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传寮池
5 years ago
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1 第 2 章单片机 C51 语言基础 2.1 C51 语言的基本知识 2.2 运算符与表达式 2.3 指针与绝对地址访问 2.4 本章小结 2.5 实训二发光二极管流水广告灯返回首页

2 教学提示随着单片机开发技术的不断发展, 目前已有越来越多的人从普遍使用汇编语言逐渐过渡到使用高级语言开发, 其中又以 C 语言为主, 市场上几种常见的单片机均有其 C 语言开发环境应用于 51 系列单片机开发的 C 语言通常简称为 C51 语言 Keil C51 是目前最流行的 51 系列单片机的 C 语言程序开发软件本章重点介绍 C51 语言对标准 ANSI C 语言的扩展内容深入理解并应用这些扩展内容是学习 C51 语言程序设计的关键

3 教学要求掌握 C51 语言的基本知识, 特别是新增数据类型 bit sbit sfr sfr16 的使用方法 ; 理解 C51 语言中关于存储区域的划分 ; 掌握 C51 语言中指针及绝对地址的使用方法 ; 进一步熟悉 Keil C51 Proteus ISIS 的使用方法

4 2.1 C51 语言的基本知识标识符常量基本数据类型存储区域与存储模式

5 2.1.1 标识符用来标识常量名变量名函数名等对象的有效字符序列称为标识符 (Identifier) 合法的标识符由字母数字和下划线组成, 并且第一个字符必须为字母或下划线在 C51 语言的标识符中, 大小写字母是严格区分的对于标识符的长度 ( 一个标识符允许的字符个数 ), 一般取前 8 个字符, 多余的字符将不被识别 C51 语言的标识符可以分为 3 类 : 关键字预定义标识符和自定义标识符自定义标识符

6 1. 关键字关键字是 C51 语言规定的一批标识符, 在源程序中代表固定的含义, 不能另作它用 C51 语言除了支持 ANSI 标准 C 语言中的关键字 ( 见表 2-1) 外, 还根据 51 系列单片机的结构特点扩展部分关键字, 见表 2-2

7 2. 预定义标识符预定义标识符是指 C51 语言提供的系统函数的名字 ( 如 printf scanf) 和预编译处理命令 ( 如 define include) 等 C51 语言语法允许用户把这类标识符另作它用, 但将使这些标识符失去系统规定的原意因此, 为了避免误解, 建议用户不要把预定义标识符另作它用

8 3. 自定义标识符由用户根据需要定义的标识符, 一般用来给变量函数数组或文件等命名程序中使用的自定义标识符除要遵循标识符的命名规则外, 还应做到见名知意, 即选择具有相关含义的英文单词或汉语拼音, 以增加程序的可读性如果自定义标识符与关键字相同, 程序在编译时将给出出错信息 ; 如果自定义标识符与预定义标识符相同, 系统并不报错

9 2.1.2 常量在程序运行过程中其值始终不变的量称为常量在 C51 语言中, 可以使用整型常量实型常量字符型常量

10 1. 整型常量整型常量又称为整数在 C51 语言中, 整数可以用十进制八进制和十六进制形式来表示但 C51 中数据的输出形式只有十进制和十六进制两种, 并可在 Watches 对话框中进行切换, 如图 2.1 所示图 2.1 C51 中数据输出形式选择 (1) 十进制数 (2) 八进制数 (3) 十六进制数

11 在 C51 语言中, 还可以用一个特别指定的标识符来代替一个常量, 称为符号常量符号常量符号常量通常用 #define 命令定义, 如 #define PI // 定义符号常量 PI= 定义了符号常量 PI, 就可以用下例语句计算半径为 r 的圆的面积 S 和周长 L S = PI*r*r; L = 2*PI*r; // 在程序中引用符号常量 PI // 在程序中引用符号常量 PI

12 2. 实型常量实型常量又称实数在 C51 语言中, 实数有两种表示形式, 均采用十进制数, 默认格式输出时最多只保留 6 位小数 (1) 小数形式 : 由数字和小数点组成例如, 等都是合法的实型常量 (2) 指数形式 : 小数形式的实数 E[±] 整数例如, 可以写成 E1, 或 E0, 或 E -1

13 3. 字符型常量用单引号括起来的一个 ASCII 字符集中的可显示字符称为字符常量字符常量例如, A a 9 # % 都是合法的字符常量 C51 语言规定, 所有字符常量都可作为整型常量来处理字符常量在内存中占 1Byte, 存放的是字符的 ASCII 代码值例如, 下列程序片段的执行结果为 z=16( 或 0x10) unsigned char x='a', y='a'; unsigned z; z=(y-x)/2;

14 2.1.3 基本数据类型数据类型是指变量的内在存储方式, 即存储变量所需的字节数以及变量的取值范围 C51 语言中变量的基本数据类型见表 2-3, 其中 bit sbit sfr sfr16 为 C51 语言新增的数据类型, 可以更加有效地利用 51 系列单片机的内部资源所谓变量, 是指在程序运行过程中其值可以改变的量变量应该先定义后使用, 定义格式如下 : 数据类型变量标识符 [ = 初值 ]

15 变量定义通常放在函数的开头部分, 但也可以放在函数的外部或复合语句的开头以 unsigned int 为例, 变量的定义方式主要有以下 3 种 : unsigned int k; unsigned int i, j, k; // 定义一个变量 // 定义多个变量 unsigned int i=6, j; // 定义变量的同时给变量赋初值

16 当在一个表达式中出现不同数据类型的变量时, 必须进行数据类型转换 C51 语言中数据类型的转换有两种方式 : 自动类型转换和强制类型转换 (1) 自动类型转换不同数据类型的变量在运算时, 由编译系统自动将它们转换成同一数据类型, 再进行运算自动转换规则如下 : bit char char int long float signed unsigned 当赋值运算符左右两侧类型不一致时, 编译系统会按上述规则, 自动把右侧表达式的类型转换成左侧变量的类型, 再赋值

17 (2) 强制类型转换根据程序设计的需要, 可以进行强制类型转换强制类型转换是利用强制类型转换符将一个表达式强制转换成所需要的类型其格式如下 : 例如,( int ) 5.87=5 ( 类型 ) 表达式注意 : 无论是自动转换还是强制转换, 都局限于某次运算, 并不改变数据说明时对变量规定的数据类型例 2.1 数据类型转换在 Keil μvision2 的 Watches 窗口中可以观察程序运行的结果

18 下面重点介绍 C51 语言中新增的数据类型 bit sbit sfr 和 sfr16 为方便讲解, 图 2.2 给出了一个简单的基于 AT89C52 的用 Proteus ISIS 绘制的单片机应用系统原理图图 2.2 某单片机应用系统原理图

19 1. bit 在 51 系列单片机的内部 RAM 中, 可以位寻址的单元主要有两大类 : 低 128 字节中的位寻址区 (20H~2FH), 高 128 字节中的可位寻址的 SFR, 有效的位地址共 210 个 ( 其中位寻址区有 128 个, 可位寻址的 SFR 中有 82 个 ), 见表 2-4 关键字 bit 可以定义存储于位寻址区中的位变量位变量的值只能是 0 或 1 bit 型变量的定义方法如下 : bit flag ; // 定义一个位变量 flag bit flag=1 ; // 定义一个位变量 flag 并赋初值 1

20 Keil C51 编译器对关键字 bit 的使用有如下限制 : (1) 不能定义位指针如 bit *P ; // 非法定义, 关键字 bit 不能定义位指针 (2) 不能定义位数组如 bit P[8] ; // 非法定义, 关键字 bit 不能定义位数组 (3) 用 #pragma disable 说明的函数和用 using n 明确指定工作寄存器组的函数, 不能返回 bit 类型的值例 2.2 基于图 2.2 所示的单片机应用系统, 编写程序使发光二极管 D0 闪烁

21 2. sbit 关键字 sbit 用于定义存储在可位寻址的 SFR 中的位变量, 为了区别于 bit 型位变量, 称用 sbit 定义的位变量为 SFR 位变量 SFR 位变量的值只能是 0 或 1 51 系列单片机中 SFR 位变量的存储范围见表 2-4

22 SFR 位变量的定义通常有以下 3 种用法 : (1) 使用 SFR 的位地址 : (2) 使用 SFR 的单元名称 : sbit 位变量名 = 位地址 sbit 位变量名 = SFR 单元名称 ^ 变量位序号 (3) 使用 SFR 的单元地址 : sbit 位变量名 = SFR 单元地址 ^ 变量位序号

23 例如, 下列 3 种方式均可以定义 P1 口的 P1.2 引脚 sbit P1_2 = 0x92 ; // 0x92 是 P1.2 的位地址值 sbit P1_2 = P1^2 ; // P1.2 的位序号为 2 sbit P1_2 = 0x90^2 ; // 0x90 是 P1 的单元地址例 2.3 基于图 2.2 所示的单片机应用系统, 编写程序使发光二极管 D0 D1 D2 同时闪烁在 Keil μvision2 中的 Parallel Port 1 对话框和 Memory 对话框均可以观察程序运行的结果 ; 如果将 Keil μvision2 生成的 HEX 文件装入图 2.2 中的 AT89C51 中, 则可以在 Proteus ISIS 中看到硬件仿真结果

24 3. sfr 利用 sfr 型变量可以访问 51 系列单片机内部所有的 8 位 SFR 51 系列单片机内部共有 21 个 8 位的 SFR, 其中 11 个是可以位寻址的 ( 见表 2-4),10 个是不可以位寻址的 ( 见表 2-5) sfr 型变量的定义方法如下 : sfr 变量名 = 某个 SFR 地址例 2.4 基于图 2.2 所示的单片机应用系统, 编写程序使发光二极管 D0 D1 D2 同时闪烁

25 Keil C51 编译器已经在相关的头文件中对 51 系列单片机内部的所有 sfr 型变量和 sbit 型变量进行了定义, 在编写 C51 程序时可以直接引用, 如本例中的 reg51.h 因此, 只要在程序的开头添加了 #include <reg51.h>, 对 reg51.h 中已经定义了的 sfr 型 sbit 型变量, 如无特殊需要则不必重新定义, 直接引用即可值得注意的是值得注意的是, 在 reg51.h 中未给出 4 个 I/O 口 (P0~P3) 的引脚定义

26 4. sfr16 与 sfr 类似,sfr16 可以访问 51 系列单片机内部的 16 位特殊功能寄存器 ( 如定时器 T0 和 T1), 在此不再赘述

27 2.1.4 存储区域与存储模式 51 系列单片机应用系统的存储器结构如图 2.4 所示程序存储器 (ROM) 片内片外 0000H 0FFFH EA 1 EA H FFFFH 数据存储器 (RAM) 片内片外 00H 1FH 10H 2FH 30H 7FH 80 H FFH 工作寄存器组位寻址区用户 RAM 区 SFR 区 0000H FFFFH 图单片机应用系统的存储器结构

28 1. 存储区域针对 51 系列单片机应用系统存储器的结构特点,Keil C51 编译器把数据的存储区域分为 6 种 :data bdata idata xdata pdata code, 见表 2-6 在使用 C51 语言进行程序设计时, 可以把每个变量明确地分配到某个存储区域中由于对内部存储器的访问比对外部存储器的访问快许多, 因此应当将频繁使用的变量存放在片内 RAM 中, 而把较少使用的变量存放在片外 RAM 中有了存储区域的概念后, 变量的定义格式变为数据类型 [ 存储区域 ] 变量名称

29 例 2.5 存储区域的使用在使用存储区域时, 还应该注意以下几点 : (1) 标准变量和用户自定义变量都可以存储在 data 区中, 只要不超过 data 区范围即可由于 51 系列单片机没有硬件报错机制, 当设置在 data 区的内部堆栈溢出时, 程序会莫名其妙地复位为此, 要根据需要声明足够大的堆栈空间以防止堆栈溢出

30 (2) Keil C51 编译器不允许在 bdata 区中声明 float 和 double 型的变量 (3) 对 pdata 和 xdata 的操作是相似的但是, 对 pdata 区的寻址要比对 xdata 区的寻址快, 因为对 pdata 区的寻址只需装入 8 位地址 ; 而对 xdata 区的寻址需装入 16 位地址, 所以要尽量把外部数据存储在 pdata 区中 (4) 程序存储区的数据是不可改变的, 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

31 2. 存储模式存储模式用于决定没有明确指定存储类型的变量函数参数等的默认存储区域 Keil C51 编译器提供的存储模式共有 3 种 :Small, Compact,Large 具体使用哪一种模式, 可以在 Target 设置界面中的 Memory Mode 下拉列表框中进行选择

32 2.2 运算符与表达式算术运算符与算术表达式赋值运算符与赋值表达式关系运算符逻辑运算符及其表达式条件运算符与条件表达式逗号运算符与逗号表达式

33 C51 语言的语句语句都是由表达式构成的, 而表达式表达式是由运算符和运算对象构成的, 其中运算符是表达式的核心运算符是表达式的核心 C51 语言的运算符种类十分丰富, 将除了输入输出和流控制以外的几乎所有基本操作都作为一种运算来处理表 2-7 给出了部分常用运算符其中, 运算类型中的目是指运算对象当只有一个运算对象时, 称为单目运算符 ; 当运算对象为两个时, 称为双目运算符 ; 当运算对象为 3 个时, 称为三目运算符把参加运算的数据 ( 常量变量库函数和自定义函数的返回值 ) 用运算符连接起来的有意义的算式称为表达式表达式

34 凡是表达式都有一个值, 即运算结果当不同的运算符出现在同一表达式中时, 运算的先后次序取决于运算符优先级的高低以及运算符的结合性 (1) 优先级 : 运算符按优先级分为 15 级, 见表 2-7 当运算符的优先级不同时, 优先级高的运算符先运算当运算符的优先级相同时, 运算次序由结合性决定 (2) 结合性 : 运算符的结合性分为从左至右从右至左两种例如 : a * b /c // 从左至右 a += a -= a * a // 从右至左

35 2.2.1 算术运算符与算术表达式算术运算符共有 7 个 :+ - * / % 其中 :+ - * / % 为双目算术运算符 ; 为单目算术运算符 1. 双目算术运算符在使用双目算术运算符时应注意的事项 2. 单目算术运算符在使用自增自减运算符时, 应注意以下几点例 2.6 自增自减运算符的使用

36 3. 算术表达式用算术运算符把参加运算的数据 ( 常量变量库函数和自定义函数的返回值 ) 连接起来的有意义的算式称为算术算术表达式在 C51 语言中, 算术表达式的运算规则和要求如下 : (1) 在表达式中, 可使用多层配对的圆括号运算时从内层圆括号开始, 由内向外依次计算表达式的值 (2) 在表达式中, 按运算符优先级顺序求值若运算符的优先级相同, 则按规定的结合方向运算

37 2.2.2 赋值运算符与赋值表达式双目的赋值运算符有两种 : 赋值运算符 (=), 复合赋值运算符 (+= -= *= /= 等 ) 它们的优先级均为 14 级, 结合性都是从右至左 1. 赋值运算符与赋值表达式 2. 复合赋值运算符与复合赋值表达式 3. 赋值运算中的数据类型转换例 2.7 演示赋值运算符符合赋值运算符自增自减运算符的使用

38 2.2.3 关系运算符逻辑运算符及其表达式无论是关系运算还是逻辑运算, 其结果都会得到一个逻辑值逻辑值只有两个, 在很多高级语言中都用真和假来表示由于没有专门的逻辑值, C51 语言规定 : 当关系成立或逻辑运算结果为非零值 ( 整数或负数 ) 时为真, 用 1 表示 ; 否则为假, 用 0 表示

39 1. 关系运算符与关系表达式所谓关系运算, 实际上是比较运算, 即将两个数进行比较, 判断比较的结果是否符合指定的条件在 C51 语言中有 6 种关系运算符 :< <= > >= ==!= 注意 : 由两个字符组成的运算符之间不能加空格用关系运算符将两个表达式连接起来的式子称为关系表达式其一般形式为表达式 1 关系运算符表达式 2 其中表达式可以是 C51 语言中任意合法的表达式

40 2. 逻辑运算符与逻辑表达式 C51 语言中有 3 种逻辑运算符 :&& 和! 表 2-8 逻辑运算规则用逻辑运算符将关系表达式或其他运算对象连接起来的式子称为逻辑表达式逻辑表达式注意 : 数学中常用的逻辑关系 x a y,c51 语言的正确写法为 (x<=a)&&(a<=y) 或 x<=a && a<=y 例 2.8 演示关系运算符逻辑运算符的使用

41 2.2.4 条件运算符与条件表达式条件运算符? : 是 C51 语言中唯一的一个三目运算符它需要 3 个运算对象由条件运算符和 3 个运算对象构成的表达式称为条件表达式其一般形式为表达式 1? 表达式 2 : 表达式 3 条件表达式的执行过程是 : 先计算表达式 1, 若表达式 1 的值非零, 则计算表达式 2, 并把表达式 2 的值作为整个表达式的值 ; 否则, 计算表达式 3, 并把表达式 3 的值作为整个表达式的值, 如图 2.9 所示

42 例如, 条件表达式 ( a>b )? a : b 的执行过程是 : 当 a>b 时, 表达式取 a 的值, 否则取 b 的值其作用就是求 a 和 b 中的较大者图 2.9 条件表达式执行流程图例 2.9 编程求解下列数学函数

43 2.2.5 逗号运算符与逗号表达式逗号运算符, 是 C51 语言提供的一种特殊运算符, 用逗号运算符将两个或多个表达式连接起来的式子称为逗号表达式一般形式为表达式 1,, 表达式 2,,, 表达式 n 逗号表达式的执行过程是 : 将逗号表达式中的各表达式按从左到右的顺序依次求值, 并将最右面的表达式结果作为整个表达式的最后结果例 2.10 逗号运算符的使用

44 2.3 指针与绝对地址访问指针绝对地址访问指针是 C 语言中一种重要的数据类型, 合理地使用指针, 可以有效地表示数组等复杂的数据结构, 直接处理内存地址 Keil C51 语言除了支持 C 语言中的一般指针一般指针外, 还根据 51 系列单片机的结构特点, 提供了一种新的指针数据类型存储器指针在进行 51 系列单片机应用系统程序设计时, 经常会碰到如何直接操作系统中各个存储器地址空间的问题为此,Keil C51 语言提供了多种访问绝对地址的方法

45 2.3.1 指针 1. 一般指针一般指针的声明和使用与 C 语言基本相同, 不同的是还可以定义指针本身的存储区域一般指针的定义格式如下 : 数据类型 *[ 存储区域 ] 变量名 ; 指针 ptr Xptr Dptr Cptr 所指向的数据可存放于任何存储区域中一般指针本身在存放时要占用 3 个字节例 2.11 一般指针的定义与使用

46 2. 存储器指针基于存储器的指针在说明时既可以指定指针本身的存储区域, 又可以指定指针所指向变量的存储区域存储器指针的定义格式如下 : 数据类型 [ 存储区域 1] *[ 存储区域 2] 变量名 ; 其中, 存储区域 1 为指针所指向变量的存储区域 ; 存储区域 2 为指针本身的存储区域例如 : char data * str; int xdata * data pow; 例 2.12 存储器指针的定义与使用

47 2.3.2 绝对地址访问 Keil C51 语言允许在程序中指定变量存储的绝对地址, 常用的绝对地址的定义方法有两种 : 采用关键字 _at_ 定义变量的绝对地址 ; 采用存储器指针指定变量的绝对地址

48 1. 采用关键字 _at_ 用关键字 _at_ 定义变量的绝对地址的一般格式 : 数据类型 [ 存储区域 ] 标识符 _at_ 地址常数利用 _at_ 定义的变量称为绝对变量由于对绝对变量的操作就是对存储区域绝对地址的直接操作, 因此在使用绝对变量时应注意以下问题 (1) 绝对变量必须是全局变量, 即只能在函数外部定义 (2) 绝对变量不能被初始化 (3) 函数及 bit 型变量不能用 _at_ 进行绝对地址定位

49 2. 采用存储器指针利用存储器指针也可以指定变量的绝对存储地址, 其方法是先定义一个存储器指针变量, 然后对该变量赋以指定存储区域的绝对地址值例 2.13 利用存储器指针进行变量的绝对地址定位

50 2.4 本章小结 1. 合法的标识符由字母数字和下划线组成, 并且第一个字符必须为字母或下划线 C51 语言的标识符可以分为 3 类 : 关键字预定义标识符和用户标识符 2. 在程序运行过程中其值始终不变的量称为常量在 C51 语言中, 可以使用整型常量实型常量字符型常量 3. 在程序运行过程中其值可以改变的量称为变量存储变量所需的字节数以及变量的取值范围, 即变量的内在存储方式称为数据类型为了更加有效地利用 51 系列单片机的内部资源,C51 语言扩展了 4 种基本数据类型, 即 bit sbit sfr sfr16

51 4. 凡是合法的表达式都有一个值, 即运算结果当不同的运算符出现在同一表达式中时, 运算的先后次序取决于运算符优先级的高低以及运算符的结合性系列单片机应用系统的存储器分为 5 个区域 : 片内程序存储器片外程序存储器片内数据存储器片内特殊功能寄存器片外数据存储器针对 51 系列单片机应用系统存储器的结构特点,Keil C51 编译器把数据的存储区域分为 6 种类型 :data bdata idata xdata pdata code

52 6. C51 语言除了支持 C 语言中的一般指针外, 还支持存储器指针 7. C51 语言提供了多种访问绝对地址的方法

53 2.4 实训二发光二极管流水广告灯实训电路如图 2.15 所示, 在 AT89C51 的 P1 口接有 8 个发光二极管 D0~D7, 振荡器频率为 12MHz 当发光二极管的阳极出现红色方块时, 表示点亮 ; 当发光二极管的阳极出现蓝色方块时, 表示熄灭图 2.15 实训二电路原理图

54 具体控制要求 : (1) 开始,8 个发光二极管全暗 (2) 延时 1s 后, 按 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 顺序依次点亮 8 个发光二极管, 时间间隔为 50ms (3) 延时 1s 后, 按 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顺序依次点亮 8 个发光二极管, 时间间隔为 50ms (4) 延时 1s 后, 按 D0 D2 D4 D6 D1 D3 D5 D7 顺序依次点亮 8 个发光二极管, 时间间隔为 50ms (5) 延时 1s 后, 按 D1 D3 D5 D7 D0 D2 D4 D6 顺序依次点亮 8 个发光二极管, 时间间隔为 50ms (6) 重复步骤 (1)~(5)

55 思考与练习 1. C51 语言对标识符有哪些规定? 2. C51 语言中标识符分为几类? 在使用时应该注意哪些事项? 3. C51 语言中新增的数据类型有哪些? 其功能是什么? 4. Keil C51 编译器把数据的存储区域分为几种类型, 分别对应 51 系列单片机应用系统存储器区域的哪个部分? 5. 如何使用存储器指针? 6. C51 语言常用的访问绝对地址的方法有哪几种? 7. 基于图 2.15, 要求发光二极管的点亮次序 ( 其中 D0D7 表示同时点亮发光二极管 D0 D7) 如下 : (1) D0D7 D1D6 D2D5 D3D4, 时间间隔为 50ms (2) D3D4 D2D5 D1D6 D0D7, 时间间隔为 50ms 应如何修改程序?

56 第 2 章结束

6 C51 ANSI C Turbo C C51 Turbo C C51 C51 C51 C51 C51 C51 C51 C51 C C C51 C51 ANSI C MCS-51 C51 ANSI C C C51 bit Byte bit sbit

6 C51 ANSI C Turbo C C51 Turbo C C51 C51 C51 C51 C51 C51 C51 C51 C51 6.1 C51 6.1.1 C51 C51 ANSI C MCS-51 C51 ANSI C C51 6.1 6.1 C51 bit Byte bit sbit 1 0 1 unsigned char 8 1 0 255 Signed char 8 11 128