【ch05】單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

單片機(jī)C51程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)“浙江省普通高?！笆濉毙滦螒B(tài)教材普通高等教育“十三五”規(guī)劃教材電子設(shè)計(jì)系列規(guī)劃教材單片機(jī)原理及應(yīng)用第五章01C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算變量與常量是程序中的兩種基本數(shù)據(jù)對(duì)象，一個(gè)對(duì)象的類型決定著該對(duì)象可取值的集合及可以對(duì)該對(duì)象施行的運(yùn)算。變量或常量的類型在聲明時(shí)由數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字來指定。C51的數(shù)據(jù)類型C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算為了更加有效地利用51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，除了C語言中的所有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)類型，C51還加入了以下特殊的數(shù)據(jù)類型:bit位變量，值為0或1sbit從字節(jié)中聲明的位變量sfr特殊功能寄存器，8位sfr16特殊功能寄存器，16位C51的數(shù)據(jù)類型C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算表5.1.1列出了C51所支持的數(shù)據(jù)類型。C51的數(shù)據(jù)類型C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算C51數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類型C51中，變量或參數(shù)的存儲(chǔ)類型可以由存儲(chǔ)模式默認(rèn)指定，也可以用關(guān)鍵字直接聲明指定。存儲(chǔ)模式?jīng)Q定了沒有明確指定存儲(chǔ)類型的變量、函數(shù)參數(shù)等的默認(rèn)存儲(chǔ)區(qū)域，共三種。C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算C51數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類型(1)Smal1模式:所有默認(rèn)變量參數(shù)均裝入內(nèi)部RAM。(2)Compact模式:所有默認(rèn)變量均位于外部RAM區(qū)的一頁(256字節(jié))，具體哪一頁可由P2口指定(在STARTUP.A51文件中說明，也可用pdata指定)。(3)Large模式:所有默認(rèn)變量可放在多達(dá)64KB的外部RAM區(qū)。C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算C51數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類型直接使用關(guān)鍵字聲明變量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類型時(shí)，可用的關(guān)鍵字如表5.1.2所示，各個(gè)關(guān)鍵字分別對(duì)應(yīng)51單片機(jī)的某個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算51單片機(jī)中，除了程序計(jì)數(shù)器(PC)和4組通用存器組，其他所有寄存器均為特殊功能寄存器(SFR)，其地址范圍為80H~FPH。特殊功能寄存器可由以下關(guān)鍵字說明。(1)sfs聲明字節(jié)尋址的特殊功能存器。8051特殊功能寄存器的C51定義C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算(2)sfr16對(duì)于一些8051派生系列單片機(jī)，該關(guān)鍵字可以聲明其內(nèi)兩個(gè)連續(xù)地址的特殊功能寄存器(SFR)。(3)sbit聲明可位尋址的特殊功能寄存器和別的可位尋址目標(biāo)。8051特殊功能寄存器的C51定義C51數(shù)據(jù)與運(yùn)算8051提供4個(gè)并行接口PO~P3，其地址分別是0x80、0x90、0xA0和0xB0。一般而言，單片機(jī)的C51開發(fā)軟件中已經(jīng)提供定義這4個(gè)并行接口的通用頭文件供開發(fā)人員使用，如Keil公司的C51開發(fā)軟件就提供REG51.h和REG52.h這兩個(gè)頭文件。8051并行接口及位變量的C51定義02C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則無論是加、減、乘、除還是數(shù)值比較，都需要用到運(yùn)算符，運(yùn)算符包括賦值運(yùn)算符、算術(shù)運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符、位運(yùn)算符、位移運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、自增和自減運(yùn)算符等。大多數(shù)運(yùn)算符都是二目運(yùn)算符，即運(yùn)算符位于兩個(gè)表達(dá)式之間。單目運(yùn)算符的意思是運(yùn)算符作用于單個(gè)表達(dá)式。C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則賦值語句的作用是把某個(gè)常量、變量或表達(dá)式的值賦給另一個(gè)變量。符號(hào)為=。這里并不是等于的意思，只是賦值，等于用=表示。注意:賦值語句左邊的變量在程序的其他地方必須要聲明。(復(fù)合)賦值運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則在C51中有兩個(gè)單目運(yùn)算符和5個(gè)雙目運(yùn)算符。算術(shù)運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則這是一類特殊的運(yùn)算符，自增運(yùn)算符++和自減運(yùn)算符-對(duì)變量的操作結(jié)果是增加1和減小1。上述語句中，運(yùn)算符在變量前或后對(duì)變量本身的影響一樣，都是加1或減1，但是如果把它們作為其他表達(dá)式的一部分，兩者就有區(qū)別了。自增和自減運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則關(guān)系運(yùn)算符是對(duì)兩個(gè)表達(dá)式進(jìn)行比較，返回一個(gè)真/假值。關(guān)系運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則邏輯運(yùn)算符根據(jù)表達(dá)式的值來返回真值或假值。其實(shí)在C語言中沒有所謂的真值和假值，只是認(rèn)為非0為真值，0為假值。邏輯運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則般而言，在計(jì)算機(jī)中，一字節(jié)占8位，這樣表示的數(shù)值范圍為0~255，即00000000~11111111。位就是里面的0和1。位操作運(yùn)算符包括位邏輯運(yùn)算符和位移運(yùn)算符：位運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則條件運(yùn)算符(?:)是C語言中唯一的一個(gè)三目運(yùn)算符，其對(duì)第一個(gè)表達(dá)式做真、假檢測(cè)，然后根據(jù)結(jié)果返回后面兩個(gè)表達(dá)式中的一個(gè)。首先對(duì)第一個(gè)表達(dá)式進(jìn)行檢驗(yàn)，如果為真，則返回表達(dá)式2的值，如果為假，則返回在運(yùn)算中，表達(dá)式3的值。條件運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則指針數(shù)據(jù)類型是一種存放指向另一個(gè)數(shù)據(jù)地址的變量類型。指針是C語言中一個(gè)十分重要的概也是學(xué)習(xí)C語言的一個(gè)難點(diǎn)。C語言中提供兩個(gè)專門用于指針和地址的運(yùn)算符:指針和地址運(yùn)算符C51運(yùn)算符表達(dá)式及其規(guī)則表5.2.1是C51運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)和結(jié)合性。指針和地址運(yùn)算符03C51流控制語句C51流控制語句C語言是一種結(jié)構(gòu)化、模塊化的編程語言。模塊是程序的一部分，只有一個(gè)出口和一個(gè)入口。一個(gè)C51程序由若干個(gè)模塊組成，每個(gè)模塊中包含若干個(gè)基本結(jié)構(gòu)，每個(gè)基本結(jié)構(gòu)由若干條語句組成。C語言歸納起來有三種基本結(jié)構(gòu):順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)。C51程序的基本結(jié)構(gòu)及流程圖C51流控制語句(1)順序結(jié)構(gòu)及其流程圖順序結(jié)構(gòu)中，程序由低地址向高地址順序執(zhí)行代碼。如圖5.31所示程序先執(zhí)行A操作，再執(zhí)行B操作，兩者是順序執(zhí)行的關(guān)系。C51程序的基本結(jié)構(gòu)及流程圖C51流控制語句(2)選擇結(jié)構(gòu)及其流程圖。選擇結(jié)構(gòu)通常出現(xiàn)在程序的功能決策、操作判斷等位置，程序首先對(duì)一個(gè)條件進(jìn)行測(cè)試。選擇結(jié)構(gòu)還有兩種派生結(jié)構(gòu):串行多分支結(jié)構(gòu)和并行多分支結(jié)構(gòu)。如圖5.3.2所示:C51程序的基本結(jié)構(gòu)及流程圖C51流控制語句(3)循環(huán)結(jié)構(gòu)及其流程圖。不同于順序結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)的單次操作特點(diǎn)，循環(huán)結(jié)構(gòu)可以使分支流程重復(fù)執(zhí)行。循環(huán)結(jié)構(gòu)又有while型和dowhile型兩類。如圖5.3.3，5.3.4所示：C51程序的基本結(jié)構(gòu)及流程圖C51流控制語句c語言中的選擇語句有三種:if語句、switch/case語句和條件表達(dá)式。(1)if語句if語句作為C語言的一個(gè)基本判定語句。(2)條件表達(dá)式。條件表達(dá)式是使用?:三目操作符的一種決策代碼書寫方法：表達(dá)式1?表達(dá)式2:表達(dá)式3選擇語句C51流控制語句(3)switch/case語句。switch/case語句常用于處理并行多分支選擇問題，其將一個(gè)變量或表達(dá)式的值作為判斷條件，將此變量的值域范圍分成幾段，每一段對(duì)應(yīng)一種選擇或操作，當(dāng)判斷值處在某個(gè)段中時(shí)，程序就會(huì)選擇執(zhí)行該段相應(yīng)的操作。選擇語句C51流控制語句C51提供三種基本的循環(huán)語句:for語句、while語句和do-while語句。(1)for循環(huán)語句，其一般格式為:for(<初始化>;<條件表達(dá)式>;<增量>)[語句;}//循環(huán)體循環(huán)語句C51流控制語句(2)while循環(huán)語句，其一般格式為:while(條件){語句;}//循環(huán)體(3)do-while循環(huán)語句，其一般格式為:{

語句塊;//循環(huán)體}while(條件)循環(huán)語句C51流控制語句(4)循環(huán)語句中的break。break語句通常用在循環(huán)語句和switch語句中。(5)循環(huán)語句中的continue。continue語句的作用是跳過循環(huán)體中剩余語句而強(qiáng)行執(zhí)行下一次循環(huán)。循環(huán)語句04C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型數(shù)組是一組具有固定數(shù)目和相同類型成分分量的有序集合，顧名思義就是一組同類型的數(shù)。數(shù)組有一維、二維、三維和多維之分，C51中常用的有一維數(shù)組和字符數(shù)組。1)數(shù)組的聲明聲明數(shù)組的語法為在數(shù)組名后加上用方括號(hào)括起來的維數(shù)說明。數(shù)組C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型2)用下標(biāo)訪問數(shù)組元素Intbuffer[10];3)數(shù)組的初始化變量可以在定義的時(shí)候初始化，數(shù)組也可以，如下示例:intarray[5]={1，2，3，4，5];4)字符數(shù)組整數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)類型的數(shù)組很好理解，在一維數(shù)組中，還有一類字符型數(shù)組。數(shù)組C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型規(guī)范地使用指針，可以使程序簡(jiǎn)單明了，因此不但要學(xué)會(huì)如何正確地使用指針，而且要學(xué)會(huì)在各種情況下正確地使用指針變量。1)指針的基本概念及指針變量的定義所謂變量的指針，實(shí)際上是指變量的地址。變量的地址雖然在形式上類似于整數(shù)，但在概念上不同于整數(shù)類型，它屬于一種新的數(shù)據(jù)類型，即指針類型。指針C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型2)指向數(shù)組元素的指針指針和數(shù)組有著密切的關(guān)系，任何能由數(shù)組下標(biāo)完成的操作都可用指針來實(shí)現(xiàn)，但程序中使用指針可使代碼更緊湊、靈活。3)地址運(yùn)算指針允許的運(yùn)算方式有:(1)指針在一定條件下可進(jìn)行比較，這里所說的一定條件，是指兩個(gè)指針指向同一個(gè)對(duì)象才有意義。指針C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型(2)指針和整數(shù)可進(jìn)行加、減運(yùn)算。(3)兩個(gè)指針變量在一定條件下可進(jìn)行減法運(yùn)算。設(shè)p和g指向同一數(shù)組，則p-g的絕對(duì)值表示p所指對(duì)象與q所指對(duì)象之間的元素個(gè)數(shù)。其相減的結(jié)果遵守對(duì)象類型的字節(jié)長度進(jìn)行縮小的規(guī)則。指針C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)是由基本數(shù)據(jù)類型構(gòu)成，并用一個(gè)標(biāo)識(shí)符來命名的各種變量組合。結(jié)構(gòu)中可以使用不同的數(shù)據(jù)類型。1)結(jié)構(gòu)說明和結(jié)構(gòu)變量的定義在C語言中，結(jié)構(gòu)體也是一種數(shù)據(jù)類型，可以使用結(jié)構(gòu)變量。像其他類型的變量一樣，在使用結(jié)構(gòu)變量時(shí)也要先對(duì)其定義。結(jié)構(gòu)體C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型2)結(jié)構(gòu)變量的使用結(jié)構(gòu)是一個(gè)新的數(shù)據(jù)類型，因此結(jié)構(gòu)變量也可以像其他類型的變量一樣賦值、運(yùn)算，不同的是結(jié)構(gòu)變量以成員作為基本變量。3)結(jié)構(gòu)指針結(jié)構(gòu)指針是指向結(jié)構(gòu)的指針，其由一個(gè)加在結(jié)構(gòu)變量名前的*操作符來定義。結(jié)構(gòu)體C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型共用體又稱聯(lián)合(union)，是C語言的構(gòu)造類型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一。其與數(shù)組、結(jié)構(gòu)等一樣，也是種比較復(fù)雜的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型。1)共用體說明和共用體變量定義共用體說明和共用體變量定義與結(jié)構(gòu)十分相似。共用體C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型2)結(jié)構(gòu)和共用體的區(qū)別1.結(jié)構(gòu)和共用體都是由多個(gè)不同的數(shù)據(jù)類型成員組成的，但在任何同一時(shí)刻，共用體中只存放一個(gè)被選中的成員，而結(jié)構(gòu)的所有成員都存在。2.對(duì)共用體的不同成員賦值，將會(huì)對(duì)其他成員重寫，原來成員的值就不存在了，而對(duì)結(jié)構(gòu)的不同成員賦值，則互不影響。共用體C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型枚舉是一個(gè)被命名的整型常數(shù)集合，枚舉在日常生活中很常見。例如，表示星期的SUNDAY，MONDAY，TUESDAY，WEDNESDAY，THURSDAY，F(xiàn)RIDAY，SATURDAY，就是一個(gè)枚舉。枚舉C51構(gòu)造數(shù)據(jù)類型注意:1.枚舉中每個(gè)成員(標(biāo)識(shí)符)結(jié)束符是逗號(hào)，而不是分號(hào)，最后一個(gè)成員可省略逗號(hào)。2.初始化時(shí)可以賦負(fù)數(shù)，以后的標(biāo)識(shí)符仍依次加1。3.26枚舉變量只能取枚舉說明結(jié)構(gòu)中的某個(gè)標(biāo)識(shí)符常量。枚舉05函數(shù)函數(shù)在高級(jí)語言中，函數(shù)與“子程序”“過程”用來描述同樣的事情，都含有以同樣方法重復(fù)完成某件事情的意思。C51中使用“函數(shù)”這個(gè)術(shù)語，主程序可以根據(jù)需要來調(diào)用函數(shù)，當(dāng)函數(shù)執(zhí)行完畢時(shí)發(fā)出return指令，而主程序則繼續(xù)執(zhí)行函數(shù)調(diào)用后面的指令。同一個(gè)函數(shù)可以在不同的地方被調(diào)用，并且函數(shù)可以重復(fù)使用。函數(shù)函數(shù)有3種形式:無參數(shù)函數(shù)、有參數(shù)函數(shù)和空函數(shù)。下面簡(jiǎn)單介紹這3種函數(shù)的定義方法。1)無參數(shù)函數(shù)的定義無參數(shù)函數(shù)的定義形式為:函數(shù)的定義函數(shù)2)有參數(shù)函數(shù)的定義有參數(shù)函數(shù)的定義形式為:3)空函數(shù)的定義空函數(shù)的定義形式為:函數(shù)的定義函數(shù)1)函數(shù)調(diào)用的一般形式函數(shù)調(diào)用的一般形式為:函數(shù)名(實(shí)際參數(shù)列表)。2)函數(shù)調(diào)用的方式主調(diào)用函數(shù)對(duì)被調(diào)用函數(shù)的調(diào)用可以有以下3種方式:(1)函數(shù)調(diào)用語句。(2)函數(shù)結(jié)果作為表達(dá)式的一個(gè)運(yùn)算對(duì)象。(3)函數(shù)參數(shù)。函數(shù)的調(diào)用函數(shù)3)對(duì)被調(diào)用函數(shù)的說明在一個(gè)函數(shù)中調(diào)用另一個(gè)函數(shù)必須具有以下條件:(1)被調(diào)用函數(shù)必須已經(jīng)存在(庫函數(shù)或用戶自定義函數(shù));(2)如果程序中使用了庫函數(shù)，或使用了不在同一文件中的自定義函數(shù)，則應(yīng)該在程序的開頭處使用#include包含語句，將所調(diào)用函數(shù)的信息包括到程序中來。函數(shù)的調(diào)用函數(shù)C語言中，函數(shù)的定義都是相互獨(dú)立的，所以在定義函數(shù)時(shí)，一個(gè)函數(shù)的內(nèi)部不能包含另一個(gè)函數(shù)。盡管C語言中函數(shù)不能嵌套定義，但允許嵌套調(diào)用函數(shù)和遞歸調(diào)用函數(shù)。1)函數(shù)的嵌套調(diào)用所謂函數(shù)的嵌套調(diào)用，即在調(diào)用一個(gè)函數(shù)的過程中，允許調(diào)用另外一個(gè)函數(shù)。2)函數(shù)的遞歸調(diào)用所謂函數(shù)的遞歸調(diào)用，即在調(diào)用一個(gè)函數(shù)的過程中，又直接或間接地調(diào)用該函數(shù)本身。函數(shù)的嵌套調(diào)用與遞歸調(diào)用函數(shù)1)中斷服務(wù)函數(shù)的定義中斷服務(wù)函數(shù)的定義形式為:2)修飾符interruptinterrupt是C51中非常重要的一個(gè)修飾符，這是因?yàn)橹袛嗪瘮?shù)必須通過它進(jìn)行修飾。中斷服務(wù)函數(shù)函數(shù)1)中斷服務(wù)函數(shù)的定義中斷服務(wù)函數(shù)的定義形式為:2)修飾符interruptinterrupt是C51中非常重要的一個(gè)修飾符，這是因?yàn)橹袛嗪瘮?shù)必須通過它進(jìn)行修飾。3)修飾符usingusing用于指定本函數(shù)內(nèi)部使用的工作寄存器組，其后寄存器組號(hào)的取值為0~3，表示本函數(shù)使用的工作寄存器組號(hào)。中斷服務(wù)函數(shù)函數(shù)在本章第4節(jié)介紹了指針的概念，知道指針變量可以指向變量、字符串和數(shù)組。除此之外，指針變量還可以指向函數(shù)，即可以用函數(shù)的指針變量來調(diào)用函數(shù)。個(gè)函數(shù)在編譯時(shí)，C編譯器會(huì)給它分配一個(gè)入口地址，該地址稱為函數(shù)的指針。可以用一個(gè)指針變量指向函數(shù)，然后通過該指針變量調(diào)用此函數(shù)。指向函數(shù)的指針變量函數(shù)局部變量和全局變量在討論函數(shù)的形參變量時(shí)曾經(jīng)提到，形參變量只在被調(diào)用期間才分配內(nèi)存單元，調(diào)用結(jié)束立即釋放。從這一點(diǎn)可以看出，形參變量只有在函數(shù)內(nèi)才是有效的，離開該函數(shù)就不能再使用了。這種變量有效性的范圍稱為變量的作用域。不僅對(duì)于形參變量，C語言中所有的量都有自己的作用域。變量說明的方式不同，其作用域也不同。C語言中的變量，按作用域范用可分為兩種，即局部變量和全局變量。函數(shù)局部變量和全局變量1)局部變量局部變量也稱為內(nèi)部變量。局部變量是用來在函數(shù)內(nèi)做定義說明的。2)全局變量全局變量也稱為外部變量，其是在函數(shù)外部定義的變量。它不屬于哪一個(gè)函數(shù)，而屬于一個(gè)源程序文件，其作用域是整個(gè)源程序。在函數(shù)中使用全局變量時(shí)一般應(yīng)做全局變量說明。06C51的庫函數(shù)C51的庫函數(shù)輸入/輸出流函數(shù)庫STDIOH輸入輸出流函數(shù)(見表5.6.1)聲明包含在STDIOH頭文件中這類函數(shù)通過8051系列單片機(jī)的串口或用戶定義的IO口讀寫數(shù)據(jù)。C51的庫函數(shù)字符串函數(shù)的原型(見表5.62)都在STRINGH頭文件中。字符串函數(shù)庫STRINGHC51的庫函數(shù)字符串函數(shù)庫STRINGHC51的庫函數(shù)(1)標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(STDLIB.H)頭文件中包含類型轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)器分配函數(shù)的原型和定義，如下所示:標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫STDLIB.H及其他頭文件C51的庫函數(shù)(2)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(MATH.H)頭文件中包含所有浮點(diǎn)運(yùn)算函數(shù)的定義和原型，其他數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)也包含在該文件中，所有的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)如下:標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫STDLIB.H及其他頭文件C51的庫函數(shù)(3)絕對(duì)地址訪問(ABSACC.H)頭文件中含的宏定義允許用戶直接訪8051單片機(jī)的不同存儲(chǔ)區(qū)，所有的宏定義如下:(4)內(nèi)部函數(shù)庫(INTRINS.H)包含諸如_nop_一的單片機(jī)內(nèi)部操作函數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫STDLIB.H及其他頭文件C51的庫函數(shù)(5)訪問SFR和SFR_bit的地址頭文件(REGxxx.H)。C51函數(shù)庫提供了一些頭文件REGxxx.H在8051系列單片機(jī)中，這些頭文件用來定義一些指向特殊功能寄存器常量。這些頭文件列表如下:標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫STDLIB.H及其他頭文件07C51塊化程序設(shè)計(jì)C51塊化程序設(shè)計(jì)1)程序的組成一個(gè)程序可分為兩大部分，即數(shù)據(jù)說明部分和數(shù)據(jù)操作部分。2)常用名詞(1)