电子教案单片机原理及应用——基于Proteus和Keil C(第2版)[林立,张俊亮]第4章.ppt

第4章单片机的c51语言,4.1c51的程序结构4.2c51的数据结构4.3c51与汇编语言的混合编程4.4c51仿真开发环境4.5c51初步应用编程,第4章单片机的c51语言,51汇编语言能直接操作单片机的系统硬件，指令执行速度快。但其程序可读性差，且编写、移植困难。,第4章单片机的c51语言,c51是为51系列单片机设计的一种c语言，其特点：,c51语言已成为51系列单片机程序开发的主流软件方法。,结构化语言，代码紧凑效率可与汇编语言媲美接近真实语言，程序可读性强易于调试、维护库函数丰富，编程工作量小产品开发周期短机器级控制能力，功能很强适合于嵌入式系统开发与汇编指令无关，易于掌握在单片机基础上上手快,第4章单片机的c51语言,c51与标准c语言对比相同之处：语法规则、程序结构、编程方法差异之处：数据结构（数据类型、存储模式）、中断处理（第5章）、端口扩展（第8章）本章教学思路：在标准c的基础上学习数据结构（数据类型、存储模式）掌握c51软件开发方法（keilvision3软件）在c51的基础上学习单片机i/o口应用（入门与进阶）,第4章单片机的c51语言,4.1c51的程序结构4.2c51的数据结构4.3c51与汇编语言的混合编程4.4c51仿真开发环境4.5c51初步应用编程,程序由函数组成（一个主函数，或一个主函数和若干自定义函数）；利用预处理命令对变量或函数进行集中定义或说明；函数和变量都需遵循先定义后使用的基本原则；主函数中的所有语句执行完毕,则程序结束。,第4章单片机的c51语言,c51与标准c程序结构完全相同,第4章单片机的c51语言,举例：led闪烁控制功能,loop:clrp1.0acalldel50setbp1.0sjmploopdel50:movr7,#200del1:movr6,#125del2:djnzr6,del2djnzr7,del1retend,第4章单片机的c51语言,预处理命令-,函数说明-,全局变量定义-,主函数-,自定义函数-,局部变量定义-,程序体,程序体-,第4章单片机的c51语言,4.1c51的程序结构4.2c51的数据结构4.3c51与汇编语言的混合编程4.4c51仿真开发环境4.5c51初步应用编程,第4章单片机的c51语言,1.c51的变量,在程序执行过程中，数值可以发生改变的量称为变量。,变量名与存储单元地址相对应，变量值与存储单元的内容相对应。,例如,在哈佛结构的存储空间中如何建立变量概念？,第4章单片机的c51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,（标准c）,（标准c）,*括号项可以缺省（但需有缺省值）,c51变量定义的四要素:,（c51特有）,（标准c+c51）,第4章单片机的c51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,共有4个说明符：1、auto（自动型）变量的作用范围在定义它的函数体或语句块内。执行结束后，变量所占内存即被释放。2、extern（外部型）在一个源文件中被定义为外部型的变量，在其它源文件中需要通过extern说明方可使用。3、static（静态型）利用static可使变量定义所在的函数或语句块执行结束后，其分配的内存单元继续保留。4、register（寄存器型）将变量对应的储存单元指定为通用寄存器，以提高程序运行速度。,缺省存储种类为auto(自动)型变量,第4章单片机的c51语言,数据的不同格式叫做数据类型,*有符号数类型可以忽略signed标识符,标准c语言的数据类型,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,第4章单片机的c51语言,c51扩充数据类型：bit、sfr或sfr16、sbit,bit型,关键词bit用于定义一个位变量，语法规则：,bitbit_name=0或1;,例如：bitdoor=0;/定义一个叫door的位变量且初值为0,与标准c的变量定义相似：inta=5;/定义一个初值为5的整形变量a/语法规则：intint_name=常数;,第4章单片机的c51语言,sfr或sfr16型,关键词sfr或sfr16用于定义sfr字节地址变量，语法规则：sfr或sfr16sfr_name=字节地址常数;,51mcu中有21个sfr，如何定义与这些单元相关的变量？,第4章单片机的c51语言,例如，sfrp0=0 x80;/定义p0口地址80hsfrpcon=0 x87;/定义pcon地址87hsfr16dptr=0 x82;/定义dptr的低端地址82h,注意：c语言中十六进制整数是数值前加0 x或0x前缀,第4章单片机的c51语言,sbit型,部分sfr具有位地址，如何定义与这些位地址相关的变量？,绝对位地址,相对位地址,字节地址,两种位地址表达形式：相对位地址、绝对位地址,第4章单片机的c51语言,1）将sfr的绝对位地址定义为位变量名sbitbit_name=位地址常数;例如，sbitcy=0 xd7;,3）将sfr的相对位位置定义位变量名sbitbit_name=sfr_name位位置;例如，sbitcy=psw7;,2）将sfr的相对位地址定义为位变量名sbitbit_name=sfr字节地址位位置;例如，sbitcy=0 xd07;,关键词sbit用于定义sfr位地址变量，三种定义形式：,c51编译器在头文件“reg51.h”中定义了全部sfr/sfr16和sbit变量。,第4章单片机的c51语言,用一条预处理命令#include把这个头文件包含到c51程序中，无需重新定义即可直接使用它们的名称。,第4章单片机的c51语言,应用举例：,第4章单片机的c51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,51单片机的3个逻辑存储空间：,片内数据存储器，片外数据存储器和程序存储器。,建立c51存储类型与存储空间的对应关系,第4章单片机的c51语言,c51的存储类型与存储空间对应关系表,编译模式,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,3种编译模式分别对应于3种缺省存储类型：,第4章单片机的c51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,c51编译器可根据当前采取的编译模式自动认定默认的存储类型约定：若无特殊声明，一般均为“small编译模式”,变量名可以由字母、数字和下划线三种字符组成，且第一个字符必须为字母或下划线，变量名长度随编译系统而定。,变量名具有字母大小写的敏感性，如sum和sum代表不同的变量。强调：头文件中定义的变量都是大写的，若程序采取小写变量则需要重新定义。,第4章单片机的c51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,第4章单片机的c51语言,c51扩展的若干关键字一览表,变量名不得使用标准c语言和c51语言的关键字。,unsignedchardatasystem_status=0;,第4章单片机的c51语言,/定义system_status为无符号字符型自动变量，该变量位于data区中且初值为0。,数据结构定义举例,变量名为system_status,位与片内ram区,无符号字符型,自动型,初值为零,第4章单片机的c51语言,unsignedcharbdatastatus_byte;,unsignedintcodeunit_id2=0 x1234,0 x89ab;,staticcharm,n;,/定义status_byte为无符号字符型自动变量，该变量位于bdata区,/定义unit_id2为无符号整型自动变量，该变量位于code区中，是长度为2的数组，且初值为0 x1234和0 x89ab。,/定义m和n为2个位于data区中的有符号字符型静态变量。,2.c51的指针,第4章单片机的c51语言,标准c语言指针的一般定义形式为：数据类型*指针变量名=这表示p1是一个指向int型变量的指针变量，此时p1的值为int型变量a的地址，而a和p1两个变量都位于c编译器默认的内存区域中。,第4章单片机的c51语言,对于c51来讲，指针定义应包括以下信息:1）指针变量的存储类型（自身位于哪个存储区中）？2）被指向变量的数据类型和存储类型？,c51指针的一般定义形式：数据类型存储类型1*存储类型2变量名=char*ptr=,解：ptr是一个指向char型变量的指针，它本身位于small编译模式默认的data存储区里，此时它指向位于xdata存储区里的char型变量a的地址。,第4章单片机的c51语言,例2试解释下述定义的含义charxdataa=a;char*ptr=,解：以char*ptr形式定义的指针变量，既可指向位于xdata存储区的char型变量a的地址，也可指向位于idata存储区的char型变量b的地址（由赋值操作关系决定）。,前两句与例1相同charxdataa=a;char*ptr=,第4章单片机的c51语言,例3：试解释以下指针定义的含义charxdataa=a;charxdata*ptr=【解】ptr是位于data存储区且固定指向xdata存储区的char型变量的指针变量，此时ptr的值为变量a的地址（不能像例2那样再将idata存储区的char型变量b的地址赋予ptr）。,第4章单片机的c51语言,例4：试解释以下指针定义的含义charxdataa=a;charxdata*idataptr=【解】ptr是固定指向xdata存储区的char型变量的指针变量，它自身存放在idata存储区中，此时ptr指向位于xdata存储区中的char型变量a的地址。,第4章单片机的c51语言,4.1c51的程序结构4.2c51的数据结构4.3c51与汇编语言的混合编程4.4c51仿真开发环境4.5c51初步应用编程,第4章单片机的c51语言,c51语言编程可胜任单片机的基本测量与控制任务。对于某些特殊的i/o接口处理、中断处理、强调程序执行速度等场合，仍希望采用汇编程序。c51编译器提供了与汇编语言程序的接口规则，可方便地实现c51与汇0编语言程序的相互调用。本节仅讨论在c51中调用汇编函数和在c51中嵌入汇编代码两种方法。,概要,第4章单片机的c51语言,1.在c51中调用汇编程序,1）程序的寻址，main.c中调用的max函数，如何与汇编文件中的相应代码对应起来；,2）参数传递，main.c中传递给max()函数的参数a和b，存放在何处可使汇编程序能够获取到它们的值；,3）返回值传递，汇编语言计算得到的结果，存放在何处可使c语言程序能够获取到。,c51程序中调用汇编语言，需要解决三个问题：,第4章单片机的c51语言,举例：在两个数据中选出较大的数据，并赋值给变量c。其中，要求选数任务采用汇编子程序完成。,1）程序的寻址问题,第4章单片机的c51语言,通过在汇编文件中定义同名的“函数”来实现。,第4章单片机的c51语言,2）参数传递问题,第4章单片机的c51语言,3）返回值传递问题,2.c51中嵌入汇编代码,在c51函数内嵌入汇编代码，可以有三种不同方法。,方法一直接在函数体内的每个汇编语句前加“asm”预编译指令，例如：,第4章单片机的c51语言,第4章单片机的c51语言,方法二把asm作为关键字，后续汇编用大括号括起来即可，例如：,第4章单片机的c51语言,方法三在c模块内通过语句“#pragma”嵌入汇编代码，例如：,第4章单片机的c51语言,4.1c51的程序结构4.2c51的数据结构4.3c51与汇编语言的混合编程4.4c51仿真开发环境4.5c51初步应用编程,第4章单片机的c51语言,1.keil的编译环境vision3,keil是德国keilsoftware公司的51单片机开发软件包，包括c编译器、汇编编译器、连接器、库管理及仿真调试器，通过一个windows下的集成开发环境（uvisoin3）组合起来。,第4章单片机的c51语言,vision3的软件界面包括4大组成部分，即菜单工具栏，工程管理窗口，文件窗口和输出窗口。,第4章单片机的c51语言,vision3中共有11个下拉菜单。工具栏的位置和数量可以通过设置选定和移动。,第4章单片机的c51语言,工程管理窗口用于管理工程文件目录，它由5个子窗口组成：文件窗口，寄存器窗口，帮助窗口，函数窗口，模版窗口。,工程管理窗口：,第4章单片机的c51语言,输出窗口：输出窗口用于编译过程中的信息交互作用，由3个子窗口组成：编译窗口，命令窗口，搜寻窗口。,第4章单片机的c51语言,信息窗口：观察窗口（watch按压按键后为低电平。,实例1独立按键识别,【要求】采用独立按键方式实现下述功能：开机时led全熄，然后根据按键动作使相应灯亮，并将亮灯状态保持到按压其它键时为止。,第4章单片机的c51语言,独立按键每个按键都彼此独立地各占有一位i/o口线。特点是电路简单，但占用i/o口线较多。,第4章单片机的c51语言,按键的闭合电平为0,但led的驱动电平为1，故不能直接将p0口的状态送到p1口，而应使其先取反再送出；,为使按键抬起后led能保持先前的点亮状态，需要在按键未压下期间禁止向p2输出p0状态值。,【分析】,参考程序如下：,第4章单片机的c51语言,“取反”操作的优先级高于“与”操作,voidmain()charkey=0;/定义按键变量p2=0;/初始状态为灯全灭while(1)key=p0/有按键动作时，p0状态值送p2,第4章单片机的c51语言,编程界面和运行界面分别如下图,第4章单片机的c51语言,实例1运行效果,实例2键控流水灯,第4章单片机的c51语言,【要求】k1为“启动键”，首次按压k1可产生“自下向上”的流水灯运动;k2为“停止键”，按压k2可终止流水灯的运动；k3和k4为“方向键”,分别产生“自上向下”和“自下向上”运动。,k1k2k3k4,第4章单片机的c51语言,思路分析：根据键值修改标志位，根据标志位控制灯状态,总体关系流程图,第4章单片机的c51语言,键值：按压k1xxxx1110b按压k2xxxx1101b按压k3xxxx1011b按压k4xxxx0111b无按键xxxx1111b,按键动作判断（p0,for(i=0;i=0;i-)p2=ledi;/移动,第4章单片机的c51语言,第4章单片机的c51语言,实例2原理图与程序界面图,程序运行效果,视频,第4章单片机的c51语言,实例3混合编程,将实例2中c51的delay函数改用汇编语言实现，并完成系统的混合编程。,程序说明,分别编写汇编语言（delay.asm）与c51语言（实例3.c）两个程序文件，并将其添加到keil的同一项目中。,第4章单片机的c51语言,c51部分与实例2基本相同,delay函数声明,第4章单片机的c51语言,delay.asm,与实例3.c文件中函数delay同名的子程序,汇编子程序的头部格式,;延时处理函数(汇编语言)public_delaydesegmentcodersegde_delay:movr0,#225del2:djnzr0,del2djnzr7,_delayretend,第4章单片机的c51语言,4.5.1.2led数码管原理与编程,led显示元件人机交互输出设备，其作用是指示中间运行结果与运行状态。,第4章单片机的c51语言,com为公共端,共阳极led,共阴极led,引脚配置,七段式led显示器,（7-segmentdisplay）,不同显示字符采需用不同led组合关系实现（显示码，字模）,第4章单片机的c51语言,以共阴极为例，部分字符的显示码（字模）为：,七段led数码管的标准显示字符为09，af,显示字符,显示码（共阴）,其它字符：,00111000b=0 x38,“l”字符的显示码,“h”字符的显示码,01110110b=0 x76,第4章单片机的c51语言,实例4led数码管显示,在p0口连接一个共阴极数码管，使之循环显示09数字。,分析：将显示码循环输出到p0口即可实现循环显示。但由于数字09的显示段码没有规律可循，需要采取查表方式进行操作：,第4章单片机的c51语言,将显示码按序存放在一个数组中,顺序号与代表的显示字符相对应。（如，charled_mod=x1,x2,.,xn）通过循环变量指定待送出的数组元素,第4章单片机的c51语言,参考程序,第4章单片机的c51语言,视频,第4章单片机的c51语言,实例5计数显示器,统计按键次数并以十进制形式显示，按键次数大于99后重新由0开始计数。,个位led接p2口，十位led接p0口（共阴型）,按钮接p3.7口线，按压时为0电平,第4章单片机的c51语言,编程分析：,问题：按键压下时可能被连续计数,第4章单片机的c51语言,如何避免连续计数？,第4章单片机的c51语言,初始化：p2=p0=table0;,解决办法：取模运算（%10）个位整除10运算（/10）十位,p2=tablecount%10;,p0=tablecount/10;,显示输出：如何将计数值拆成两个独立的数？,第4章单片机的c51语言,参考程序,程序运行效果,第4章单片机的c51语言,第4章单片机的c51语言,4.1c51的程序结构4.2c51的数据结构4.3c51与汇编语言的混合编程4.4c51仿真开发环境4.5c51初步应用编程4.5.1i/o端口的简单应用4.5.2i/o端口的进阶实践,第4章单片机的c51语言,4.5.2.1数码管动态显示原理与编程,两种显示接口：静态显示接口和动态显示接口,静态显示接口：一个数码管的引脚独立占据一根i/o口线。优点：被显示数据只要送入并行口后就不再需要cpu干预，因而显示效果稳定。缺点：占用资源较多,第4章单片机的c51语言,动态显示接口：所有数码管的段码线对应并联接在一个并行口上，而每位数码管的公共端分别由一位i/o线控制；由并口输出的显示码可被所有数码管收到，但只有满足导通条件的数码管可以被驱动。,第4章单片机的c51语言,工作原理：采用快速切换方式（如10ms），每一时刻只有一只数码管导通工作。利用视力暂留特性，可获得连续显示效果。优点：占用资源较少缺点：占用机时较多（需要cpu随时刷新显示值）,第4章单片机的c51语言,实例6数码管动态显示,采用共阴极动态led显示原理，实现如下功能：sw1向下拨时显示字符“l2”，向上拨时显示字符“h3”。,第4章单片机的c51语言,分析：proteus中的双联led数码管相当于两个并联的数码管。,7seg-mpx2-cc-blue,blue,2digit,7-segmentcathodedisplay,第4章单片机的c51语言,a-g“0 x38”,1#“0”，2#“1”,a-g“0 x5b”,1#“1”，2#“0”,p2led_mode0,p3xxxxxx10b=2p2led_mode1,p3xxxxxx01b=1,led_mode=0 x38,0 x5b,第4章单片机的c51语言,如果不考虑开关switch，动态显示“l2”的程序可以如下：,;,/led“指针”,/显示字模,第4章单片机的c51语言,a-g“0 x76”,1#“0”，2#“1”,a-g“0 x4f”,1#“1”，2#“0”,字符数组led_mode=0 x38,0 x5b,0 x76,0 x4f,开关状态变量switch_sta,复合指针变量led_point+switch_sta,完整的主函数,第4章单片机的c51语言,#includecharled_mod=0 x38,0 x5b,0 x76,0 x4f;voiddelay(unsignedinttime);sbitp17=p17;voidmain()charled_point=0,switch_sta=0;while(1)if(p17=1)switch_sta=2;elseswitch_sta=0;p3=2-led_point;p2=led_modswitch_sta+led_point;led_point=1-led_point;delay(30);,编程界面,第4章单片机的c51语言,第4章单片机的c51语言,运行效果图,第4章单片机的c51语言,4.5.2.2行列式键盘原理与编程,独立式键盘的电路简单，易于编程，但占用的i/o口线较多，当需要较多按键时可能产生i/o资源