单片机常用电路3-按键检测、LED驱动电路

在单片机入门学习中，最简单、最常见的两种入门元器件大概就是按键和LED了，围绕按键和LED可以基本上把单片机的功能学很多，例如按键可以用来学习单片机的端口输入功能、端口外部中断功能、定时/计数器的计数功能等等；而LED可以用来学习单片机的端口输出功能，定时/计数器的定时功能、PWM功能，位操作功能，电压比较器功能，以及单片机多种操作控制、流程指示等功能。

现在我们就来简单了解一下按键检测和LED驱动电路。

1、按键检测电路

图1是按键检测电路。该电路图包含两种电路：

图1 按键检测电路

一种是连接按键的单片机端口在按键未按下时，处于低电平状态，当按键按下后，单片机端口变为高电平，也就是说，当单片机端口检测到端口电平由低电平变为高电平后，可以判断为按键按下。

另一种是连接按键的单片机端口在按键未按下时，处于高电平状态，当按键按下后，单片机端口变为低电平，也就是说，当单片机端口检测到端口电平由高电平变为低电平后，可以判断为按键按下。

这种按键检测电路的缺点是没有防抖动功能，所以要实现消抖功能，必须通过单片机软件编程实现。

另外，电路中的电阻的作用是为了保护端口，避免电源直接连到单片机端口导致的烧毁端口情况发生。

2、带消抖功能的按键检测电路

图2是带消抖功能的按键检测电路，同样的，带消抖功能的按键检测电路也分为按键平时处于高电平还是低电平两种。我们以按键未按下时处于高电平，按下后处于低电平为例来了解一下电路原理。

图2 硬件消抖电路

当按键断开时，电源电压通过电阻对电容充电，电容上的电压与电源电压相等，当按键按下时，由于按键内阻很小，电容通过按键迅速放电，按键两端电压迅速降到接近0V，单片机输入端为低电平，在按键按下时，由于抖动导致按键会短时断开，电源电压经电阻对电容充电，由于电阻的阻值较大，短时间内电容充电量很少，所以电容两端电压基本不变，单片机输入端的电平也基本保持不变，从而保证了按键抖动时仍可以使单片机输入端保持稳定的低电平信号。

这种硬件消抖电路需要根据实际情况选择R和C的值，具体请参考我在头条里的文章《基于proteus的51单片机开发实例（7）--按键的检测》。

3、简单的LED驱动电路

图3是一种简单的LED驱动电路。这两个电路一个是LED发光时，电流经过LED流到单片机端口，俗称“灌电流”驱动LED，另一种是LED发光时，电流经过单片机端口流到地，俗称“拉电流”驱动LED。

图3 LED驱动电路

这种电路的缺点是：单片机的驱动能力有限，一般单片机端口驱动电流能力在10mA以下，并且单片机总的驱动电流一般不超过100mA。所以当单片机电路中电路模块较多时，可能会导致驱动能力不足，因此这种方式只适合在学习和实验时，不适合用在单片机产品中。

4、通用LED驱动电路

图4，图5是常用的LED驱动电路。在这两个电路中，单片机端口实际上相当于开关的功能，当单片机输出高（或者低）电平时，LED点亮（或者熄灭）；当单片机输出低（或者高）电平时，LED熄灭（或者点亮），驱动LED发光所需的电流由三极管提供，单片机端口只负责控制三极管的导通或者截止就可以了。

图4 LED驱动电路1

图5 LED驱动电路2

5、LED驱动芯片

现在有很多专用的LED驱动芯片，可以直接驱动多路LED，至于LED驱动芯片的电路，每种芯片有各自特点，这里就不多说了。

单片机蜂鸣器的控制程序与驱动电路图

蜂鸣器从结构区分分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器。压电式为压电陶瓷片发音，电流比较小一些，电磁式蜂鸣器为线圈通电震动发音，体积比较小。

按照驱动方式分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器。这里的有源和无源不是指电源，而是振荡源。有源蜂鸣器内部带了振荡源，如图1中所示，给了 BUZZ 引脚一个低电平，蜂鸣器就会直接响。而无源蜂鸣器内部是不带振荡源的，要让他响必须给 500Hz～4.5KHz 之间的脉冲频率信号来驱动它才会响。有源蜂鸣器往往比无源蜂鸣器贵一些，因为里边多了振荡电路，驱动发音也简单，靠电平就可以驱动，而无源蜂鸣器价格比较便宜，此外无源蜂鸣器声音频率可以控制，而音阶与频率又有确定的对应关系，因此就可以做出来“do re mi fa sol la si”的效果，可以用它制作出简单的音乐曲目，比如生日歌、两只老虎等等。

图1 蜂鸣器电路原理图

我们来看一下图1的电路，蜂鸣器电流依然相对较大，因此需要用三极管驱动，并且加了一个 100 欧的电阻作为限流电阻。此外还加了一个 D4 二极管，这个二极管叫做续流二极管。我们的蜂鸣器是感性器件，当三极管导通给蜂鸣器供电时，就会有导通电流流过蜂鸣器。而我们知道，电感的一个特点就是电流不能突变，导通时电流是逐渐加大的，这点没有问题，但当关断时，经“电源-三极管-蜂鸣器-地”这条回路就截断了，过不了任何电流了，那么储存的电流往哪儿去呢，就是经过这个 D4 和蜂鸣器自身的环路来消耗掉了，从而就避免了关断时由于电感电流造成的反向冲击。接续关断时的电流，这就是续流二极管名称的由来。

蜂鸣器经常用于电脑、打印机、万用表这些设备上做提示音，提示音一般也很简单，就是简单发出个声音就行，我们用程序简单做了个 4KHZ 频率下的发声和 1KHZ 频率下的发声程序，同学们可以自己研究下程序，比较下实际效果。

#include

sbit BUZZ = P1^6; //蜂鸣器控制引脚

unsigned char T0RH = 0; //T0 重载值的高字节

unsigned char T0RL = 0; //T0 重载值的低字节

void OpenBuzz(unsigned int frequ);

void StopBuzz();

void main(){

unsigned int i;

TMOD = 0x01; //配置 T0 工作在模式 1，但先不启动

EA = 1;

while (1){ //使能全局中断

OpenBuzz(4000); //以 4KHz 的频率启动蜂鸣器

for (i=0; i<40000; i++);

StopBuzz(); //停止蜂鸣器

for (i=0; i<40000; i++);

OpenBuzz(1000); //以 1KHz 的频率启动蜂鸣器

for (i=0; i<40000; i++);

StopBuzz(); //停止蜂鸣器

for (i=0; i<40000; i++);

}

}

/* 蜂鸣器启动函数，frequ-工作频率 */

void OpenBuzz(unsigned int frequ){

unsigned int reload;//计算所需的定时器重载值

reload = 65536 - (11059200/12)/(frequ*2); //由给定频率计算定时器重载值

T0RH = (unsigned char)(reload >> 8); //16 位重载值分解为高低两个字节

T0RL = (unsigned char)reload;

TH0 = 0xFF; //设定一个接近溢出的初值，以使定时器马上投入工作

TL0 = 0xFE;

ET0 = 1; //使能 T0 中断

TR0 = 1; //启动 T0

}

/* 蜂鸣器停止函数 */

void StopBuzz(){

ET0 = 0; //禁用 T0 中断

TR0 = 0; //停止 T0

}

/* T0 中断服务函数，用于控制蜂鸣器发声 */

void InterruptTimer0() interrupt 1{

TH0 = T0RH; //重新加载重载值

TL0 = T0RL;

BUZZ = ~BUZZ; //反转蜂鸣器控制电平

}

另外用蜂鸣器来输出音乐，仅仅是好玩而已，应用很少，里边包含了音阶、乐谱的相关内容，程序也有一点复杂，所以就不详细给大家去讲解了。仅提供一个可以播放《两只老虎》的程序，大家可以下载到板子上玩玩，满足一下好奇心。

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#include

sbit BUZZ = P1^6; //蜂鸣器控制引脚

unsigned int code NoteFrequ[] = { //中音 1-7 和高音 1-7 对应频率列表

523, 587, 659, 698, 784, 880, 988, //中音 1-7

1047, 1175, 1319, 1397, 1568, 1760, 1976 //高音 1-7

};

unsigned int code NoteReload[] = { //中音 1-7 和高音 1-7 对应的定时器重载值

65536 - (11059200/12) / (523*2), //中音 1

65536 - (11059200/12) / (587*2), //2

65536 - (11059200/12) / (659*2), //3

65536 - (11059200/12) / (698*2), //4

65536 - (11059200/12) / (784*2), //5

65536 - (11059200/12) / (880*2), //6

65536 - (11059200/12) / (988*2), //7

65536 - (11059200/12) / (1047*2), //高音 1

65536 - (11059200/12) / (1175*2), //2

65536 - (11059200/12) / (1319*2), //3

65536 - (11059200/12) / (1397*2), //4

65536 - (11059200/12) / (1568*2), //5

65536 - (11059200/12) / (1760*2), //6

65536 - (11059200/12) / (1976*2), //7

};

bit enable = 1; //蜂鸣器发声使能标志

bit tmrflag = 0; //定时器中断完成标志

unsigned char T0RH = 0xFF; //T0 重载值的高字节

unsigned char T0RL = 0x00; //T0 重载值的低字节

void PlayTwoTiger();

void main(){

unsigned int i;

EA = 1; //使能全局中断

TMOD = 0x01; //配置 T0 工作在模式 1

TH0 = T0RH;

TL0 = T0RL;

ET0 = 1; //使能 T0 中断

TR0 = 1; //启动 T0

while (1){

PlayTwoTiger(); //播放乐曲--两支老虎

for (i=0; i<40000; i++); //停止一段时间

}

}

/* 两支老虎乐曲播放函数 */

void PlayTwoTiger(){

unsigned char beat; //当前节拍索引

unsigned char note; //当前节拍对应的音符

unsigned int time = 0; //当前节拍计时

unsigned int beatTime = 0; //当前节拍总时间

unsigned int soundTime = 0; //当前节拍需发声时间

//两只老虎音符表

unsigned char code TwoTigerNote[] = {

1, 2, 3, 1, 1, 2, 3, 1, 3, 4, 5, 3, 4, 5,

5,6, 5,4, 3, 1, 5,6, 5,4, 3, 1, 1, 5, 1, 1, 5, 1,

};

//两只老虎节拍表，4 表示一拍，1 就是 1/4 拍，8 就是 2 拍

unsigned char code TwoTigerBeat[] = {

4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 4, 8, 4, 4, 8,

3,1, 3,1, 4, 4, 3,1, 3,1, 4, 4, 4, 4, 8, 4, 4, 8,

};

//用节拍索引作为循环变量

for (beat=0; beat

while (!tmrflag); //每次定时器中断完成后，检测并处理节拍

tmrflag = 0;

if (time == 0){ //当前节拍播完则启动一个新节拍

note = TwoTigerNote[beat] - 1;

T0RH = NoteReload[note] >> 8;

T0RL = NoteReload[note];

//计算节拍总时间，右移 2 位相当于除 4，移位代替除法可以加快执行速度

beatTime = (TwoTigerBeat[beat] * NoteFrequ[note]) >> 2;

//计算发声时间，为总时间的 0.75，移位原理同上

soundTime = beatTime - (beatTime >> 2);

enable = 1; //指示蜂鸣器开始发声

time++;

}else{ //当前节拍未播完则处理当前节拍

//当前持续时间到达节拍总时间时归零，

//并递增节拍索引，以准备启动新节拍

if (time >= beatTime){

time = 0;

beat++;

}else{ //当前持续时间未达到总时间时，

time++; //累加时间计数

//到达发声时间后，指示关闭蜂鸣器，

//插入 0.25*总时间的静音间隔，

if (time == soundTime){

enable = 0; //用以区分连续的两个节拍

}

}

}

}

}

/* T0 中断服务函数，用于控制蜂鸣器发声 */

void InterruptTimer0() interrupt 1{

TH0 = T0RH; //重新加载重载值

TL0 = T0RL;

tmrflag = 1;

if (enable){ //使能时反转蜂鸣器控制电平

BUZZ = ~BUZZ;

}else{ //未使能时关闭蜂鸣器

BUZZ = 1;

}

}

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