51单片机之5050全彩LED模块

5050全彩LED是共阳极设计（V接正极），通过控制R、G、B引脚的负极调光。使用PWM（脉宽调制）调整R、G、B的占空比，混合出不同颜色。

系统目标

• MCU： STC89C52RC
• LED模块：普通 5050 RGB 模块（共阴极，4引脚：VCC、R、G、B）
• 控制方式：用 51 单片机 软件 PWM 控制 RGB 三色亮度
• 输入方式：使用0 ~ P3.7 八个独立按键控制 8 种灯效

接线说明

灯效定义（按键模式切换）

主程序（Keil C 源码）

#include <REGX52.H>

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

// RGB 引脚定义
sbit R_LED = P2^0;
sbit G_LED = P2^1;
sbit B_LED = P2^2;

uchar mode = 0;  // 当前灯效模式
uchar R_val = 0, G_val = 0, B_val = 0;  // PWM值

// 简单延时
void Delay_ms(uint ms) {
    uint i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++)
        for (j = 0; j < 123; j++);
}

// 读取按键状态（低电平有效）
void KeyScan() {
    uchar key = P3 ^ 0xFF;  // 获取按键值（P3.0~P3.7）
      uchar i; 
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        if ((key >> i) & 0x01) {
            mode = i;  // 切换灯效
        }
    }
}

// 软件PWM输出，周期为256（约1ms）
void RGB_PWM_Output() {
    uchar i; 
    for (i = 0; i < 255; i++) {
        R_LED = (i < R_val) ? 0 : 1;
        G_LED = (i < G_val) ? 0 : 1;
        B_LED = (i < B_val) ? 0 : 1;
    }
}

// 呼吸灯变量
uchar breathe = 0;
bit up = 1;

// 随机数种子
uint seed = 12345;
uchar random() {
    seed = seed * 25173 + 13849;
    return (uchar)(seed >> 8);
}

// 设置 RGB 值
void SetColor(uchar r, uchar g, uchar b) {
    R_val = r;
    G_val = g;
    B_val = b;
}

void main() {
    while (1) {
        KeyScan();

        switch (mode) {
            case 0: SetColor(255, 0, 0); break;     // 红
            case 1: SetColor(0, 255, 0); break;     // 绿
            case 2: SetColor(0, 0, 255); break;     // 蓝
            case 3: // 呼吸灯 红色
                if (up) breathe += 5; else breathe -= 5;
                if (breathe >= 250) up = 0;
                if (breathe <= 5) up = 1;
                SetColor(breathe, 0, 0);
                break;
            case 4: // RGB轮换（每轮切换一次）
                                    {
                                            static uchar rgb_state = 0;

                                            switch (rgb_state) {
                                                    case 0: SetColor(255, 0, 0); break;  // 红
                                                    case 1: SetColor(0, 255, 0); break;  // 绿
                                                    case 2: SetColor(0, 0, 255); break;  // 蓝
                                            }

                                            rgb_state++;
                                            if (rgb_state > 2) rgb_state = 0;

                                            Delay_ms(300);
                                    }
                                    break;
            case 5: // 渐变
                SetColor(breathe, 255 - breathe, breathe / 2);
                if (up) breathe += 3; else breathe -= 3;
                if (breathe >= 250) up = 0;
                if (breathe <= 5) up = 1;
                break;
            case 6: // 快速闪烁随机
                SetColor(random(), random(), random());
                Delay_ms(150);
                break;
            case 7: // 熄灭
                SetColor(0, 0, 0);
                break;
        }

        RGB_PWM_Output();
    }
}

代码注解：

全局变量

uchar mode = 0;  // 当前灯效模式
uchar R_val = 0, G_val = 0, B_val = 0;  // PWM值
uchar breathe = 0;  // 呼吸灯变量
bit up = 1;        // 呼吸灯方向标志
uint seed = 12345; // 随机数种子

• mode：保存当前选择的灯光效果(0-7)
• R_val, G_val, B_val：存储RGB三色的PWM值
• breathe：用于呼吸灯效果和渐变效果的亮度控制变量
• up：控制呼吸灯方向（增亮或减暗）
• seed：用于生成伪随机数的种子

延时函数

void Delay_ms(uint ms) {
    uint i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++)
        for (j = 0; j < 123; j++);
}

• 实现毫秒级延时
• 参数ms指定延时时间（毫秒）
• 循环次数123根据单片机的晶振频率设定

按键扫描函数

void KeyScan() {
    uchar key = P3 ^ 0xFF;  // 获取按键值（P3.0~P3.7）
    uchar i; 
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        if ((key >> i) & 0x01) {
            mode = i;  // 切换灯效
        }
    }
}

• 检测P3口的8个按键（按键按下对应引脚为低电平）
• 通过P3 ^ 0xFF将按下的按键位置为1
• 循环检查每个位，如果某位为1表示对应按键按下
• 将按键编号(0-7)赋值给mode变量

PWM输出函数

void RGB_PWM_Output() {
    uchar i; 
    for (i = 0; i < 255; i++) {
        R_LED = (i < R_val) ? 0 : 1;
        G_LED = (i < G_val) ? 0 : 1;
        B_LED = (i < B_val) ? 0 : 1;
    }
}

• 软件实现的PWM（脉宽调制）输出
• 通过255次循环模拟PWM周期
• 当循环计数器i小于目标PWM值时，LED引脚输出低电平（LED亮）
• 当i大于等于目标PWM值时，LED引脚输出高电平（LED灭）
• 例如：R_val=255表示全亮，R_val=0表示全灭

随机数生成函数

uchar random() {
    seed = seed * 25173 + 13849;
    return (uchar)(seed >> 8);
}

• 伪随机数生成器，使用线性同余法
• 25173和13849是算法参数
• 返回种子值的高8位作为随机数(0-255)

颜色设置函数

void SetColor(uchar r, uchar g, uchar b) {
    R_val = r;
    G_val = g;
    B_val = b;
}

• 设置RGB三个通道的PWM值
• 参数r、g、b范围为0-255（0为最暗，255为最亮）

主函数框架

void main() {
    while (1) {
        KeyScan();  // 检测按键状态
        
        // 根据mode选择不同的灯光效果
        switch (mode) {
            // 8种灯光效果实现
        }
        
        RGB_PWM_Output();  // 更新LED输出
    }
}

• 主循环不断检测按键并更新灯光效果
• 每次循环都会调用RGB_PWM_Output()刷新LED显示

8种灯光效果详解

静态红色 (mode 0)

SetColor(255, 0, 0);

• 仅红色通道全亮，绿色和蓝色通道全灭
• 显示纯红色

静态绿色 (mode 1)

SetColor(0, 255, 0);

• 仅绿色通道全亮
• 显示纯绿色

静态蓝色 (mode 2)

SetColor(0, 0, 255);

• 仅蓝色通道全亮
• 显示纯蓝色

红色呼吸灯 (mode 3)

if (up) breathe += 5; else breathe -= 5;
if (breathe >= 250) up = 0;
if (breathe <= 5) up = 1;
SetColor(breathe, 0, 0);

• 红色亮度在5-250范围内变化
• up变量控制亮度变化方向（增亮或减暗）
• 亮度达到250时反向减暗，达到5时反向增亮
• 效果：红色渐强渐弱，类似呼吸效果

RGB轮换 (mode 4)

static uchar rgb_state = 0;
switch (rgb_state) {
    case 0: SetColor(255, 0, 0); break;  // 红
    case 1: SetColor(0, 255, 0); break;  // 绿
    case 2: SetColor(0, 0, 255); break;  // 蓝
}
rgb_state++;
if (rgb_state > 2) rgb_state = 0;
Delay_ms(300);

• 使用静态变量rgb_state保存当前颜色状态
• 轮流显示红、绿、蓝三种基色
• 每次切换延时300ms
• 效果：红→绿→蓝→红…循环变化

彩色渐变 (mode 5)

SetColor(breathe, 255 - breathe, breathe / 2);
if (up) breathe += 3; else breathe -= 3;
if (breathe >= 250) up = 0;
if (breathe <= 5) up = 1;

• 使用同一个breathe变量控制所有通道
• 红色通道：从暗到亮（breathe）
• 绿色通道：从亮到暗（255 – breathe）
• 蓝色通道：半亮度（breathe / 2）
• 效果：红绿渐变，蓝色辅助的连续变化

随机闪烁 (mode 6)

SetColor(random(), random(), random());
Delay_ms(150);

• 调用random()生成RGB值（0-255）
• 每次随机设置颜色后延时150ms
• 效果：LED快速显示不同随机颜色

关闭LED (mode 7)

SetColor(0, 0, 0);

• RGB全部设置为0（全灭）
• LED熄灭

优化建议

• 增加按键消抖
• 使用硬件定时器改进PWM：
  • 使用51单片机的定时器中断实现更精确的PWM
  • 避免主循环被长时间阻塞
• 增加亮度平滑渐变：
  • 在模式切换时添加过渡效果
  • 避免颜色突变造成突兀感
• 保存最后模式：
  • 在EEPROM保存最后选择的模式
  • 重启后恢复之前的灯光效果