51单片机编程学习笔记—

51单片机编程学习笔记——LED原理图

大纲

概览
LED电路图
Resistor Pack
3位数电阻表示法
VCC

在《51单片机编程学习笔记——编译代码点亮LED》一文中，我们通过下面这段代码点亮了D1和D2两个LED灯。

sbit LED1=P2^0;	//将P2.0管脚定义为LED1
sbit LED2=P2^1;	//将P2.1管脚定义为LED2
……
LED1=0;
LED2=0;

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那么我们是怎么知道P0^2对应第一个LED的呢？这就需要我们能看懂LED电路原理图。

在学习 51 单片机的过程中，能看懂电路原理图具有举足轻重的意义。51 单片机作为一款经典的微控制器，广泛应用于各类电子设备开发。而电路原理图是连接理论知识与实际硬件的桥梁。

首先，看懂电路原理图是进行硬件设计的基础。当着手设计基于 51 单片机的系统时，只有清晰了解各个元器件在电路中的位置、连接方式以及它们与单片机的接口关系，才能合理地选择和布局元器件，搭建出稳定可靠的硬件平台。例如，正确连接复位电路和晶振电路，是保证单片机正常启动和稳定运行的关键，若对原理图理解有误，可能导致系统无法正常工作。

其次，对于程序开发而言，电路原理图提供了关键的信息。编写代码时，需要依据原理图确定 I/O 口的分配和功能，从而准确地控制外部设备。比如，要驱动一个数码管显示，就必须清楚数码管与单片机 I/O 口的连接方式，才能编写相应的驱动程序。

再者，在系统调试阶段，电路原理图更是不可或缺。当出现硬件故障时，通过分析原理图，可以快速定位问题所在，判断是元器件损坏、线路短路还是接口连接错误等。这大大提高了调试效率，节省开发时间。

所以，能看懂电路原理图是深入学习 51 单片机的必备技能，它贯穿于硬件设计、程序开发和系统调试的全过程，对于掌握 51 单片机技术、开发出高质量的应用系统起着决定性作用。

本文我们将分析资料（2–开发板原理图/开发板原理图/普中-2&普中-3&普中-4开发板原理图.pdf）中的LED电路原理图。

概览

原理图
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在上面的实物图左上角，我们看到该LED模块是通过P20-P27共8个51单片机引脚控制的。这点在原理图右侧展示的信息上亦可以看到。

我们还可以在实物图中看到D1-D8这8个LED灯，以及RP9和RP10两个元器件。下面我们来详细介绍它们。

LED电路图

LED由一个 PN 结构成，且都具备单向导电性。
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当给LED施加正向电压时，会出现这样的过程：在半导体内部，P 区的空穴会注入到 N 区，N 区的电子会注入到 P 区。这些注入的空穴和电子，会在 PN 结附近数微米的区域内，分别与 N 区的电子和 P 区的空穴进行复合。在复合过程中，会以自发辐射的形式产生荧光。

不同半导体材料中，电子和空穴所处的能量状态是不一样的。电子和空穴复合时释放的能量多少，决定了发出光的特性。具体来说，释放的能量越多，发出光的波长就越短。日常生活中，较为常用的发光二极管能发出红光、绿光或黄光。

在电气特性方面，LED的反向击穿电压大于 5 伏。而且它的正向伏安特性曲线很陡，这意味着当电压有较小变化时，电流可能会有较大变化。
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因此，在实际使用时，为了控制通过发光二极管的电流，避免其因电流过大而损坏，必须串联一个限流电阻。而在我们这个开发板上，限流电阻是由Resistor Pack来充当。

Resistor Pack

实物图中的RP9和RP10是Resistor Pack（排阻）。

排阻是一种将多个电阻集成在一起的电子元件，它可以减少电路板上的元件数量和布线复杂度。

我们仔细查看实物图中的线路，可以看大每个RP内部有4个独立的线路。
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这个在原理图上也有清晰的体现：排阻中每个电阻相互独立；电阻串联在电路中。

3位数电阻表示法

在实物图的RP9和RP10上，我们可以看到一串数字“102”。它是表示排阻中每个电阻的阻值——但是不是字面上的值，而是一种表示法。
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这种标注方法的规则是：前两位数字表示有效数字，第三位数字表示 10 的幂次。对于 “102” ：

前两位数字 “10” 是有效数字。
第三位数字 “2” 表示 10 的 2 次方，即 100。

于是“102”表示10×10²，即1000欧姆。

但是我们原理图上则标记的是471（即47×10¹），这应该是原理图的标注错误。

VCC

VCC 中的 “V” 代表电压（Voltage），“C” 通常有两种解释，一种是 Circuit（电路），另一种是 Collector（集电极）。在早期的电子电路中，VCC 主要用于表示双极型晶体管集电极（Collector）的电源电压，随着电子技术发展，现在它更普遍地用来表示电路的电源电压，特别是正电源。

如下图，VCC是电压正极。其后并联了8个电路，每个电路中都有一个LED和分压电阻。
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当我们给对应的引脚设置“低电压”（LED1=0）时，LED的PN端电压进入工作电压区，LED就被点亮了。
反之，如果引脚设置为“高电压”（LED1=1）时，PN端电压进入“死区电压区间”，LED就熄灭了。