单片机按键控制LED灯的艺术：打造交互式灯光系统，点亮你的创意空间

# 1. 单片机基础理论

单片机是一种高度集成的微型计算机，它将中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）、输入/输出（I/O）接口和其他外围设备集成在一个单一的芯片上。单片机广泛应用于各种电子设备中，如智能家居、工业控制和汽车电子。

单片机的基本架构包括：

- **CPU：**负责执行指令和处理数据。
- **存储器：**存储程序和数据。
- **I/O 接口：**与外部设备进行通信。
- **外围设备：**如定时器、中断控制器和串行通信接口。

# 2. 单片机按键输入技术

### 2.1 按键类型及接口电路

#### 按键类型

单片机常用的按键类型包括：

- **机械式按键：**通过物理接触来闭合电路，如按钮开关、拨动开关。
- **电容式按键：**利用人体电容与按键电极之间的电容变化来触发，如触摸按键。
- **光电式按键：**利用光电传感器检测按键遮挡光源的情况，如红外线按键。

#### 接口电路

按键与单片机相连时，需要设计适当的接口电路，常见的有：

- **上拉电阻接口：**按键一端接单片机输入端口，另一端接上拉电阻，当按键按下时，单片机检测到低电平；按键松开时，单片机检测到高电平。
- **下拉电阻接口：**与上拉电阻接口相反，按键一端接单片机输入端口，另一端接下拉电阻，当按键按下时，单片机检测到高电平；按键松开时，单片机检测到低电平。
- **电容耦合接口：**利用电容的充放电特性，当按键按下时，电容充电，单片机检测到高电平；按键松开时，电容放电，单片机检测到低电平。

### 2.2 按键扫描原理及程序实现

#### 按键扫描原理

按键扫描是指通过单片机周期性地检测按键状态，判断按键是否按下或松开。常见的按键扫描方式有：

- **轮询扫描：**逐个检测每个按键，当检测到低电平时，表明该按键按下。
- **中断扫描：**当按键按下时，触发中断，单片机进入中断服务程序，读取按键状态。

#### 程序实现

按键扫描程序实现如下：

// 按键扫描函数
void key_scan(void)
{
    // 逐个检测按键状态
    for (uint8_t i = 0; i < KEY_NUM; i++)
    {
        // 按键按下，检测到低电平
        if (KEY_PORT & (1 << i))
        {
            // 设置按键按下标志位
            key_status[i] = 1;
        }
        // 按键松开，检测到高电平
        else
        {
            // 清除按键按下标志位
            key_status[i] = 0;
        }
    }
}

**参数说明：**

- `KEY_NUM`：按键数量
- `KEY_PORT`：按键端口
- `key_status`：按键状态数组

**代码逻辑：**

1. 遍历所有按键，逐个检测按键状态。
2. 如果检测到低电平，表明按键按下，设置按键按下标志位。
3. 如果检测到高电平，表明按键松开，清除按键按下标志位。

# 3. 单片机LED输出技术

### 3.1 LED驱动原理及电路设计

#### LED的基本原理

发光二极管（LED）是一种半导体器件，当