【说在前面的话】
单片机技术是现代工业自动化、电子电气及物联网等的一门必不可少的主流技术。随着人们生活智能化的提高，单片机技术也几乎融入了我们生活的各个角落，比如智能电饭煲、智能音箱、等等。
由此，《重学51单片机》系列文章意在帮助初学者入门单片机技术。我们会从最简单的点亮一个灯开始，一步一步实现按键、lcd1602、ds18b20、ds1302、双机通信等模块，同时，还会讲一些硬件通信协议，比如uart、IIC、SPI等。并结合C语言的编程技巧，以实际的工程项目来给大家讲解编程思路，让大家灵活运用C语言的指针与结构体，实现编程模块化。
言归正传，接下来我们就开始进入今天的主题，用51单片机控制LED实现呼吸灯的效果。
【呼吸灯原理】
我们先看一下呼吸灯的效果，如下
呼吸灯就是先渐渐变亮再渐渐变暗，如此循环就像呼吸一样。可是单片机的管脚要么输出1（亮）要么输出0（灭），怎么会有渐变的效果呢？
这就和我们的眼睛观看图像会有滞留时间引起的。当我们在看东西时，眼睛成像后会滞留0.04s（这个标准是网上找的）。
我们按照0.04s计算，就等于40ms，也就是亮灭都是20ms时，看到的LED就是一直在亮。如下图：
那LED 20ms亮20ms灭和一直常亮的效果一样吗？
哈哈，肯定是不一样的。交替20ms亮20ms灭我们看到的效果要比一直常亮的效果暗。我们假设一直常亮的亮度为100%，那么交替20ms亮20ms灭的亮度就是50%，基于此，我们就可以调节LED的亮度了。如下图
到此，我们就可以调节LED灯的亮度了（就是40ms内设置高电平的持续时间），这个就是大名鼎鼎的PWM调节亮度的原理了，而设置高电平的持续时间就是调节占空比(即高电平的时间除以周期数:20/40=50%)。
这里，我们最重要的还是这个占空比，比如周期是20ms，交替10ms亮10ms灭，我们看到的亮度还是50%（即占空比为10/20=50%）
接下来我们就看看程序怎么实现吧。
【程序实现】
点亮一个LED
首先，我们先从点亮一个LED灯开始，然后再一步一步实现一个呼吸灯的效果。我们使用的硬件如下：
| 开发板 | 零壹单片机培训开发板 |
| 单片机型号 | STC89C52 |
| LED接口 | P4^4脚 |
由原理图我们知道，LED灯接到了单片机的P4^4脚，单片机输出1，LED亮，输出0，LED灭。由此，点亮一个LED的程序就很简单了，如下
sbit LED1 = P4^4;void LED_ON(){//LED亮 LED1 = 1;}void LED_OFF(){//LED灭 LED1 = 0;}点亮LED灯的程序还是很简单，相信大家都会。
调节LED亮度
接下来我们就实现一个可以调节亮度的函数(即调节占空比)，如下
//调节LED亮度void set_led_luminance(unsigned int pwm_duty_cycle){ static unsigned int s_Counter = 0;//计时 //调节占空比 if (pwm_duty_cycle >= s_Counter) { LED_ON(); } else { LED_OFF(); } //计数器开始计时 s_Counter++; if(s_Counter > 255){ //40ms时间到，清零重新计时 s_Counter = 0; } }void main(){ while(1){ set_led_luminance(128); }}我们定义了一个静态变量s_Counter作为软件定时器，s_Counter加到255后清零（这里相当于是一个周期的时间40ms，当然不是严格的40ms，只要周期小于40ms我们就看不到闪烁）
函数的参数就是我们要调节的占空比，比如传入的是128，占空比为128/255=50%
现在有了设置LED亮度的函数，那怎么让它渐渐变亮再渐渐变暗，实现呼吸灯的效果呢？
实现呼吸灯
这个也很简单，我们只要给set_led_luminance函数传的参数从0慢慢加到255然后再从255慢慢减到0就可以了，如下
void breath_led(void){ static int duty_cycle = 0; static char flag = 1; //设置亮度 set_led_luminance(duty_cycle); if(flag == 1){//占空比增加 duty_cycle++; if(duty_cycle > 255){//大于255开始减少 duty_cycle = 255; flag = 0; } }else{//占空比减少 duty_cycle--; if(duty_cycle < 0){//小于0开始增加 duty_cycle = 0; flag = 1; } }}void main(){ while(1){ breath_led(); }}定义一个静态变量duty_cycle来保存占空比，当flag为1时，占空比慢慢增加到255，然后把flag设置成0 ，duty_cycle再从255慢慢减为0，如此循环就可以了。
哈哈，到这里你是不是觉得呼吸灯已经实现了，然而，并不是。不相信的同学可以自己试试上面的代码哦。
那到底是哪里有问题呢？
这就是我们直接调用设置亮度的函数set_led_luminance()是有问题的，因为此函数执行一个周期需要40ms，也就是在这40ms期间是不可以改变占空比的，否则可就调不了亮度了。再来看看breath_led函数，每次调用完set_led_luminance()函数设置占空比后就立即改变了duty_cycle的值，并没有延时40ms。
此时，我们还需要再加一个软件定时器，定时超过40ms后修改duty_cycle的值，修改后的程序如下
void breath_led(void){ static unsigned int s_breathCounter = 0; static int duty_cycle = 0; static char flag = 1; //设置亮度 set_led_luminance(duty_cycle); //计时器增加 s_breathCounter++; //超过40ms if(s_breathCounter > 511){ //计时器设置为0，重新计时 s_Counter = 0; if(flag == 1){//占空比增加 duty_cycle++; if(duty_cycle > 255){//大于255开始减少 duty_cycle = 255; flag = 0; } }else{//占空比减少 duty_cycle--; if(duty_cycle < 0){//小于0开始增加 duty_cycle = 0; flag = 1; } } }}注意：我们定时器的时间要大于40ms（也就是s_breathCounter的值要大于255）就可以，但最好是周期的倍数，比如我们的周期为255（即0~255共256个数），我们设置成它的两倍即256*2-1=511（即0~511共512个数）。
到这里，我们的呼吸灯就制作好了，是不是很简单(*￣︶￣)
接下来就是今天的彩蛋环节
虽然实现了呼吸灯的效果，但是代码还是不够简洁和优雅，用了一堆if和else，我们想办法再简化一下。
首先化简set_led_luminance（）函数中的这一部分，如下图所示
化简之前，先讲一个C语言的小知识，就是按位与运算。
1 & 0 = 0；1 & 1 = 1；0 & 0 = 0；0 & 1 = 0；由此，我们知道：不论是1还是0，和0做与运算都为0，
不论是1还是0，和1做与运算还是它本身，
为了方便计算，我们采用16进制数（即前面加0x），比如0xff对应的十进制就是255；那么
一个小于等于0xff的数和0xff做与运算，结果还是它本身，如下
0x03 & 0xff = 0x03;0xff & 0xff = 0xff;那一个大于0xff的数和0xff做与运算呢？
0x100 & 0xff = 0x00;0x1ff & 0xff = 0xff;结果就是这个数除以（0xff+1）的余数（即结果还是在0~0xff之间）
有了这个与运算，上面的代码就可以化简为
s_Counter++;s_Counter = s_Counter & 0xff;这样s_Counter的取值范围就一直在0x00~0xff了
同样的，上面breath_led函数中的软件定时器也可以化简一下，如下
//计时器增加s_breathCounter++;if (!(s_breathCounter & (0x1ff))) { duty_cycle++; duty_cycle &= 0x1ff;}if(duty_cycle > (0xff)){ set_led_luminance(duty_cycle - (0xff));}else{ set_led_luminance( (0xff) - duty_cycle );}第3行，0x1ff就是十进制的511，当s_breathCounter的值为（0x1ff+1）即512时条件成立，因为512&0x1ff=0，前面还有个感叹号就是取非运算（准确的说就是s_breathCounter的值为512的倍数时条件成立，这样都省去了s_breathCounter清零的操作了，不知道给大家解释清楚了没，大家要多想想），条件成立则占空比开始增加或减少
那占空比的范围不是0~255吗，第5行怎么也变成0x1ff（511）了，别急,你再往下看第8行，我们又减去了0xff,所以占空比的范围还是0~255
第7~10行代码的意思为：当duty_cycle > (0xff)时，即256~511，减去0xff，就相当于从1增加到255，亮度渐渐变亮
当duty_cycle <= (0xff)时，即duty_cycle 从0增加到255，而设置的亮度为255 - duty_cycle ，相当于从255降到0，亮度渐渐变暗，这样就实现了呼吸灯的效果
哈哈，你以为我们的简化就结束了吗？
no，no，no
其实第7到10行还可以更简单一些。此时就需要用到取绝对值的函数了。
什么，用绝对值干嘛？
你看第10行0xff- duty_cycle就相当于duty_cycle - 0xff然后再取绝对值，好了，化简后的代码如下
set_led_luminance(ABS(duty_cycle - (0xff)));取绝对值的宏函数如下
最后我把整个化简后的代码也贴到下面
static void set_led_luminance(unsigned int pwm_duty_cycle){ static unsigned int s_Counter = 0; if (pwm_duty_cycle >= s_Counter) { LED1 = 1; } else { LED1 = 0; } s_Counter++; s_Counter = s_Counter & 0xff; }void breath_led(void){ static unsigned int s_breathCounter = 0; static int duty_cycle = 0; s_breathCounter++; if (!(s_breathCounter & (0x1ff))) { duty_cycle++; duty_cycle &= 0x1ff; } set_led_luminance(ABS(duty_cycle - (0xff)));}void main(){ while(1){ breath_led(); }}怎么样，是不是很简洁(*￣︶￣)
好了，到这里今天的呼吸灯就讲完了，想和我一起重学51单片机的同学记得点赞+关注，这会加速我对文章更新的速度哦
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