C语言编程总结.doc

C51编程说明 一、单片机C语言与汇编语言在单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言，C语言就是其中的一种。在单片机开发中另一种常见的语言就是汇编语言。与C语言相比汇编语言的可读性与可维护性不强，特别是当程序没有很好的标注的时候；其次就是代码的可重用性也比较低。使用C语言可以很好的解决这一问题。C语言具有良好的模块化，容易阅读和维护等优点。由于模块化，C语言编写的程序有很好的可移植性从而减少了程序开发时间。对于大多数51系列的单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点：(1) 不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。(2) 寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需考虑存储器的寻址和数据类型等细节。(3) 指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。(4) C语言中的库文件提供许多标准的例程，例如格式化输出、数据转换和浮点运算等。(5) 通过C语言可以实现模块化编程技术，从而可以将编好的程序加入到新的程序中。二、C51对标准C语言的扩展C51的特色主要体现在以下几个方面：(1) C51虽然继承了标准C语言的绝大部分的特性，而且基本语法相同，但是本身又在特定的硬件结构上有所扩展，如关键字sbit、data、idata、pdata、xdata、code等。(2) 应用C51更注重对系统资源的理解，因为单片机的系统资源相对PC机来说很贫乏，对于RAM、ROM中的每一字节都要充分的利用。可以通过编译生成的.m51文件来了解自己程序中资源的利用情况。(3) 程序中的各种算法要精简，不要对系统构成过重的负担。尽量减少浮点运算，可以用unsigned无符号型数据的就不要用有符号型数据，尽量避免多字节的乘除运算，多使用移位运算等。C51相对于标准C语言的扩展直接针对51系列CPU硬件，大致有以下几个方面。数据类型C51具有标准C语言的所有标准数据类型，除此之外，为了更加有效的利用51单片机的结构，还加入了以下特殊的数据类型。bit位变量值为0或1sbit从字节中声明的位变量为0或1sfr特殊功能寄存器，sfr的字节地址为0255sfr16特殊功能寄存器，sfr的字节地址为065535其余的数据类型如char、short、int、long、float等与标准C语言完全相同。bit、sbit、sfr、和sfr16数据类型专门用于51单片机硬件和C51编译器，并不是标准C语言的一部分，不能通过指针进行访问。bit、sbit、sfr、和sfr16数据类型专门用于访问51单片机的特殊功能寄存器，例如sfr P00x80，表示声明P0，并为其分配特殊功能寄存器地址0x80。当结果为不同的数据类型时，C51编译器自动转换数据类型。例如位变量在整数分配中就被转换成一个整数。除了数据类型的转换之外，带变量的符号扩展也是自动完成的。存储类型及存储区C51编译器支持51单片机及其扩展系列，并提供对51所有存储区的访问。存储区可分为内部数据存储区、外部数据存储区以及程序存储区。51单片机内部的数据存储区是可读写的，51派生系列最多可有256字节的内部数据存储区，其中低128字节可直接寻址，高128字节(从0x80到0xFF)只能间接寻址。从20H开始的16字节可位寻址。内部数据区又可分为3个不同的存储类型：data、idata和bdata。外部数据区也是可读写的，访问外部数据区比访问内部数据区慢，因为外部数据区是通过数据指针加载地址来间接访问的。 C51编译器提供两种不同的存储类型xdata和pdata访问外部数据。程序CODE存储区是只读的，不能写。程序存储区可能在51单片机CPU内或者在外部或者内外都有，这由51单片机派生的硬件决定。每个变量可以明确地分配到指定的存储空间，对内部数据存储器的访问比外部数据存储器的访问快许多，因此应当将频繁使用的变量放在内部数据存储器中，而把用的较少的变量放在外部数据存储器中。各存储区的简单描述如表1所示。变量声明中还包括了对存储器类型的指定，即指定变量存放的位置。表1 存储区描述存储区描述DATARAM的低128字节，可在一个周期内直接寻址BDATADATA区可字节、位混合寻址的16字节区IDATARAM区的高128字节，必须采用间接寻址XDATA外部存储区，使用DPTR间接寻址PDATA外部存储区的低256字节，采用间接寻址CODE程序存储区使用DPTR寻址下面分别详细介绍各存储区并给出应用实例。DATA区 DATA区的寻址是最快的，所以用该把经常使用的变量放在DATA区；但是DATA区的空间是有限的，DATA区除了包含程序变量外，还包含了堆栈和寄存器组。DATA区声明中的存储类型标识符为data，通常指低128字节的内部数据区存储的变量，可直接寻址。声明举例如下：unsigned char data sustem_status=0；unsigned int data unit_id2；char data inp_string16；float data outp_value；mymtype data new_val；标准变量和用户自声明变量都可以存储在DATA区中，只要不超过DATA区的范围即可。因为C51使用默认的寄存器组来传递参数，这样DATA区至少失去了8字节的空间。另外，当内部堆栈溢出的时候，程序会复位。这是因为51单片机没有硬件报错机制，堆栈的溢出只能以这样的方式表示出来，因此要声明足够大的堆栈空间来防止堆栈溢出。BDATA区 BDATA区实际就是DATA区中的位寻址区，在这个区声明变量就可进行位寻址。位变量的声明对状态寄存器来说是十分有用的，因为它可能仅仅需要使用某一位，而不是整字节。BDATA区声明中的存储类型标识符为bdata，指内部可位寻址的16字节存储区(20H到2FH)可位寻址变量的数据类型。以下是在BDATA区中声明的位变量的例子：unsigned char bdata status_byte；unsigned int bdata status_word；unsigned long bdata status_dword；对变量位进行寻址产生的汇编代码比声明DATA区的字节位所产生的汇编代码要好，如果对声明在BDATA区中的字节位采用偏移量进行寻址而不是用先前声明的位变量名时，编译后的代码是错误的。IDATA区 IDATA区也可存放使用比较频繁的变量，使用寄存器作为指针进行寻址，即在寄存器中设置8位地址进行间接寻址。与外部存储器寻址相比它的执行周期和代码长度都比较短，IDATA区声明的存储类型标识符为idata，指内部的256字节的存储区，但是只能间接寻址，速度比直接寻址慢。声明举例如下：unsigned char idata system_status=0；unsigned int idata unit_id2；char idata inp_string16；float idata outp_value；PDATA和XDATA区 PDATA和XDATA区属于外部存储区，外部数据区是可读写的存储区，最多可有64KB，当然这些地址不是必须用作存储区的。访问外部数据存储区比访问内部数据存储区慢，因为外部数据存储区是通过数据指针加载地址来间接访问的。在这两个区，变量的声明和其他区的语法是一样的，但PDATA区只有256字节而XDATA可达65536字节。对PDATA和XDATA的操作是相似的；对PDATA区的寻址比对XDATA区的寻址要快，因为对PDATA区寻址只需装入8位地址，而对XDATA区寻址需装入16位地址，所以尽量把外部数据存储在PDATA段中。PDATA和XDATA区声明中的存储类型标识符分别为pata和xdata，xdata存储类型标识符可以指定外部数据区64KB的任何地址，而pdata存储类型标识符仅指定一页或256字节的外部数据区。声明举例如下:unsigned char xdata system_status=0；unsigned int pdata unit_id2；char xdata inp_string16；float pdata outp_value；外部地址段中除了包含存储器第之外，还包含I/O器件的地址，对外部器件寻址可通过指针或51提供的宏，使用宏对外部器件进行寻址更具可读性。宏声明使得存储区看上去像char和int类型的数据组，下面是一些绝对寄存器寻址的例子：inp_byteXBYTE0x8500；从地址8500H读一字节inp_wordXWORD0x4000；从地址4000H读一字节c=*(char xdata *)0x0000)；从地址0000H读一字节XBYTE0x7500=out_val；写一字节到7500H如果要对BDATA和BIT段之外的其他数据区寻址，则要包含头文件absacc.h，并采用以上方法寻址。CODE区 程序存储区CODE的数据是不可改变的，跳转向量和状态表对CODE段的访问和对XDATA区的访问时间是一样的。编译的时候要对程序存储区中的对象进行初始化，否则就会产生错误。程序存储区CODE声明中的标识符为code，在C51编译器中可用code存储区类型标识符来访问程序存储区。下面是程序存储区声明的例子：unsigned char code a = 0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15；存储器模式存储器模式是函数自变量、自动变量和没有明确规定存储类型的变量的默认存储器类型。指定存储器类型需要在命令中使用SMALL、COMPACT和LARGE3个控制命令中的1个，例如：void fun1(void) small ；SMALL在该模式中，所有变量都默认地位于51内部数据存储器，这和使用data指定存储器类型的方式一样。在此模式下，变量访问的效率很高，但所有的数据对象和堆栈必须适合内部RAM。确定堆栈的大小是很关键的，因为使用的堆栈空间是由不同函数嵌套的深度决定的。通常，如果BL51连接器/定位器将变量都配置在内部数据存储器内，则SMALL模型是最佳选择。COMPACT 当使用COMPACT模式时，所有变量都被默认为在外部数据存储器的页内，这和使用pdata指定存储器类型是一样的。该存储器类型适用于变量不超过256字节的情况，此限制是由于寻址方式所决定的；和SMALL模式相比，该存储模型的效率比较低，对变量的访问速度也慢一些。但是比LARGE模式快。LARGE 在LARGE模式中，所有的变量都默认为位于外部数据存储器(这和使用xdata指定存储器类型是一样的)，并使用数据指针DPTR进行寻址。通过数据指针访问外部数据存储器的效率低，特别是当变量为2字节或更多字节时，该模式要比SMALL和COMPACT产生更多的代码。特殊功能寄存器(SFR)51单片机提供128字节的SFR寻址区，地址为80HFFH。51单片机，除了程序计数器PC和4组通用寄存器组之外，其他所有的寄存器均为SFR，并位于片内的特殊寄存器区。这个区域可位寻址、字节寻址或字寻址，用以控制定时器、计数器、串口、I/O及其他部件。特殊功能寄存器可由以下几种关键字说明：(1)sfr 声明字节寻址的特殊功能寄存器，比如 “sfr P0=0x80；”表示P0口的地址为80H。注意：“sfr”后面必须跟一特殊寄存器名：“”后面的地址必须是常数，不允许带有运算符的表达式。这个常数的范围必须在特殊功能寄存器地址范围内，位于0x80H到0xFFH之间。(2)sfr16 许多新的8051派生系列单片机用两个连续地址来确定SFR来指定16位值，例如8052用地址0xCC和0xCD表示定时器/计数器2的低和高字节，如sfr16 T20xCC；表示T2口地址的低地址T2L0xCC，高地址T2H=0xCD。sfr16声明和sfr声明遵循相同的原则，任何符号名都可用在sfr16的声明中。声明中名字后面不是赋值语句。而是一个SFR地址，其高字节必须位于低字节之后。这种声明适用于所有的SFR，但不能用于定时/计数器0和计数器1。(3)sbit 声明可位寻址的特殊功能寄存器和别的可位寻址的目标。“”后将绝对地址赋给变量名，3种变量名声明形式如下：sfr_nameint_constan该变量用一个已声明的sfr sfr_name作为sbit的基地址(SFR的地址必须能被8整除)。“”后面的表达式指定了位的位置，必须是07之间的一个数字，例如：sfr PSW=0XD0；sfr IE=0XA8；sbit OV=PSW2；sbit EA=IE7；int_constantint_constant该变量用一个整常数作为sbit的基地址，基地址必须能被8整除。“”后面的表达式指定位的位置，必须在07之间。例如：sbit OV=0xD02；sbit CY=0xD07；int_constant该变量是一个sbit的绝对位地址，例如：sbit OV=0xD0；sbit CY=0xD0；特殊功能位代表一个独立的声明类，它不能和别的位声明或位域互换，sbit数据类型可以用来访问用bdata存储类型标识符声明的变量的位。不是所