单片机的C51语言.ppt

1、第4章 单片机的C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,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。,汇编语言的问题,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

2、手快,C51的好处,相同之处： 语法规则、程序结构、编程方法 差异之处： 数据类型、存储模式、中断处理 教学安排： 介绍C51语言的数据结构及C51编程手段； 介绍单片机I/O口的初步应用及C51编程方法。,C51与标准C语言对比,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,4.1 C51的程序结构,Project（可包含若干程序文件）,Keil C51（Vionsion3）,Main（函数）,File_1（*.c）,Func_k（函数）,.,File_n（*.*）,Func_1（函数）,Fun

3、c_n（函数）,.,用户编程,编译系统,C51单片机软件系统结构, 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。,C51与标准C程序结构完全相同,程序结构,举例：LED闪烁控制功能,#include/51头文件 void delay();/延时函数声明 sbit p1_0=P10;/输出端口定义 void main()/主函数 while(1)/无限循环体 p1_0=0;/P1.0=“0”，LED亮 delay();/延时 p1_0=1; /P1

4、.0=“1”，LED灭 delay(); /延时 void delay()/延时函数 unsigned int i;/整型变量i for(i=20000;i0;i-);/循环延时 ,预处理命令-,函数说明-,全局变量定义-,主函数-,函数定义-,局部变量定义-,函数体,函数体-,C51程序代码,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 1. C51的变量 2. C51的指针 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,4.2 C51的数据结构,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

5、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？,1. C51的变量,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,* 方括号项可以缺省,C51变量定义的四个要素:, 自动变量（auto）在函数内部定义的变量，退出函数后，分配给该变量的存储单元即自行消失（局部变量）。,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名, 外部变量（extern）在函数外部定义的变量，可始终保持变量的数值（全局变量）。 【强调】一个外部变量只能被定义一次，在定义文件之外的地方使用时需用extern进行声明。, 静态变量（static）静态局部变量/静态全局变量 寄存器变量（register）以寄存器为存储空间的变量

6、,* 若省略存储种类选项，则变量默认为自动变量,存储种类,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,数据类型,bit 型,用bit 定义一个位变量，语法规则如下：,bit bit_name = 常数01;,例如：bit door = 0 ; /定义一个叫door的变量且初值为0,注意： 利用bit可以定义一个位变量或位函数，但不能定义位指针，也不能定义位数组。 例如： bit gate=0;,C51扩充数据类型：bit、sfr或sfr16、sbit,sfr定义特殊功能寄存器SFR，语法规则如下： sf

7、r 或 sfr16 sfr_name = 字节地址常数;,sfr或sfr16型,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,将SFR范围内的位地址（0 x800 xFF）定义为位变量,sbit型,1）sbit bit_name = 位地址常数; 将位于SFR字节地址内的绝对位地址定义为位变量名。 例如，sbit CY = 0 xD7;,2）sbit bit_name = sfr_name 位位置; 将已有定义的SFR的07位定义为位变量名。 例如:

8、 sfr PSW = 0 xD0; sbit CY = PSW7;,3）sbit bit_name = sfr字节地址 位位置; 将SFR字节地址的相对位地址定义为位变量名。 例如: sbit CY = 0 xD07;,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，无需重定义即可直接使用它们的名称。,应用举例：,51系列单片机有三个逻辑存储空间：,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,片内数据存储器，片外数据存储器和程序存储器。,存储类型,建立C51存储类型与存储空间的对应关系,C51的

9、存储类型与存储空间对应关系表,三种默认存储类型与编译模式之间的关系： SMALL：参数及局部变量放入可直接寻址的片内RAM区，默认类型是DATA。 COMPACT：参数及局部变量放入分页片外RAM区(最大256B)，默认类型是PDATA。 LARGE： 参数及局部变量放入片外RAM区(最大64KB) ，默认类型是XDATA。,C51编译器指定了三种默认存储类型：,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,C51编译器的三种编译模式： SMALL:所有变量都被定义在片内RAM； COMPACT：所有变量都被定义在分页寻址的片外RAM中； LARGE：所有变量都被定义在片外RAM中(最大64KB),

10、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,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,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。,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。,数据结构定义举例,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,uns

11、igned 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。,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 1. C51的变量 2. C51的指针 3.绝对变量定义 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.

12、4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,C51的指针与标准C的指针几乎是一样的，都可以简单理解为“存储地址的变量”，例如：,int *b = ,int a; /定义一个整型变量a,/定义一个整型指针变量b，其初值为a的地址,2. C51的指针,在C51里定义指针，还需要额外指明两个问题： 1）指针变量自身位于哪个存储区域； 2）该指针的值代表的是哪个存储区域里的地址。,以SMALL编译模式（默认data区存储类型）为例：,例1 char xdata a = A; /定义xdata区里的变量a，初值A char *ptr = ,解：ptr是一个char型的指针变量，它本身位于data

13、存储区，它的初值是位于xdata区里变量a的地址。,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,解： unsigned char idata a = A;,例2 若ptr是一个unsigned char型指针变量，它本身位于idata存储区，它的初值是位于idata存储区里的unsigned char型自动变量a（初值为A ）的地址。试据此完成相关变量的定义和初始化 。,unsigned char * idata ptr = ,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 1. C51的变量 2. C51的指针 3.绝对变量定义 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境

14、 4.5 C51初步应用编程,(1). 采用扩展关键字“_at_”或指针定义变量的绝对地址,一般格式： 数据类型【存储类型】变量名 _at_ 地址常量 例如： char data a10 _at_ 0 x30; int idata b _at_ 0 x40; char xdata text256 _at_ 0 x0E000; 注意：利用扩展关键字“_at_”定义的变量称为“绝对变量”，对该变量的操作就是对指定存储器空间绝对地址的直接操作，因此不能对“绝对变量”进行初始化。,(2). 采用预定义宏指定变量的绝对地址,在“ABSACC.H”中提供了如下一套预义宏： CBYTECWORDFARRAY

15、 DBYTEDWORDFCARRAY PBYTEPWORDPCVAR XBYTEXWORDFVAR 包含该头文件，即可在C51源程序中利用这些宏来指定变量的绝对地址。 常用于扩展I/O端口地址的定义，如 #include #define port_con XBYTE0 x8001 #define port_dat XBYTE0 x8000 char x; port_con=0 x5A; /向XDATA存储地址8001写入数据0 x5A x=port_dat;/从XDATA存储地址0100中读取数据并赋值给x,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程

16、 1.在C51中调用汇编程序 2. C51中嵌入汇编代码 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,4.3 C51与汇编语言的混合编程,基本概念,由于C语言是“使用函数的语言”，所以实现两者混合编程的关键在于实现不同语言之间的函数调用。 由于C51语言对函数的参数、返回值传送规则、段的选用和命名都做了严格的规定，因此在混合编程时汇编语言要按照C51语言的规定来编写。这是一般高级语言和低级语言混合编程的通用规则，即低级语言要向高级语言看齐，按照高级语言的规定进行编写。 汇编语言与C51混合编程时，通常用C51编写主程序，用汇编语言编写与硬件相关的子程序。 不同的编译程序中，C语言对

17、汇编语言的编译方法不同。在Keil中，是将不同模块分别编译或汇编，再通过链接来产生一个目标文件。,举例：在两个数据中选出较大的数据，并赋值给变量c。,1. 在C51中调用汇编函数,/以下代码在main.c文件中实现 char max(char a,char b);/由汇编语言实现 void main() char a=30,b=40,c; c=max(a,b); ,;以下代码在汇编语言文件max.asm中实现 PUBLIC _MAX DE SEGMENT CODE RSEGDE _MAX:MOVA,R7 ;取第一个参数 MOV30H,R5 ;取第二个参数 CJNEA,30H,TAG SJMPE

18、XIT TAG:JNCEXIT MOVR7,30H EXIT: RET END,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：,通过在汇编文件中定义同名的“函数”来实现。,1）程序的寻址问题,char max(char a,char b);/由汇编语言实现 void main() char a=30,b=40,c; c=max(a

19、,b); ,PUBLIC _MAX DESEGMENT CODE RSEGDE _MAX:,_MAX:MOVA,R7 ;取第一个参数 MOV30H,R5 ;取第二个参数 CJNEA,30H,TAG SJMPEXIT TAG:JNCEXIT MOVR7,30H EXIT: RET END,2）参数传递问题,char max(char a,char b);/由汇编语言实现 void main() char a=30,b=40,c; c=max(a,b); ,3）返回值传递问题,_MAX:MOVA,R7 ;取第一个参数 MOV30H,R5 ;取第二个参数 CJNEA,30H,TAG SJMPEXIT

20、 TAG:JNCEXIT MOVR7,30H EXIT: RET END,char max(char a,char b);/由汇编语言实现 void main() char a=30,b=40,c; c=max(a,b); ,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 1.在C51中调用汇编程序 2. C51中嵌入汇编代码 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,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：,2. C51中嵌入汇编代码,voidreset_da

21、ta(void) asmMOVR1,#0AH asm LOOP:INCA asm DJNZR0,LOOP return; ,把asm 作为关键字后续汇编用大括号括起来即可，例如：,方法二,voidreset_data(void) asm MOVR1,#0AH LOOP:INCA DJNZR0,LOOP return; ,在C 模块内通过语句“ # pragma”嵌入汇编代码，例如：,方法三,voidreset_data(void) #pragmaasm MOVR1,#0AH LOOP:INCA DJNZR0,LOOP #pragma endasm return; ,注意：上述嵌入汇编代码的C函

22、数需要对Keil C编译器进行一定的设置后才能正常编译，具体设置办法参见相关文献。,例如：编写程序从P1.0输出方波,#include sbit p10=P10; /主函数 void main() while(1) p10=!p10; #pragma ASM MOVR7,#2; D1:MOVR6,#250; DJNZR6,$ DJNZR7,D1 #pragma ENDASM ,注意：在Keil环境下，内嵌汇编时要将SRC_CONTROL激活。激活的方法是：在Project窗口中包含汇编的窗口中包含汇编代码的C文件上右击鼠标，从弹出的快捷菜单中选择Option for file命令，双击右边的G

23、enerate Assembler SRC File和Assemble SRC File，使复选框由无效变为有效状态。,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 1. Keil的编译环境 Vision3 2. Vision3的基本使用方法 4.5 C51初步应用编程,4.4 C51仿真开发环境,Keil是德国Keil Software公司的51单片机开发软件包，包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理及仿真调试器，通过一个集成开发环境（uVisoin3）组合起来。,1. Keil的编译环境 Vision3,即菜单工具栏，项目

24、管理窗口，文件窗口和输出窗口。,Vision3的软件界面包括四大组成部分,工具栏的位置和数量可以通过设置选定和移动。,Vision3中共有11个下拉菜单,项目管理窗口用于管理项目文件目录，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。,项目管理窗口：,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。,输出窗口：,观察窗口（Watch P2=0; while(1) key = P0 /显示到led ,“取反”操作的优先级高于“与”操作,参考程

25、序如下,编程界面和运行界面分别如下图,【要求】 K1为“开始键”，可使K3和K4有效，初值为“自下向上” 运动; K2 为“停止键”，可使K3和K4失效，并使全灯关闭； K3和K4为“方向键”,分别对应 “自上向下”和 “自下向上” 运动。,实例2 键控流水灯,分析整体关系,分析局部关系（获取按键状态）,对应功能：启停=1, 启停=0, 方向=1, 方向=0,switch (表达式） case 常量表达式1：语句1; case 常量表达式2：语句2; case 常量表达式n：语句n; default:语句n+1; ,1#4#的键值：0 x0e, 0 x0d, 0 x0b, 0 x07,分析局部

26、关系（修改状态标志）,建立LED显示码数组 = 01，02，04，08,分析局部关系（LED循环控制）,参考程序如下,#include reg51.h char led=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08; /显示模型 /延时子程序 void delay(unsigned int time) unsigned int j = 0; for(;time0;time-) for(j=0;j125;j+); /返回键值，当有键按下时，返回低4位相应位为1 /如果P0口低4位为全“1”，则返回0， /否则返回低4位相应位为0，其它位为“1” char key() return (P0 /P

27、0.3为0，则dir置“0” ,if (run) /若run为“1” if(dir) /若dir为“1” /自上而下流动 for(i=0;i=0;i-) P2=ledi; delay(200); else P2=0;/灯全灭 ,Keil项目和程序界面如下图所示,将实例2中的C51函数key()的功能改用汇编语言实现，并完成系统的混合编程。,程序说明,按照混合编程规则分别编写汇编语言（流水灯.asm）与C51语言（流水灯汇.c）两个程序文件，并将其添加到Keil的同一项目中。,实例3 混合编程,流水灯汇.c,#include reg51.h char led=0 x01,0 x02,0 x04,

28、0 x08; void delay(unsigned int time) unsigned int j = 0; for(;time0;time-) for(j=0;j125;j+); char key();/按键处理(汇编)在.asm文件中 void main() bit dir=0,run=0; char i; while(1) switch (key() case 0 x0e:run=1;break; case 0 x0d:run=0;break; case 0 x0b:dir=1;break; case 0 x07:dir=0;break; ,if (run) if(dir) /自上而

29、下流动 for(i=0;i=1;i-) P2=ledi - 1; delay(200); else P2=0;/灯全灭 ,key.asm,;按键处理函数（汇编） PUBLICKEY DE SEGMENT CODE RSEG DE KEY: MOVA,P0 ANLA,#0FH MOVB,A CJNEA,#0FH,KEYOUT MOVR7,#0 SJMPDOWN KEYOUT: MOVR7,B DOWN: RET END,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程 4.5.1 IO端口的简单应用 4

30、.5.1.1 基本输入输出单元与编程 4.5.1.2 LED数码管原理与编程 4.5.2 IO端口的进阶实践,4.5 C51初步应用编程,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。,2. LED数码管原理与编程,com为公共端,共阳极LED,共阴极LED,引脚配置,（7-Segment Display）,七段式LED显示器,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0-9，A-F,LED的亮暗组合（显示码）能形成不同的显示字符,在P0口连接一个共阴极数码管，使之循环显示0-9数字。,实例4 LED数码管显示,将显示码循环输出到P0口即

31、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：,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，char led_mod =x1,x2,.,xn） 通过循环变量指定待送出的数组元素,分析：,参考程序,#include /包括一个51标准内核的头文件 char led_mod=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d, 0 x07,0 x7f,0 x6f;/LED显示字模 void delay(unsigned int time) unsigned int j = 0; for(;time0;time

32、-) for(j=0;j125;j+); void main(void) char i = 0; while(1) for(i=0;i=9;i+) P0=led_modi; delay(500); ,对按键动作进行计数和显示，达到99后重新由1开始计数。,个位LED接P2口；十位LED接P0口（上拉电阻）,实例5 计数显示器,读P3.7口，进行加1计数和超界处理； 拆分计数器数值个位、十位； 查找/输出显示码到P0和P2口。,计数值拆分： 取模运算（%）个位 整除10运算（/）十位,查找/输出显示码： 按拆分值输出相应数组元素,分析：,参考程序,#include sbit P3_7=P37;

33、unsigned char code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f; unsigned char count; void delay(unsigned int time) unsigned int j = 0; for(;time0;time-) for(j=0;j125;j+); void main(void) count=0; /计数器赋初值 P0=tablecount/10; /P0口显示初值 P2=tablecount%10; /P2口显示初值,（接前页）,while(1) /进入无限

34、循环 if(P3_7=0) /软件消抖,检测按键是否压下 delay(10); if(P3_7=0) /若按键压下 count+; /计数器增1 if(count=100) /判断循环是否超限 count=0; P0=tablecount/10;/P0口输出显示 P2=tablecount%10;/P2口输出显示 while(P3_7=0); /等待按键松开，防止连续计数 ,程序运行效果,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程 4.5.1 IO端口的简单应用 4.5.2 IO端口的进阶实践

35、4.5.2.1 数码管动态显示原理与编程 4.5.2.2 行列式键盘原理与编程,4.5 C51初步应用编程,静态显示接口和动态显示接口,静态显示接口：一个并行口接一个数码管。 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,1. 数码管动态显示原理与编程,将所有数码管的段码线对应并联起来接在一个8位并行口上，而每位数码管的公共端分别由一位I/O线控制。,动态显示接口,轮流显示，即每一时刻只有一只显示器工作。当时间间隔很小（如10ms）时，人眼的暂留特性无闪烁的连续显示。 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）,工作原理,

36、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”。,实例6 数码管动态显示,Proteus中的双联LED数码管相当于两个并联的数码管。,分析：,如果不考虑switch，动态显示“L2”的程序可以如下：,完整的源程序,#include char led_mod = 0 x38,0 x5B,0 x76,0 x4F;/显示字模“L2H3” void delay(unsigned int time); sbit P17=P17; void main() char led_point = 0, switch_sta = 0; while (1) sw

37、itch_sta = (P17 = 1) ? 2 : 0; /如果P17为1，则取2，否则取0 P3 = 2 - led_point; /LED位选择 P2 = led_modswitch_sta + led_point;/P2输出字模 led_point = 1 - led_point; delay(30); void delay(unsigned int time) unsigned int j = 0; for(;time0;time-) for(j=0;j125;j+); ,需要数码管指针led_point和开关状态标志switch_sta的配合才能实现两个显示值的切换功能。,#inc

38、lude char led_mod = 0 x38,0 x5B,0 x76,0 x4F;/显示字模“L2H3” void delay(unsigned int time); sbit P17=P17; void main() char md,i,k; while (1) md=0 x01; if(P17)k=2;else k=0; for (i=0;i0;time-) for(j=0;j125;j+); ,运行效果图,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程 4.5.1 IO端口的简单应用 4

39、.5.2 IO端口的进阶实践 4.5.2.1 数码管动态显示原理与编程 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IO口线较多，当需要较多按键时可能产生IO资源紧张问题。,独立式键盘,独立式键盘与行列式键盘,2. 行列式键盘原理与编程,将IO口分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，列线通过上拉电阻接正电源。,行列式键盘,特点：占用IO口线较少，但软件将较为复杂。,键值（按键闭合时的数值），键模（按键代表的数值）,行列式键盘,判断哪一行有键压下 写端口（0 xf0）：行线电平=0；列线电平=1。 读端口进行判断：若P3 = 0 xf0没有按键压下； 若P30 xf0某行有键压下K1,（以P3口为例）：,键盘扫描原理,判断哪一列有键压下 写端口（0 x0f）：行线电平=1；列线电平=0。 读端口进行判断：若P3 = 0 x0f没有按键