1.3 单片机能做什么
单片机究竟能做些什么，它与数字芯片有什么关系呢？下面来回顾几个典型数字芯片实例电路，然后用单片机来实现其控制功能。
【实例1-1】 产生秒脉冲信号
方法1：用555芯片实现
在数字电路中可利用555芯片构成多谐振荡器电路产生秒脉冲。多谐振荡器电路如图1-2所示。
电路分析：
由图1-2可知，数字芯片555定时器外接电阻R1、R2和电容C1构成了一个多谐振荡器，图中电阻R1、R2和电容C1组成充电电路，电阻R2、电容C1和555芯片内的放电管T组成放电电路。在接通电源后，电源VCC通过R1和R2对电容C1充电，此时输出端OUT为高电平，充电时间常数τ =(R1+R2)C1；当电容C1两端电压充电到uC>2/3VCC时，放电管T导通，此时电容C1开始通过电阻R2和放电管T放电，输出端OUT为低电平。这一过程周而复始振荡下去，便产生如图1-2（b）所示的脉冲波。
图中输出高电平的脉冲宽度 t1由电容C1的充电时间来决定，t1=0.7(R1+R2)C1；输出低电平的脉冲宽度t2由电容C1的放电时间来决定，t2=0.7R2C1；脉冲周期t=t1+t2。
图1-2 555芯片多谐振荡器电路
由此可知，可以通过改变电阻R1、R2和电容C1的值来改变输出脉冲的宽度。
调试与仿真：
调用Proteus仿真软件，观察仿真电路运行情况，其仿真结果如图1-3所示。
图1-3 555芯片多谐振荡器电路仿真
方法2：用单片机控制实现
现在用单片机控制来完成秒脉冲，单片机控制LED电路框图如图1-4所示。
图1-4 单片机控制LED电路框图
电路分析：
由图1-4可知，只要给单片机的P1.0口送0信号，LED灯亮；送1信号，LED灯灭。如果不断反复地送0、1、0、1…信号，LED灯便可以不断循环闪烁。
编写程序：
编写C51控制源程序如下所示。
/**************************************************************************
* @File：chapter 1_1.c
* @Function：LED1灯间隔1s循环闪烁
*************************************************************************/
#include<reg51.h> //51系列单片机头文件
#include<stdio.h> //标准I/O库函数头文件
#define uint unsigned int //宏定义
sbit LED1=P1^0; //定义单片机P1口的第一位接LED灯
uint i,j; //定义变量
void main() //主函数
{
SCON=0x52; //串口初始化打开串口窗口
TMOD=0x20;
TH1=0xf3;
TR1=1;
printf("Program Running!\n"); //输出三行信息
printf("LED1 ON ： 1s \n");
printf("LED1 OFF： 1s \n");
printf("\n ");
while(1) //大循环
{
LED1=0; //点亮第一个发光二极管
for(i=1000;i>0;i--) //延时1s
for(j=125;j>0;j--);
LED1=1; //关闭第一个发光二极管
for(i=1000;i>0;i--) //延时1s
for(j=125;j>0;j--);
}
}
图1-5 LED1灯间隔1s循环闪烁
调试与仿真：
启用Keil软件编译、调试、运行程序，同时调出键盘、LED显示实验仿真板，在Keil开发环境中进行仿真，其仿真显示结果如图1-5所示。
通过调试程序可以发现，要想改变输出脉冲的宽度，不用修改硬件电路，只需改变调试程序里的延时函数的参数值即可，也就是实现了用软件来控制硬件电路，使电路功能的调试修改更加简单方便。
【实例1-2】 实现8个LED灯循环点亮与熄灭
方法1：用74LS194芯片实现
在数字电路中可利用两片74LS194双向移位寄存器来实现八彩灯的循环点亮与熄灭，电路原理图如图1-6所示。
图1-6 数字芯片完成8个LED轮流循环点亮与熄灭电路
电路分析：
由图1-6可知，两片74LS194芯片连接成了一个8位二进制双向移位电路，通过A、B控制端控制74LS194双向移位寄存器的方向。
（1）右移：将控制端A接低电平，B接高电平，秒信号输入端（CP）接图1-2多谐振荡器电路OUT端。接通电源，电路中的发光二极管从左至右逐个循环点亮，然后又从左至右逐个循环熄灭，依此规律不断循环。
（2）左移：关闭电源，将控制端A接高电平，控制端B接低电平，秒信号输入端（CP）接555定时器构成的秒信号发生器。再次接通电源后，与原来的显示方式不同，电路中的发光二极管从右至左逐个循环点亮，然后又从右至左逐个循环熄灭，依此规律不断循环。
调试与仿真：
调用Proteus仿真软件，观察仿真电路运行情况，其电路仿真结果如图1-7所示。
图1-7 数字芯片8个LED轮流循环点亮与熄灭电路仿真
对于上述电路，要想改变八彩灯显示花样，需要重新设计电路图才行，这样做相当麻烦，所以单一由数字芯片构成的数字电路其控制灵活性较差。
方法2：单片机控制实现
现在用单片机控制来实现8个LED轮流循环点亮与熄灭，同时通过修改程序改变显示花样和显示速度。
图1-8 单片机控制八彩灯电路框图
单片机控制八彩灯电路框图如图1-8所示。
电路分析：
由图1-8可知，要使8个LED灯循环点亮与熄灭，只需在单个LED闪烁的基础上，循环点亮或熄灭下一个LED灯即可。在这里采用数组形式定义彩灯的花样代码，每经过1s，再取下一个LED灯的花样代码，不断循环。
编写程序：
编写C51控制源程序如下所示。
/**************************************************************************
* @ File：chapter 1_2.c
* @ Function：8个LED轮流循环点亮与熄灭
**************************************************************************/
#include<reg51.h> //51系列单片机头文件
#include<stdio.h> //标准I/O库函数头文件
#define uint unsigned int //宏定义
#define uchar unsigned char //定义LED显示花样代码
uchar code table[4][8]={{0xfe,0xfc,0xf8,0xf0,0xe0,0xc0,0x80,0x00},
{0x01,0x03,0x07,0x0f,0x1f,0x3f,0x7f,0xff},
{0x7f,0x3f,0x1f,0x0f,0x07,0x03,0x01,0x00},
{0x80,0xc0,0xe0,0xf0,0xf8,0xfc,0xfe,0xff}} ;
void delayms(); //延时函数声明
void main() //主函数
{
uchar x,y; //定义变量
SCON=0x52; //串口初始化
TMOD=0x20;
TH1=0xf3;
TR1=1;
printf("Program Running!\n"); //输出两行信息
printf("8个LED轮流循环点亮与熄灭 ");
printf("\n ");
while(1) //大循环
{
for(x=0;x<4;x++)
{
for(y=0;y<8;y++)
{
P1=table[x][y];
delayms();
}
}
}
}
void delayms() //延时函数
{
uint i,j;
for(i=1000;i>0;i--)
for(j=125;j>0;j--);
}
调试与仿真：
启用Keil软件编译、调试、运行程序，同时调出键盘、LED显示实验仿真板，在Keil开发环境中进行仿真，其仿真显示结果如图1-9所示。
图1-9 8个LED间隔1s轮流循环点亮与熄灭显示仿真
对于上述单片机控制系统，要想改变八彩灯的显示花样，只需要通过调试程序，修改数组中定义LED显示花样中的代码值，便可以很方便地改变八彩灯的显示花样；同时通过改变延时函数中的循环参数值，可以很方便地控制花样彩灯的显示速度。
【实例1-3】 实现0～9数字计数、译码、显示
方法1：用74LS161芯片实现
在数字电路中可利用74LS161计数芯片实现数字增1计数，再通过74LS48译码器芯片译码，最后将译码得到的二进制代码送八段数码管显示，电路原理图如图1-10所示。
图1-10 数字芯片实现计数译码显示逻辑电路
电路分析：
该逻辑电路的功能是对555定时器输出的秒脉冲的个数（0～9）进行递增计数，并通过译码显示电路将所计的脉冲数显示出来。
555定时器产生秒脉冲信号，每产生一个脉冲，由74LS161计数芯片完成对秒脉冲的计数，将计数值送给74LS48译码器芯片进行译码，再通过LED数码管显示出对应的脉冲个数。
调试与仿真：
调用Proteus仿真软件，观察仿真电路运行情况，其电路仿真结果如图1-11所示。
图1-11 数字芯片0～9计数译码显示电路仿真
对于上述电路，如想改变显示结果，同样需要通过改变硬件电路才能实现。
方法2：单片机控制实现
现在用单片机控制来完成0～9数字计数译码显示。
单片机控制实现0～9数字显示电路框图如图1-12所示。
电路分析：
由图1-11可知，采用单片机控制实现0～9数字显示，只要通过单片机P0口，每经过1s送一个数字0～9的字形代码即可，0～9数字代码用数组形式定义。
图1-12 单片机控制实现0～9数字显示电路框图
编写程序：
编写C51控制源程序如下所示。
/**************************************************************************
* @ File：chapter 1_3.c
* @ Function：10s计数显示
**************************************************************************/
#include<reg51.h> //51系列单片机头文件
#include<stdio.h> //标准I/O库函数头文件
#define uint unsigned int //宏定义
#define uchar unsigned char
uchar code table[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80, 0x90};
//共阳极数码管0～9字形码
void delayms(); //延时函数声明
void main() //主函数
{
int num1; //定义变量
SCON=0x52; //串口初始化
TMOD=0x20;
TH1=0xf3;
TR1=1;
printf("Program Running!\n"); //输出两行信息
printf("10秒显示 ");
printf("\n ");
while(1) //大循环
{
for(num1=0;num1<10;num1++)
{
P0=table[num1]; //送字形码
P2=0xfe; //送位选码
delayms();
}
}
}
void delayms() //延时函数
{
uint i,j;
for(i=1000;i>0;i--)
for(j=125;j>0;j--);
}
调试与仿真：
启用Keil软件编译、调试、运行程序，同时调出键盘、LED显示实验仿真板，在Keil开发环境中进行仿真，其仿真显示结果如图1-13所示。
图1-13 10秒计数显示仿真
三个典型实例总结：
用数字电路去实现某一功能，往往需要使用很多芯片，每种芯片分别完成不同的功能，然后再组合到一起实现整个电路功能。这样设计，电路很复杂、烦琐，且功能单一，灵活性差，一个电路只能完成一个功能，要想改变其功能几乎不可能实现。而用单片机实现控制，则灵活方便，硬件平台相对简单稳定，要改变实现的功能，在硬件方面改动较少时，只需增减外围电路，通过修改程序即可改变控制功能，十分易于产品功能的扩展和升级。