 单片机与外界进行信息传输的通道

51单片机的长条形封装是最常见的了，当然除此之外还有各种各样的封装。（封装就是包装，把芯片内部的微电子电路封装成各种形式，把引脚印出来）。下图这样的封装有40个引脚，叫 DIP-40 封装。

对于这种有40个引脚的封装方式的51单片机，有32个GPIO口，分别是：

• P0段：P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.6 P0.7
• P1段：P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7
• P2段：P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 P2.4 P2.5 P2.6 P2.7
• P3段：P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
  
  
  ★其中，P0段的GPIO口叫做P0 IO口，简称P0口

GPIO 口与外界进行信息交换的方式是：IO口上的 电平 高低
（电平其实可以类比电位。电位在数值上等于此 IO口 与 GND (通常为电源负极)的 电位差（电压））

可以回忆一下高中物理课上提到的 “电势” 概念。在静电学上一般称为电势，在电路中一般称之为电位。在这里，我们引入了一个电平的概念。
$$电位V\{\begin{array}{ccccc}& \approx & V_{cc}& \stackrel{{}_{等价于}}{}& 高电平\\ & =& 0& \stackrel{{}_{等价于}}{}& 低电平\end{array}$$
在单片机IO上，一般情况下只涉及 高电平 和 低电平（相当于二进制的0和1）

二、GPIO 操作 —— 点亮第一个LED灯

我们知道，点亮一个Led灯需要形成类似这样的电路

而在电子线路中，我们通常绘制成打开的形式，如下图（VCC作正极，GND作负极）

所以我们的做法是：将LED和电阻串联，一段接负极（接地），另一端接单片机IO口，然后 控制单片机的IO口电平 就可以决定LED是否点亮了，如图。

对于下图情况，我们让左侧单片机输出 高电平，LED灯即可点亮。

对于下图情况，我们让左侧单片机输出 低电平，LED灯即可点亮。

注意：通常我们不采用第一种情况，因为单片机IO口虽然可以达到高电压，但是输出电流不会大，因此单片机IO口给LED供电不足，导致LED不会全亮。
因此，我们一般选择第二种，利用电源直接供电，电流灌入单片机IO口的方式来给LED灯供电

三、GPIO 控制

1、使用代码控制 GPIO 的原理

51单片机的32个IO口被分成了4组，每组有8个（如本文第一节）

51单片机的每组IO口的电平状态都被储存在一个单独的8位寄存器${}^{①}$中，寄存器的位为0或1就分别对应其相应的GPIO电平为低或高。

① 寄存器是存储二进制代码（0和1）的容器。本文中介绍的是8位寄存器，也就是能容纳8个二进制数字

例如：与P2口相对应的寄存器名为 “P2寄存器” ，如果它储存的值是下表这样的：

那么就对应P2.0 P2.1 P2.4 P2.6口输出高电平，其余的P2口输出低电平。同理，剩余的3组GPIO口也是如此。

因此，操作GPIO口的原理就是：操作GPIO口对应的寄存器(或寄存器的某个位)

那么我们怎么操作这个寄存器呢？方法很简单，请往下看

2、使用C语言代码操作 GPIO 口

① 方法一 —— 操作整个寄存器

直接在C语言代码中用赋值法即可

P2 = 0x53;

0x53的是16进制的53，即53H，对应二进制01010011，即01010011B，所以它对应P2.0 P2.1 P2.4 P2.6口输出高电平

② 方法二 —— 操作寄存器的某个位

在C语言中，先定义你要操作的位，使用关键字sbit（这是标准C语言没有的关键字，是keil c51编译器的拓展关键字，用于定义寄存器的某个位）。你就可以理解成sbit就是给寄存器的某个位起一个别名。之后用等号赋值即可更改此位的0或1
sbit GPIOxy = Px^y;
符号＾在标准c语言中表示异或，但是在keil中也表示寄存器的第某位。
如上方代码，Px^y表示Px寄存器的第y位，如下

//定义变量GPIO_Led1表示P2寄存器的第0位
sbit GPIO_Led1 = P2^0;
//定义变量GPIO_Led2表示P2寄存器的第1位
sbit GPIO_Led2 = P2^1;

...
	...
	//将P2.0口 输出低电平
	GPIO_Led1 = 0;
	//将P2.1口 输出高电平
	GPIO_Led2 = 1;
	...
...

四、代码示例

示例一：点亮第一个LED灯

电路图如上图，电阻的左端接到了P2.7口上。

所以，当P2.7口输出低电平时，LED1即可被点亮.

#include "reg52.h"

sbit Led1 = P2^7;

void main() {
//51单片机IO口默认就是高电平。所以这里只需要设置P2.7口为低就行
	Led1 = 0;
	while (1);//死循环
}

或者

#include "reg52.h"

void main() {
//16进制的0x80，表示01111111，也是仅让第7位为0，剩余的为1
	P2 = 0x7f;
}

抑或

#include "reg52.h"

void main() {
//0x7f 的位运算版，跟第二种方法一样
	P2 = ~(1 << 7);
}

代码中main函数要加死循环while(1)的原因是，单片机上电之后开始执行main函数，执行结束后单片机的行为是重启，再执行main函数。所以为了不让它重启（进入等待状态）所以不要让main函数执行完，要加一个死循环

示例二：闪烁LED灯

#include "reg52.h"
//假设LED灯接在了P2.0口
sbit Led = P2^0;

void delay(unsigned int ticks){
	while(tick--);
}

void main(){
	while(1){
		Led = 0;//点亮LED
		delay(10000);//延迟
		Led = 1;//熄灭
		delay(10000);//延迟
	}
}