单片机C51语言及程序设计.ppt

1、单片机C51语言基础及C51程序设计,主要内容,C51语言概述 C51的标识符与关键字 C51的变量及数据类型 C51的运算符及表达式 C51的程序结构 C51开发环境 C51编程实例,一、C51语言概述,单片机C51语言是ANSI C的扩展。 C51语言除了具有C语言的优点外，同时具有汇编语言的硬件操作能力。 运行于单片机平台，支持的微处理器种类繁多，可移植性好。对于兼容的8051系列单片机，只要将一个硬件型号下的程序稍加修改，甚至不加改变，就可移植到另一个不同型号的单片机中运行。 具有高级语言的特点，尽量减少底层硬件寄存器的操作。 单片机C51语言提供了完备的数据类型、运算符及函数供使用。

2、 C51语言代码执行的效率方面十分接近汇编语言，且比汇编语言的程序易于理解，便于代码共享,二、C51的标识符与关键字,标识符即特定的字符或字符串，用来给变量、函数、符号常量、自定义类型等命名。用标识符给C语言程序中各种对象命名时，要用字母、下划线和数字组成的字符序列，并要求首字符是字母或下划线，不能是数字。字母的大小写是有区别的。 通常下划线开头的标识符是编译系统专用的，因此在编写C语言源程序时一般不使用以下划线开头的标识符，而将下划线用作分段符。C51编译器规定标识符最长可达255个字符，但只有前32个字符在编译时有效，因此标识符的长度一般不要超过32个字符。 关键字是一种已被系统使用过的具

3、有特定含义的标识符。用户不得再用关键字给变量等命名。C语言关键字较少，ANSI C标准一共规定了32个关键字，见表,ANSI C语言的关键字,Keil C51编译器除了有ANSI C标准的32个关键字外，还根据51单片机的特点扩展了相应的关键字。在Keil C51开发环境的文本编辑器中编写C程序，系统可以把保留字以不同的颜色显示，缺省颜色为蓝色。下表为Keil C51编译器扩展的关键字,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,三、C51的变量及数据类型,存储类别】数据类型【存储器类型】 变量名,标准C,

4、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,存储类别】数据类型【存储器类型】变量名,共有四个说明符： 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)

5、型变量,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,存储类别】数据类型 【存储器类型】变量名,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,bit bit_name = 0或1,例如：bit door = 0 ; /定义一个叫door的位变量且初值为0,标准C的变量定义举例： int a = 5 ; /定义一个初值为5的整形变量a 语法规则：int int_name = 常数,注意：上述变量的物理地址是由编译器分配的,sfr或sfr16型,关键词sfr或sfr16用于定义SFR字节地

6、址变量，语法规则： sfr 或 sfr16 sfr_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,例如，sfr P0 = 0 x80; /定义P0口地址80H sfr PCON = 0 x87; /定义PCON地址87H sfr16 DPTR=0 x82; /定义DPTR的低端地址82H,注意：SFR字节地址变量的物理地址是由MCU资源决定的,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：绝对位地址、相对位地址,1）将SFR的绝对位地址定义为位变量名 sbit bit_name =

7、 位地址常数; 例如， sbit CY = 0 xD7,3）将SFR的相对位位置定义位变量名 sbit bit_name = sfr_name 位位置; 例如， sbit CY = PSW7,2）将SFR的相对位地址定义为位变量名 sbit bit_name = sfr字节地址 位位置; 例如， sbit CY = 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,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,应用举例,存储类别】数据类型

8、【存储器类型】变量名,51单片机的 三个逻辑存储空间,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,C51的存储类型与存储空间对应关系表,编译模式,三种编译模式分别对应于三种缺省存储类型,存储类别】数据类型【存储器类型】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,存储类别】数据类型【存储器类型】变量名,变量名不得使用标准C

9、语言和C51语言的关键字,unsigned char data system_status = 0,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,变量定义举例,变量名为system_status,位于片内RAM区,无符号字符型,自动型,初值为零,unsigned char bdata status_byte,unsigned int code unit_id2=0 x1234, 0 x89ab,static char m, 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

10、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,定义了一个指向由“数据类型”说明的变量的指针变量; 被指向变量和指针变量位于C编译器默认的内存区域中,标准C语言指针的一般定义形式为： 数据类型 *指针变量名,例如： int a =A; int *p1=,表示： p1是一个指向int型变量的指针变量 p1的值是int型变量a的地址 a和p1两个变量都位于C编译器默认的内存区域中,在C51里定义指针，需要额外说明两个问题： 1）指针变量自身位于哪个存储区域? 2）被指向变量位于哪个存储区中,C51指

11、针的一般定义形式： 数据类型 【存储类型1】 * 【存储类型2】 指针变量名,数据类型被指向变量的数据类型，不能缺省 存储类型1被指向变量所在的存储区类型，缺省时根据该变量的定义 语句确定 存储类型2指针变量所在的存储区类型，缺省时根据C51编译模式的 默认值确定 指针变量名按C51变量名的规则选取,例1 char xdata a = A; char * ptr =,举例说明C51指针定义的用法 （SMALL编译模式下,解】 ptr是一个指向char型变量的指针变量; 它本身位于SMALL编译模式默认的data存储区里; 它的值是位于xdata存储区里的char型变量a的地址； “存储类型1”

12、 缺省时，靠被指向变量的定义确定存储类型,数据类型 【存储类型1】 * 【存储类型2】 指针变量名,例2 char xdata a = A; char *ptr =,解】 Ptr先指向位于xdata存储区的char型变量a，后指向位于idata存储区的char型变量b; “存储类型1”缺省时，ptr指针具有一定随意性,数据类型 【存储类型1】 * 【存储类型2】 指针变量名,例3 char xdata a = A; char xdata *ptr =,解】 a是位于xdata存储区里的char型变量; ptr是固定指向xdata存储区中char型变量的指针变量; “存储类型1”存在时， ptr

13、指针具有固定指向性,数据类型 【存储类型1】 * 【存储类型2】 指针变量名,例4 char xdata a = A; char xdata *idata ptr =,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; “存储类型2”存在时， ptr 指针具有明确的存储区域,数据类型 【存储类型1】 * 【存储类型2】 指针变量名,四、C51的运算符及表达式,1 算术运算符和算术表达式 （1）、基本算术运算符 加法运算符，或正值符号； 减法运算符，或负值符号； 乘法运算符； 除法运算符； % 模（求余）运算符；例11%3=2，结果是11除以3所

14、得余数为2。 在上述运算符中，加、减和乘法符合一般的算术运算规则。除法运算时，如果是两个整数相除，其结果为整数；如果是两个浮点数相除，其结果为浮点数。而对于取余运算，则要求两个运算对象均为整型数据,C语言规定了算术运算符的优先级和结合性。 优先级-指当运算对象两侧都有运算符时，执行运算的先后次序。按运算符优先级别的高低顺序执行运算。 结合性-指当一个运算对象两侧的运算符优先级别相同时的运算顺序。 算术运算符中取负运算的优先级最高，其次是乘法、除法和取余，加法和减法的优先级最低。也可以根据需要，在算术表达式采用括号来改变优先级的顺序。 如：a+b/c ;该表达式中，除号优先级高于加号，故先运算b

15、/c所得结果，之后再与a相加。 （a+b）*（c-d）-e ; 该表达式中，括号优先级最高，其次是“*”，最后是减号。故先运算（a+b）和（c-d），然后再将二者结果相乘，最后与e相减,2）、自增减运算符 自增减运算符的作用是使变量值自动加1或减1。 + 自增运算符； - 自减运算符； +和-运算符只能用于变量，不能用于常量和表达式。如+（a+1）是错误的。 如： +i、-i 在使用i之前，先使i值加（减）1。 i+、i- 在使用i之后，再使i值加（减）1。 粗略的看，+i和i+的作用都相当于i=i+1，但+i和i+的不同之处在于+i先执行i=i+1，再使用i的值；而i+则是先使用i的值，再执

16、行i=i+1。 如： 若i值原来为5.则 j=+i; j的值为6，i的值也为6； j=i+; j的值为5，i的值为6,3）、类型转换 运算符两侧的数据类型不同时，要转换成同种类型。转换的方法有两种，一是自动转换，是编译系统在编译时自动进行的类型转换，顺序是： bitcharintlongfloat,signedunsigned。 二是强制类型转换，是通过类型转换运算来实现的。 其一般形式：（类型说明符）（表达式） 功能：把表达式的运算结果强制转换成类型说明符所表示的类型。 如：（double）a 将a强制转换成double类型 (int)(x+y) 将x+y值强制转换成int类型 (float

17、)(5%3) 将模运算5%3的值强制转换成float类型,2 关系运算符、关系表达式及优先级 （1）、C51提供六种关系运算符 小于； = 小于等于； 大于； = 大于等于 = 测试等于； =!= 测试不等于； （2）、关系运算符的优先级 1）、=的优先级相同，两种=、=相同；前4种优先级高于后两种。 2）关系运算符的优先级低于算术运算符。 3）关系运算符的优先级高于赋值运算符。 如： ca+b 等效于 c(a+b)； ab!=c 等效于(ab)!=c a=bc 等效于a=(bc) （3）、关系运算符的结合性为左结合 如： a=4,b=3,c=1 ，则 f=abc,则ab的值为1，1c的值为0

18、，故f=0。 （4）、关系表达式 用关系运算符和将两个表达式（可以是算术表达式、关系表达式、逻辑表达式、字符表达式）连接起来的式子。 （5）、关系表达式的结果 真和假。C51中用0表示假，1表示真,3 逻辑运算符和逻辑表达式及优先级 （1）、C51提供3种逻辑运算符 ！ 逻辑“非”（NOT） unsigned char CNT2; void Timer( ) interrupt 1 using 2 if( +CNT1=1000 ) / CNT1计数到1000 CNT2+;/ CNT2开始计数 CNT1=0;/ CNT1清零,在编写中断函数时，应特别注意以下几点： (1) 中断函数为无参函数，即

19、不能在中断函数中定义任何变量，否则将导致编译错误。 (2) 中断函数没有返回值，即应将中断函数定义为void类型。 (3) 中断函数不能直接被调用，否则将导致编译错误。 (4) 中断函数使用浮点运算时要保存浮点寄存器的状态。 (5) 如果在中断函数中调用了其他函数，则被调用函数所使用的寄存器组必须与中断函数相同。 (6) 由于中断的产生不可预测，中断函数对其他函数的调用可能形成递归调用，必要时可将被中断函数调用的其他函数定义成再入函数,重入函数,在主函数和中断函数中都可调用的函数容易产生问题。51系列单片机一般使用寄存器传递函数参数，局部变量一般存放在片内RAM中。由于片内RAM的容量很小(只

20、有128B)，函数再入时会破坏或覆盖上次调用的数据。为此，C51语言提供了关键字reentrant，用于将相应的函数指定为可重入函数。 所谓重入函数，是指可以在函数体内间接调用其自身的函数,重入函数可以被递归调用和多重调用，而不用担心变 量被覆盖，因为每次函数调用中的局部变量都会被单独保存起来,重入函数的定义格式：函数类型 函数名(形参列表) reentrant 局部变量说明 可执行语句,标准库函数,根据51系列单片机本身的特点，C51语言编译系统在C语言的基础上又扩展了以下几种库函数： (1) C51S.LIB：Small模式，无浮点运算。 (2) C51FPS.LIB：Small模式，有浮

21、点运算。 (3) C51C.LIB：Compact模式，无浮点运算。 (4) C51FPC.LIB：Compact模式，有浮点运算。 (5) C51L.LIB：Large模式，无浮点运算。 (6) C51FPL.LIB：Large模式，有浮点运算,所谓标准库函数，是指由编译系统提供的、用户可以直接调用的函数。在程序设计中，多使用库函数使程序代码简单，结构清晰，易于调试和维护,每个库函数都在相应的头文件中给出了函数原型声明。在使用库函数时，必须在源程序的开头处用#include命令将有关的头文件包含进来，例如： #include #include void main( ),值得注意的是，C51语

22、言中的某些库函数的参数和调用格式与标准C语言有所不同，如isdigit( )函数的返回值类型是bit而不是int,在C51语言中，调用标准库函数的方式有以下两种： (1) 作为表达式的一部分。例如，求y=|x|+3可以通过调用abs( ) 函数来实现： y=abs( x ) + 3; (2) 作为独立的语句完成某种操作。例如： printf(*n); 可以在标准输出设备上输出一行5个连续的“*”号,Keil C51提供了相当丰富的标准库函数，并把它们分门别类地归属到不同的头文件中,标准库函数的原型、功能描述、返回值、重入属性以及应用举例在Keil C51集成开发环境提供的帮助文档中均可以查到,

23、以数学类库函数abs( )为例，查阅标准库函数的方法,1) 在Keil C51集成开发环境下，单击工程管理器中的Books标签，即可看到Keil C51提供的帮助文档，如图3.15所示,Keil C51的帮助文档,2) 在下图所示的界面中，双击C51库函数（C51 Library Functions）选项，打开C51库函数帮助窗口，如图所示,Keil C51的库函数,3) 在图的左侧窗口找到abs并单击，则在图的右侧窗口中可以看到有关库函数abs( )的介绍内容，包括该函数所属的头文件、 函数原型、功能描 述、再入属性以及 应用举例等，如图 所示,库函数abs( )的帮助文档,1. Keil的

24、编译环境 Vision3,Keil是德国Keil Software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,六、开发环境,Vision3的软件界面包括四大组成部分，即菜单工具栏，工程管理窗口，文件窗口和输出窗口,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,工程管理窗口用于管理工程文件目录，它由五个子窗口组成，可以通过子窗口下方的标签进行切换，它们分别是：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,输出窗口： 输出窗口用于编译过程中的信息交互作用，由三个子窗口组成，可以通过子窗口下方的标签进行切换，它们分别是：编译窗口，命令窗口，搜寻窗口,信息窗口： 观察窗口（Watch & Call Stack Windows） 输出窗口（Output Windows） 存储器窗口（Memory Window） 反汇编窗口（Dissambly Window） 串行窗口（Serial Window,输入源程序建立工程对