《單片機應用實訓教程》課件第3章

第3章C51應用實訓實訓3.1C51程序開發(fā)環(huán)境實訓3.2定時器/計數(shù)器C51程序設計實訓3.3數(shù)碼顯示和矩陣式鍵盤C51程序設計實訓3.4字符型LCD顯示模塊C51程序設計實訓3.5單片機串行通信C51程序設計

實訓3.6數(shù)字鐘C51程序的實現(xiàn)實訓3.1C51程序開發(fā)環(huán)境1．實訓目的

(1)了解利用C51控制單片機系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境及C51程序的開發(fā)過程。

(2)了解C51程序的結(jié)構(gòu)。

(3)了解8051特殊功能寄存器SFR和位名稱在C51中的定義方法。

2．實訓設備與器件實訓設備：單片機集成開發(fā)環(huán)境、綜合實訓板。3.項目設計要求編制C51程序使目標板上連接在P1口的8個LED閃動。4．實訓內(nèi)容目標板上連接在P1口的8個LED閃動的C51程序源代碼如下：//ex1.c#include"REG51.H" //頭文件為REG51.H，定義了51單片機的SFR和位名稱/*-----------------延時函數(shù)-----------------*/delay(intt) {inti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main() {inti;while(1){P1=0xff; //熄滅8個LED，0xff為十六進制數(shù)0ffH，在C語言中用0x前綴表示十六進制數(shù)delay(1000);P1=0x00; //點亮8個LEDdelay(1000); }}

5.調(diào)試方法與步驟本實訓教材采用FranklinC51編譯器和MedWin中文版集成單片機開發(fā)環(huán)境，并假定FranklinC51編譯器已經(jīng)安裝在計算機的D：\FC子目錄下。

(1)將開發(fā)系統(tǒng)和目標板連接好，并接上電源。

(2)啟動MedWin中文版，進入MedWin集成開發(fā)環(huán)境。

(3)設置編譯環(huán)境。第一次在MedWin中使用C51編譯環(huán)境需進行“編譯、匯編、連接配置”(以后使用時不需再配置)。單擊“設置”菜單項，如圖3.1.1所示。選擇“設置向?qū)А?，彈出如圖3.1.2所示的“編譯/匯編/連接配置”窗口1。圖3.1.1設置菜單項圖3.1.2“編譯/匯編/連接配置”窗口1圖3.1.3“編譯/匯編/連接配置”窗口2

圖3.1.4“Newfiles”窗口(4)編輯源程序。打開“文件”菜單，選擇“新建”選項，在“Newfiles”窗口中輸入新建的文件名，例如“ex1.c”(注意一定要輸入文件擴展名)，如圖3.1.4所示。單擊“打開”，進入源程序編輯窗口。

(5)輸入源程序，并存盤。

(6)編譯源程序。編譯后在編輯窗口下面將出現(xiàn)狀態(tài)窗口，如圖3.1.5所示。

(7)連接程序并下載到仿真器中。

(8)在調(diào)試窗口中可以對程序進行單步運行、斷點運行、全速運行等測試，如圖3.1.6所示為程序全速運行時的畫面。圖3.1.5編譯后出現(xiàn)的狀態(tài)窗口區(qū)域圖3.1.6全速運行程序

6.實訓分析與總結(jié)

1)FranklinC51編譯器簡介

FranklinC51編譯器的安裝非常簡單，直接點擊setup，按照提示選擇安裝目錄即可。安裝完成后，在安裝目錄下有以下四個子目錄：

LIB：庫文件目錄，包含了所有標準函數(shù)；

INC：頭文件目錄(#include)；

BIN：可執(zhí)行文件目錄；

EXAMPLES：樣例程序子目錄。

這里對主要的可執(zhí)行文件簡介如下：

A51：MCS-51匯編程序，它可將按照A51匯編格式編制的匯編源程序編譯成以Intel目標模塊格式產(chǎn)生的可再定位目標代碼。

C51：可將C51高級語言編制的源程序編譯成以Intel目標模塊格式產(chǎn)生的可再定位目標代碼。

L51：連接定位器，可將幾個不同程序模塊復合為一個模塊，并自動從庫文件中挑選模塊嵌入目標文件，同時定義絕對地址，并計算再定位段的地址。

LIB51：C51函數(shù)庫管理器，可以進行函數(shù)庫的生成與處理。2)C51程序結(jié)構(gòu)圖3.1.7C程序基本結(jié)構(gòu)C51中的函數(shù)與匯編語言中的子程序概念是一樣的。本例中包含delay和main兩個函數(shù)，main函數(shù)是必不可少的主函數(shù)，也是程序開始執(zhí)行的函數(shù)，delay函數(shù)的功能是延時，用于控制燈的閃動速度。LED的閃動過程是：點亮→延時→熄滅→延時

延時函數(shù)在很多程序設計中都會用到，本程序中使用了雙重循環(huán)，外循環(huán)的循環(huán)次數(shù)由形式參數(shù)t提供，總的循環(huán)次數(shù)是10×t，循環(huán)體是空操作。for語句的使用方法與ANSIC語言相同。

C51程序設計中，函數(shù)的定義和調(diào)用方法同ANSIC語言相同。3)8051單片機的SFR寄存器和位名稱及其C51定義在8051單片機中，除了程序計數(shù)器PC和四組通用寄存器組之外，其他所有的寄存器均稱為特殊功能寄存器(SFR)。

MCS-51系列單片機內(nèi)部定義了21個特殊功能寄存器，它們分散在片內(nèi)RAM區(qū)的高128字節(jié)中，地址為80H～0FFH，SFR只能用直接尋址方式。

SFR中有11個寄存器具有位尋址能力(這些寄存器的字節(jié)地址都能被8整除，即字節(jié)地址是以8或0作為尾數(shù)的)，且每一位均定義了位名稱。在匯編語言程序設計中可以直接使用這些寄存器名稱和位地址名稱，例如： MOV A,#0ffh CLR P1.1

那么，在C51程序設計中，如何使用這些寄存器和位名稱呢？在頭文件“REG51.H”已經(jīng)預定義了所有SFR和位名稱。在REG51.H頭文件中使用了“sfr”和“sbit”兩個關(guān)鍵字。

(1)關(guān)鍵字“sfr”用于定義特殊功能寄存器的地址，其格式為：

sfr特殊功能寄存器名=特殊功能寄存器地址；注意后面的地址必須為常數(shù)，范圍是0x80到0xff，例如：sfrPSW=0xD0;sfrACC=0xE0;sfrB=0xF0;(2)關(guān)鍵字“sbit”與“sfr”類似，用于定義一些特殊的位，其格式為：

sbit位名稱=位地址例如：

sbitCY=0xD7; sbitAC=0xD6; sbitF0=0xD5;也可以寫成：

sbitCY=0xD0^7; sbitAC=0xD0^6; sbitF0=0xD0^5;

如果在前面已定義了特殊功能寄存器PSW，那么上面的定義也可以寫成：sbitCY=PSW^7;sbitAC=PSW^6;sbitF0=PSW^5;

在C51程序設計中，編程員可以直接在自己的程序中利用關(guān)鍵字sfr和sbit來定義這些特殊功能寄存器和特殊位名稱，也可以把“REG51.H頭文件包含在自己的程序中，直接使用SFR名稱和位名稱。頭文件REG51.H的內(nèi)容如下：7.思考題(1)修改源程序，使8個LED模擬霓虹燈的各種顯示方式。(2)利用對P1口某一位的操作設計霓虹燈的顯示方式。(3)以單步、斷點等各種方式運行程序。(4)在程序運行過程中如何查看單片機各種資源的狀態(tài)。實訓3.2定時器/計數(shù)器C51程序設計1．實訓目的(1)復習MCS-51單片機定時器/計數(shù)器和中斷的知識。(2)掌握利用C51進行單片機內(nèi)部資源控制的方法。(3)掌握利用C51進行中斷編程的方法。(4)了解C51的基本語法。2．實訓設備與器件實訓設備：單片機集成開發(fā)環(huán)境，綜合實訓板。

3．項目設計要求

(1)利用定時器查詢方式，編制C51程序使目標板上連接在P1口的8個LED循環(huán)顯示，時間間隔為1s。

(2)利用定時器中斷方式，編制C51程序使目標板上連接在P1口的8個LED循環(huán)顯示，時間間隔為1s。

4．實訓內(nèi)容

1)定時器查詢方式C51程序設計

(1)程序設計方法：用定時器1的方式1編制1s的延時程序，假定系統(tǒng)采用12MHz晶振，定時器1、方式1定時50ms，再循環(huán)20次即可定時到1s。(2)源程序如下：//ex2.c#include"REG51.H"/*-----------------延時函數(shù)-----------------*/voiddelay(){intj;for(j=0;j<0x14;j++) //設置20次循環(huán)次數(shù)

{TH1=0x3c; //置定時器初值

TL1=0xb0;TR1=1; //啟動定時器1while(!TF1); //查詢計數(shù)是否溢出，即定時50ms時間到，TF=1TF1=0; //50ms時間到，將定時器溢出標志位TF清零

}}/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){inti,w;TMOD=0x10; //置定時器1為方式1while(1){w=0x01; //燈的位置初值為01hfor(i=0;i<8;i++){P1=~w; //循環(huán)點亮燈

w<<=1; //點亮燈的位置移動

delay(); //調(diào)用1ms延時

}}}2)定時器中斷方式C51程序設計

(1)程序設計方法：用定時器1的方式1編制1s的延時程序，假定系統(tǒng)采用12MHz晶振，定時器1、方式1定時50ms，采用中斷方式編程，需中斷20次，外部變量count作為計數(shù)次數(shù)，位變量flag為1s定時到標志位。

(2)源程序如下：//ex3.c#include"REG51.H"intcount; //定義外部變量bitflag; //1s時間到標志/*-----------------中斷函數(shù)-----------------*/voiddelay()interrupt3//interrupt3表示該函數(shù)為中斷號3的中斷函數(shù){TH1=0x3c; //重新置定時器1初值

TL1=0xb0;TR1=1; //開定時器1中斷

count--; //中斷次數(shù)減1if(count==0)flag=1; //若20次中斷已完成，則置1s延時時間到標志

}/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){intj,w;TMOD=0x10; //初始化定時器1TH1=0x3c;TL1=0xb0;EA=1; //開總中斷ET1=1; //定時器1開中斷

TR1=1; //啟動定時器1while(1){w=0x01;for(j=0;j<8;j++){flag=0; //初始標志

count=0x14; //設置中斷次數(shù)

P1=~w; //循環(huán)點亮燈

while(flag==0); //等待1s定時時間到

w<<=1; //點亮燈的位置移動

}}}

5.實訓分析與總結(jié)

1)C51程序基本結(jié)構(gòu)

C51的程序結(jié)構(gòu)同ANSIC語言相同。C語言是一種結(jié)構(gòu)化編程語言。結(jié)構(gòu)化程序由若干模塊組成，每個模塊中包含著若干個基本結(jié)構(gòu)，而每個基本結(jié)構(gòu)中有若干條語句?？偟膩碚f，C語言有3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)。順序結(jié)構(gòu)是一種最基本、最簡單的程序結(jié)構(gòu)，程序由低地址到高地址順序執(zhí)行程序代碼。選擇結(jié)構(gòu)也稱為分支結(jié)構(gòu)，根據(jù)條件測試結(jié)果選擇不同的程序執(zhí)行方向，常用的選擇語句有：if，elseif，switch/case語句。在程序ex3.c的delay的斷函數(shù)中有下面的選擇語句：

if(count==0)flag=1;//若20次中斷已完成，則置1s延時時間到標志

循環(huán)結(jié)構(gòu)是指重復執(zhí)行某一程序段的程序結(jié)構(gòu)，是選擇結(jié)構(gòu)的一種特殊情形，程序設計中使用非常廣泛。C語言中用于循環(huán)的語句有：while，dowhile，for語句。前面的例程中使用了很多循環(huán)語句，舉例如下：

(1)單片機控制程序的主程序，即main函數(shù)中都有一個后臺無限循環(huán)語句，結(jié)構(gòu)如下：main(){...... //初始化部分

while(1){ //無限循環(huán)

}}(2)在例程ex1.c中，延時函數(shù)delay采用了雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)，其代碼如下：delay(intt) //延時函數(shù){inti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<10;j++);}

在上面的雙重循環(huán)結(jié)構(gòu)中，循環(huán)體是空的，表示什么都不做，僅用于延時的功能。(3)在例程ex2.c中，延時函數(shù)采用了查詢方式編程，查詢語句如下：

while(!TF1);//查詢計數(shù)是否溢出，即定時50ms時間到，TF=1

當定時時間未到時，TF=0，此時測試條件!TF的結(jié)果為1，即條件為真，繼續(xù)重復執(zhí)行循環(huán)體(此處循環(huán)體為空)；當定時時間到時，TF=1，條件!TF的結(jié)果為0，即條件為假，退出while循環(huán)，繼續(xù)執(zhí)行下面的語句。在單片機程序設計中，查詢方式編程經(jīng)常采用上面的結(jié)構(gòu)，例如：

while((P1&0x01)==0)；該語句用于測試P1口的P1.0的電平狀態(tài)。當P1.0=0時，條件成立，繼續(xù)等待；若P1口的P1.0由0變?yōu)?，則循環(huán)終止，繼續(xù)執(zhí)行下面的語句。2)C51的數(shù)據(jù)與運算法則簡介(1)C51的數(shù)據(jù)類型。表3.2.1FranklinC51編譯器支持的數(shù)據(jù)類型

當計算結(jié)果隱含著另外一種數(shù)據(jù)類型時，數(shù)據(jù)類型可以自動轉(zhuǎn)換。例如將一個位變量賦給一個整型變量時，位值自動轉(zhuǎn)換為整型值，有符號變量的符號也能自動進行處理。

FranklinC51編譯器也支持符號常量和變量，符號常量的定義方法如下：

#defineCOUNT20

符號常量在整個程序中，其值不可變，通常是具有一定含義的英文單詞或符號。因此，采用符號常量可以增加程序的可讀性和可修改性。

下面結(jié)合本實訓中的兩個例程，對變量定義應注意的幾個問題加以討論。①變量數(shù)據(jù)類型的選擇。在C51程序設計中，變量數(shù)據(jù)類型的定義極其重要，因為在所有數(shù)據(jù)類型中只有bit和unsignedchar兩種數(shù)據(jù)類型可以直接支持機器指令，對于其他的數(shù)據(jù)類型C51編譯器都要進行一系列復雜的變量數(shù)據(jù)和變量類型的處理，而這種處理將會對應很長一段機器指令，最終會使程序變得復雜、龐大，運行速度降低。由此可見，在C51程序設計過程中，在滿足數(shù)據(jù)要求的情況下，應盡可能使用unsignedchar變量和bit變量。signedchar變量雖然也只占用一個字節(jié)，但需要進行額外的操作來測試代碼的符號位，因此會降低代碼執(zhí)行效率。

在例程ex2.c的main函數(shù)中定義了整型變量i和w，仔細分析發(fā)現(xiàn)，i的取值范圍是0～8，而表示亮燈位置的變量w的取值也在00H～0ffH之間，所以，這兩個變量應該定義成unsignedchar，而不是int。同樣，在該程序的delay函數(shù)中，也定義了整型變量j，分析一下，最好是將j定義成什么數(shù)據(jù)類型呢？同樣，在例程ex3.c的main函數(shù)中的變量i和w也應該定義成unsignedchar，外部變量count也應該定義成unsigedchar。②全局變量和局部變量。這里應該注意的是：在例程ex3.c中，整型變量count和位變量flag是定義在所有函數(shù)外部的變量，稱為外部變量，即全局變量；而變量i和w是定義在main函數(shù)內(nèi)部的，稱為內(nèi)部變量，即局部變量。全局變量與局部變量的區(qū)別是：前者可以在本文件的所有函數(shù)中使用，其有效范圍是從定義變量的位置開始到本源文件結(jié)束為止。例如count和flag，不僅在delay函數(shù)中使用，也在main函數(shù)中使用，后者只在定義本函數(shù)的范圍內(nèi)有效，即只能在本函數(shù)內(nèi)使用。③變量的定義。

bit數(shù)據(jù)類型是ANSIC語言所沒有的數(shù)據(jù)類型，在此做如下說明。位變量的定義格式為：

bit變量名；在程序ex3.c中，定義了位變量flag作為定時時間到的標志，若定時時間未到，則flag=0，若定時時間到，則flag=1。在單片機C語言程序設計中，為了使程序更加優(yōu)化，當需要設定只有兩種狀態(tài)的標志變量時，應該將其定義成位變量，而不要定義成字符或整型變量。④用于訪問sfr的數(shù)據(jù)類型。

FranklinC51編譯器的數(shù)據(jù)類型除了包括ANSIC語言所具有的位尋址、字符、整數(shù)、長整、浮點數(shù)、指針等之外，還有3種用于訪問SFR的數(shù)據(jù)類型，如表3.2.2所示。表3.2.2訪問SFR的數(shù)據(jù)類型(2)C51的運算符。

C51編譯器所支持的運算符與ANSIC語言相同，分為算術(shù)運算符、關(guān)系運算符、邏輯運算符、位操作符、自增減運算符和復合運算符等。算術(shù)運算符：+、－、*、/、%。關(guān)系運算符：<、>、<=、>=、==、!=。邏輯運算符：&&、||、!。位操作符：&、|、^、~、<<、>>。自增減運算符：++、－－。復合運算符：凡是二目運算符，都可以與賦值運算符“=”一起組成復合賦值運算符，包括+=、－=、*=、/=、%=、<<=、>>=、&=、^=、|=。

尤其值得注意的是：由于單片機C語言程序和單片機硬件緊密相關(guān)，因此會用到大量的位運算或邏輯運算。在例程ex2.c和ex3.c中，為了使亮燈的順序移動，采用了取反和左移操作，具體操作如下：初值：w=0x01;w：00000001(初值)P1=~w；11111110(“1”使相應燈熄滅，“0”使相應燈點亮)W<<=1；00000010(左移一位)思考：如果將該程序中初值直接寫成：“11111110”，應該如何修改程序？3)中斷函數(shù)的編寫方法

FranklinC51編譯器支持在C源程序中直接以函數(shù)形式編寫中斷過程。常用的中斷函數(shù)定義語法如下：

void函數(shù)名()interruptnC51編譯器允許0～31個中斷，下列中斷及其相關(guān)地址為8051控制器所提供的外部中斷：

0：EXTERNAL0 地址：0003H 1：TIMER/COUNTER0 地址：000BH 2：EXTERNAL1 地址：0013H 3：TIMER/COUNTER1 地址：001BH 4：SERIALPORT 地址：0023H

在例程ex3.c中，使用了TIMER/COUNT1中斷，中斷號為3，因此該中斷函數(shù)的結(jié)構(gòu)如下：voiddelay()interrupt3//interrupt3表示該函數(shù)為中斷號3的中斷函數(shù){

：：}

編寫中斷函數(shù)時應遵循下列規(guī)則：

(1)不能進行參數(shù)傳遞，如果中斷過程包括任何參數(shù)聲明，則編譯器將產(chǎn)生一個錯誤信息。

(2)無返回值，如果想定義一個返回值將產(chǎn)生錯誤，但是，如果返回整型值編譯器將不產(chǎn)生錯誤信息，因為整型值是默認值，編譯器不能清楚識別。

(3)在任何情況下不能直接調(diào)用中斷函數(shù)，否則編譯器會產(chǎn)生錯誤。由于退出中斷過程是由指令RETI完成的，該指令影響MCS-51單片機的硬件中斷系統(tǒng)，直接調(diào)用中斷函數(shù)時硬件上沒有中斷請求存在，因而這個指令的結(jié)果是不定的并且通常是致命的。(4)編譯器從絕對地址8n+3處產(chǎn)生一個中斷向量，其中n為中斷號，該向量包括一個中斷過程的跳轉(zhuǎn)，向量的產(chǎn)生可由編譯器控制指令NOINTVECTOR壓縮，因而程序員可以從獨立的匯編模塊中提供中斷向量。

(5)可以在中斷函數(shù)定義中使用using指定當前使用的寄存器組，格式如下：

void函數(shù)名([形式參數(shù)])interruptn[usingm]MCS-51單片機有四組寄存器R0～R7，程序具體使用哪一組寄存器由程序狀態(tài)字PSW中的兩位RS1和RS0來確定。在中斷函數(shù)定義時，可以用using指定該函數(shù)具體使用哪一組寄存器，m在0，1，2，3這4個數(shù)中取值，對應四組寄存器組。例如：

voiddelay()interrupt3using2(6)在中斷函數(shù)中調(diào)用的函數(shù)所使用的寄存器組必須與中斷函數(shù)相同，當沒有使用using指令時，編譯器會選擇一個寄存器組作絕對寄存器訪問。程序員必須保證按要求使用相應寄存器組，C編譯器不會對此檢查。

(7)如果在中斷函數(shù)中執(zhí)行浮點運算，必須保存浮點寄存器狀態(tài)，當沒有其他程序執(zhí)行浮點運算時，可以不保存。4)C51的數(shù)據(jù)存儲類型與8051存儲器結(jié)構(gòu)由于MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)特點是：程序存儲器(ROM)和數(shù)據(jù)存儲器(RAM)分開，并各自有其獨立的尋址方式。具體來說，MCS-51單片機的存儲空間分為四部分：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間(256字節(jié))、片外數(shù)據(jù)存儲器空間(64K字節(jié))、片內(nèi)程序存儲器空間和片外程序存儲器空間，那么程序中定義的變量在哪個存儲區(qū)域呢？FranklinC51編譯器通過將變量、常量定義成不同的存儲類型的方法，將它們定位在不同的存儲區(qū)中。C51編譯器支持的存儲器類型如表3.2.3所示。表3.2.3C51編譯器支持的存儲器類型存儲器類型可以和數(shù)據(jù)類型一起使用，例如：intdatai;//整數(shù)i為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中的變量intxdataj;//整數(shù)j定義在外部數(shù)據(jù)存儲器(64K字節(jié))內(nèi)一般在定義變量時經(jīng)常省略存儲器類型的定義，采用默認存儲器類型，而默認存儲器類型和存儲器模式有關(guān)。5)C51編譯器支持的存儲器模式表3.2.4C51編譯器支持的存儲器模式SMALL模式：所有缺省變量參數(shù)均裝入內(nèi)部RAM(與使用顯式的data關(guān)鍵字來定義結(jié)果相同)。使用該模式的優(yōu)點是訪問速度快，缺點是空間有限，而且分配給堆棧的空間比較少，遇到函數(shù)嵌套調(diào)用和函數(shù)遞歸調(diào)用時必須小心，該模式適用于較小的程序。

COMPACT模式：所有缺省變量均位于外部RAM區(qū)的一頁(與使用顯式的pdata關(guān)鍵字來定義結(jié)果相同)，最多能夠定義256字節(jié)變量。使用該模式的優(yōu)點是變量定義空間比SMALL模式大，但運行速度比SMALL模式慢。使用本模式時，程序通過@R0和@R1來訪問變量。LARGE模式：所有缺省變量可放在多達64K字節(jié)的外部RAM區(qū)(與使用顯式的xdata關(guān)鍵字來定義結(jié)果相同)，均使用數(shù)據(jù)指針DPTR來尋址。該模式的優(yōu)點是空間大，可定義變量多，缺點是速度較慢，一般用于較大的程序，或擴展了大容量外部RAM的系統(tǒng)中。存儲模式?jīng)Q定了變量的默認存儲類型、參數(shù)傳遞區(qū)和無明確存儲類型的說明。例如若定義chars，則在SMALL存儲模式下，s被定位在DATA存儲區(qū)；在COMPACT存儲模式下，s被定位在IDATA存儲區(qū)；在LARGE存儲模式下，s被定位在XDATA存儲區(qū)。

存儲模式定義關(guān)鍵字SMALL、COMPACT和LARGE屬于C51編譯器控制指令，可以在命令行輸入，也可以在源文件的開始直接使用下面的預處理語句：

#pragmaSMALL//定義為SMALL模式除非特殊說明，本書中的C51程序均運行在SMALL模式下。

6.思考題

(1)例程ex3.c進行優(yōu)化修改后的程序如下，試指出哪些地方做了修改？修改后有什么好處？//ex3_1.c#include"REG51.H"#defineTIME20unsignedcharcount; //定義外部變量bitflag; //1s時間到標志/*-----------------中斷函數(shù)-----------------*/voiddelay()interrupt3 //interrupt3表示該函數(shù)為中斷號3 的中斷函數(shù){TH1=0x3c; //重新置定時器1初值

TL1=0xb0;TR1=1; //開定時器1中斷

count--; //中斷次數(shù)減1if(count==0)flag=1; //若20次中斷已完成，則置1s延時時間到標志}/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){unsignedcharj,w;TMOD=0x10; //初始化定時器1TH1=0x3c;TL1=0xb0;EA=1; //開總中斷

ET1=1; //定時器1開中斷

TR1=1; //啟動定時器1while(1){w=0x01;for(j=0;j<8;j++){flag=0; //初始標志

count=TIME; //設置中斷次數(shù)

P1=~w; //循環(huán)點亮燈

while(flag==0); //等待1s定時時間到

w<<=1; //點亮燈的位置移動

}}}(2)修改實訓中的兩個例程，分別采用定時器/計數(shù)器0的方式0和方式2實現(xiàn)定時功能。實訓3.3數(shù)碼顯示和矩陣式鍵盤C51程序設計

1．實訓目的

(1)復習MCS-51單片機擴展可編程接口芯片8155的方法。

(2)復習8155編程方法及矩陣式鍵盤的硬件接口及掃描方法，復習LED的動態(tài)接口方法。

(3)掌握利用C51進行鍵盤和LED顯示的編程思路。

(4)掌握利用C51進行絕對地址訪問的方法。

2．實訓設備與器件實訓設備：單片機集成開發(fā)環(huán)境、綜合實訓板。

3.項目設計要求

(1)編制C51程序使實驗板上的8個數(shù)碼管移動顯示“0～F”。

(2)編制C51程序使實驗板上的8個數(shù)碼管移動顯示“0～F”，移動速度是1s移動一個字符。

(3)編制C51矩陣式鍵盤掃描程序，當按下實驗板上任意鍵時，在某個數(shù)碼管上能夠顯示其鍵值，當按鍵釋放時，顯示關(guān)閉。

4．實訓內(nèi)容

1)LED顯示程序設計初步

(1)硬件電路分析。當單片機提供的并行I/O口不夠用戶使用時，常常需要擴展I/O口，8155和8255是擴展I/O口時使用較多的I/O芯片。在實訓電路中，用擴展的8155連接了8個LED數(shù)碼管和16個按鍵。通過擴展8155可以提供3個并行I/O口A、B、C口，3個I/O口的工作方式、輸入/輸出方向是由用戶的編程來確定的。8位LED顯示的位選碼由8155的A口控制，段選碼由8155的B口控制，LED為共陰極數(shù)碼管，接口方式為動態(tài)顯示接口方式。8155的地址如下：控制口：4400HA口：4401HB口：4402HC口：4403H(2)軟件設計思路。

LED動態(tài)顯示的硬件連接特點是各位數(shù)碼管的段選線相應并聯(lián)在一起，由同一個I/O口控制，各位的位選線(公共陰極或陽極)由另外的I/O口線控制。當程序向數(shù)碼管傳送一個顯示碼時，該顯示碼會同時到達每個數(shù)碼管，到底哪個數(shù)碼管會顯示，由位選線確定。當以動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示，必須采用掃描方式，利用人眼睛的視覺暫留效應，每一時刻顯示一個字符，一位一位輪流顯示，只要每位顯示間隔時間足夠短，就可以給人以同時顯示的感覺。圖3.3.1LED顯示示意圖

在上述移動顯示方式中，要分別顯示23屏不同的數(shù)據(jù)，就可以達到移動顯示的效果。每屏顯示數(shù)據(jù)之間有一定的邏輯關(guān)系，把這些顯示字符順序?qū)懗上旅娴母袷剑?/p>

×××××××0123456789AbCdEF×××××××(×表示不顯示)

led

可以看到，第1屏顯示數(shù)據(jù)為“×××××××0”，第二屏顯示數(shù)據(jù)為“××××××01”，依此類推，第23屏顯示數(shù)據(jù)為“F×××××××”。

如果把以上顯示數(shù)據(jù)的顯示碼按順序存放到內(nèi)部存儲器中，首地址為led，那么第1屏顯示碼的首地址為led，第2屏顯示碼的首地址為led+1，第3屏顯示碼的首地址為led+2，依此類推，可以得到第i屏顯示碼的首地址為led+i-1。如果顯示屏從第0屏開始數(shù)起，那么第i屏顯示碼的首地址即為led+i。(3)C51源程序代碼如下：//ex4.c#include"REG51.H" //定義頭文件#include"absacc.h"#defineCTRL8155XBYTE[0x4400] //采用絕對地址訪問方式定義8155口 地址#definePORTA8155XBYTE[0x4401]#definePORTB8155XBYTE[0x4402]#definePORTC8155XBYTE[0x4403]voidscanled(unsignedcharn[]); //函數(shù)聲明，LED掃描函數(shù)，該函數(shù) 將8個LED //輪流掃描一遍，入口參數(shù)為8個顯示碼存放的首地址voiddelay(unsignedchart);//延時函數(shù)，入口參數(shù)t確定延時時間，用于控制

//每位顯示間隔時間/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){unsignedchari,j;unsignedcharled[]={0,0,0,0,0,0,0,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d, 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0,0,0,0,0,0}; //定義顯示碼數(shù)組，其中顯示碼0沒有任何顯示CTRL8155=0x03; //寫入8155控制字，C口輸入，A，B口輸出for(;;){for(i=0;i<23;i++) //共顯示23屏

for(j=0;j<100;j++) //每屏掃描100遍，用于控制每屏顯示時間

//同時也控制了移動顯示的速度

scanled(led+i); //調(diào)用LED掃描函數(shù)

}}/*-----------------LED掃描函數(shù)-----------------*/voidscanled(unsignedcharn[]){unsignedchari,temp=0x01;for(i=0;i<8;i++) //控制8個LED{PORTA8155=0xff; //位碼送0xff，關(guān)閉所有顯示

PORTB8155=n[i]; //B口送顯示碼，根據(jù)不同的位依次送顯示 碼n[0]，n[1]，…n[7]PORTA8155=~temp; //A口選位

temp<<=1; //位碼左移一位，選擇下一位LEDdelay(20); //每位顯示時間

}}/*-----------------延時函數(shù)-----------------*/voiddelay(unsignedchart){unsignedchari;for(i=0;i<t;i++);}2)LED定時顯示程序設計

(1)軟件設計思路。1s定時采用實訓3.2中的設計思路，用定時器1的方式1編制1s的延時程序。假定系統(tǒng)采用12MHz晶振，定時器1、方式1定時50ms，再循環(huán)20次即可定時到1s，定時器編程采用查詢方式實現(xiàn)。本程序設計的重點是8位LED動態(tài)掃描函數(shù)如何同1s定時函數(shù)合理結(jié)合起來。動態(tài)掃描顯示的基本原理要求調(diào)用掃描函數(shù)的時間間隔不能太長，否則顯示就會出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象。那么，把掃描函數(shù)放到什么地方調(diào)用才能保證每次調(diào)用的時間間隔不能太長呢？現(xiàn)在試著把它放到主函數(shù)main中調(diào)用，調(diào)用程序段如下：voidscanled(unsignedcharn[]); //8位LED掃描函數(shù)，參見ex4.cvoiddelay(); //定時器1延時1s函數(shù)，參見ex2.cunsignedchardata*p; //指針定義main(){unsignedchardatai,j;unsignedchardataled[]={0,0,0,0,0,0,0,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0,0,0,0,0,0}; TMOD=0x10; for(;;){ p=led; for(i=0;i<23;i++,p++){ scanled(p); //調(diào)用8位LED掃描函數(shù)

delay(); //調(diào)用1s延時函數(shù)

} }}

把上面程序補充完整，運行該程序會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？LED無法正常顯示。因為在主函數(shù)main中每隔1s調(diào)用一次掃描函數(shù)，掃描間隔時間太長(按照視覺暫留原理，一般要保證1s內(nèi)掃描次數(shù)在24次以上才可以保證顯示不閃爍)，所以把掃描函數(shù)直接放到main函數(shù)中調(diào)用是無法完成顯示功能的。分析delay函數(shù)發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行它的絕大部分時間是在查詢等待定時時間到，查詢語句如下：

while(!TF1);

把掃描函數(shù)放到查詢語句中調(diào)用，是否可以保證能正確穩(wěn)定顯示結(jié)果呢？調(diào)用語句如下：

while(!TF1){scanled(p);}(2)程序源代碼如下：//ex5.c#include"REG51.H"#include"absacc.h"#defineCTRL8155XBYTE[0x4400]#definePORTA8155XBYTE[0x4401]#definePORTB8155XBYTE[0x4402]#definePORTC8155XBYTE[0x4403]voidscanled(unsignedcharn[]);voiddelay1(unsignedchart);voiddelay();unsignedchardata*p;/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){unsignedchardatai,j;unsignedchardataled[]={0,0,0,0,0,0,0,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0,0,0,0,0,0};TMOD=0x10;for(;;){p=led;for(i=0;i<23;i++,p++)delay();}}/*-----------------延時1s函數(shù)-----------------*/voiddelay(){unsignedchardataj;for(j=0;j<0x14;j++){ //設置20次循環(huán)次數(shù)

TH1=0x3c; //置定時器初值

TL1=0xb0;TR1=1; //啟動定時器1while(!TF1){scanled(p);};//查詢計數(shù)是否溢出，即定時50ms時間到，TF=1TF1=0; //50ms時間到，將定時器溢出標志位TF清0TH1=0x3c; //重新置計數(shù)器初值

TL1=0xb0;}}/*-----------------LED掃描函數(shù)-----------------*/voidscanled(unsignedchar*n){unsignedchardatai,temp=0x01;CTRL8155=0x03; //C口輸入，A，B口輸出

for(i=0;i<8;i++) {PORTA8155=0xff; PORTB8155=n[i]; //B口送段碼

PORTA8155=~temp; //A口選位

temp<<=1;delay1(20);}}/*-----------------延時函數(shù)-----------------*/voiddelay1(unsignedchart){unsignedchardatai;for(i=0;i<t;i++);}3)矩陣式鍵盤程序設計

(1)硬件電路連接。矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵位于行列的交叉點上。實驗板中4×4矩陣式鍵盤由可編程并行接口芯片8155控制，行線與8155的PC0～PC3相連，列線與8155的PA0～PA3相連，值得注意的是PA口同時又是8位動態(tài)LED的位選線。

(2)軟件設計思路。矩陣式鍵盤掃描一般采用逐列掃描法，即將鍵盤的列線逐一清0，然后讀取行線的值。如果行線的值都為1，則表示該列沒有鍵按下；否則表示該列有鍵按下，但該列有4個按鍵，到底是哪個按鍵按下了，由行值中為0的位確定。

針對實驗板上的電路，將列值逐一清0，也就是分別往8155的A口依次寫入下列值：0xfe、0xfd、0xfb、0xf7，將其定義成如下數(shù)組：unsignedcharlie[]={0xfe，0xfd，0xfb，0xf7};0xfe：將PA0連接的列清0，列號為0；0xfd：將PA1連接的列清0，列號為1；0xfb：將PA2連接的列清0，列號為2；0xf7：將PA3連接的列清0，列號為3。定義變量unsignedchara存放列號，a的取值為0～3。

如果某一列有鍵按下，那么從C口讀取的行值可能為下面的值：0x0e,0x0d,0x0b,0x07，將其定義成如下數(shù)組：unsignedcharsum[]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07};0x0e：與PC0連接的行有鍵按下，行號為0；0x0d：與PC1連接的行有鍵按下，行號為1；0x0b：與PC2連接的行有鍵按下，行號為2；0x07：與PC3連接的行有鍵按下，行號為3。定義變量unsignedcharb存放行號，b的取值為0～3。

把16個按鍵對應的鍵值定義成如下的二維數(shù)組：unsignedcharkey[4][4]={{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11},{12,13,14,15}};

該數(shù)組的第一個下標為行號，第二個下標為列號，即key[0][0]為第0行第0列的鍵值，k[1][3]為第1行第3列的鍵值。鍵盤掃描程序一般包括以下3步：第一步：判斷是否有鍵按下。將列值(全0)寫入8155的A口，從C口讀取行值，若行值不全為1，則表示有鍵按下，軟件延時去抖動，再次用同樣的方法判斷是否有鍵按下。若第二次判斷也有鍵按下，則可以確定有鍵按下；若第二次判斷無鍵按下，則可能第一次為誤判斷，確定為無鍵按下，繼續(xù)下一次寫入列值。

值得注意的是，軟件延時去抖動這一步不要省略，否則對按鍵的判斷可能會產(chǎn)生誤判斷。在使用動態(tài)掃描顯示的程序中，一般采用動態(tài)掃描顯示程序作為去抖動的延時。第二步：求按鍵位置并得到鍵值。將四列依次置為0，送到8155的A口，讀取行值，若行值不全為1，則確定該列有鍵按下，假設此列號為a；將讀取的行值采用逐一查詢的方法，從行號b=0開始，判斷行值與預先定義的行值數(shù)組中的元素是否相等，若相等即可得到行號b，同列號a一起確定按鍵位置，從而將鍵值數(shù)組key中相應的鍵值取出來，該程序段如下：for(b=0;b<4;b++){ //查詢按下的行號

if(c==sum[b]){ //c中為讀取的行值

save=key[b][a]; //得到鍵值保存到變量save中

break;}

由于保存鍵值的變量save的值在main函數(shù)中修改，又在顯示函數(shù)display中使用，因此將其定義成外部變量。

第三步：判斷閉合的按鍵是否釋放。判斷按鍵是否釋放的算法同判斷是否有鍵按下的算法正好相反，判斷有鍵按下的標志為：讀取的行值不全為1，而判斷按鍵是否釋放的標志是：讀取的行值全為1。鍵盤掃描源程序代碼。//ex6.c#include"reg51.h"#include"absacc.h"#defineCTRLXBYTE[0x4400]#definePAXBYTE[0x4401]#definePBXBYTE[0x4402]#definePCXBYTE[0x4403]voiddisplay();voiddelay1(unsignedchart);unsignedcharsave; //保存鍵值，初值為0unsignedcharledd[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};//定義LED顯示碼/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){unsignedchara,b,c;unsignedcharlie[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7}; //逐次選中鍵盤的列的碼

unsignedcharsum[]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07}; //相應行值

unsignedcharkey[4][4]={{0,1,2,3},{4,5,6,7},{8,9,10,11},{12,13,14,15}};//鍵值

CTRL=0x03; //寫控制字，C口輸入，A、B輸出

PB=0x00; //屏蔽B口

save=0x00;while(1){PB=0x00; //關(guān)LED顯示

PA=0x00; //A口輸出全0c=PC; //讀C口

c=c&0x0f; //屏蔽掉C口高4位

if(c==0x0f)continue; //若列線為全1，則表示沒有鍵按下，重新判斷

else{ //否則，延時去抖，第二次判斷是否有鍵按下

delay(20);PA=0x00;c=PC;c=c&0x0f;if(c==0x0f)continue;//第二次判斷無鍵按下，重新判斷

else{ //兩次判斷均有鍵按下，表示的確有鍵按下

for(a=0;a<4;a++){ //逐次選中鍵盤的列，確定按鍵位置

PA=lie[a];c=PC; //讀C口行值c=c&0x0f; //屏蔽高四位

if(c!=0x0f)break;}for(b=0;b<4;b++){ //查詢按下的行號

if(c==sum[b]){save=key[b][a];break; //得到鍵值保存到變量save中

}}do{display(); //調(diào)用顯示函數(shù)，并等待按鍵是否釋放

PB=0x00; //關(guān)顯示

PA=0x00; //判斷按鍵是否釋放

c=PC; //讀C口行值

c=c&0x0f; }while(c!=0x0f);//屏蔽高四位

}}}}/*-----------------顯示函數(shù)-----------------*/voiddisplay(){unsignedchardatai;for(i=0;i<10;i++){PA=0x7f; //無鍵按下，送LED顯示位碼

PB=ledd[save];} //將鍵值對應的顯示碼送LED}/*-----------------延時函數(shù)-----------------*/voiddelay1(unsignedchart){unsignedchardatai;for(i=0;i<t;i++);}

5.實訓分析與總結(jié)

1)外部RAM與擴展I/O地址的C51定義

MCS-51單片機擴展外部I/O口采用與片外RAM相同的尋址方法，所有擴展的I/O口以及通過擴展I/O口連接的外設都與片外RAM統(tǒng)一編址，在匯編語言程序設計中，使用以下指令訪問外部I/O口地址：MOVX@DPTR,A ；尋址外部64K字節(jié)地址范圍0000H～FFFFHMOVX A,@DPTRMOVX @Ri,A ；尋址低256字節(jié)地址范圍00H～FFHMOVX A,@Ri

而在C51程序設計中，如何定義外部RAM和擴展I/O口的地址呢？首先在程序中必須包含“absacc.h”絕對地址訪問頭文件，然后用關(guān)鍵字XBYTE來定義I/O口地址或外部RAM地址。#include“absacc.h"#defineCTRL8155XBYTE[0x4400] //定義8155控制口地址#definePORTA8155XBYTE[0x4401] //定義8155的A口地址#definePORTB8155XBYTE[0x4402] //定義8155的B口地址#definePORTC8155XBYTE[0x4403] //定義8155的C口地址有了以上定義后，就可以直接在程序中對已定義的I/O口名稱進行讀寫了，例如：

CTRL8155=0x43;

在絕對地址訪問頭文件absacc.h中，定義了MCS-51單片機所有存儲區(qū)域的絕對地址訪問關(guān)鍵字CBYTE、DBYTE、PBYTE和XBYTE，可以對相應的存儲區(qū)域的絕對地址進行字節(jié)尋址。其中包括，CBYTE尋址CODE區(qū)，DBYTE尋址DATA區(qū)，PBYTE尋址分頁XDATA區(qū)(低256字節(jié))，XBYTE尋址XDATA區(qū)。如果要訪問外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)域0x2000處的內(nèi)容，可以使用如下語句：unsignedcharval;val=XBYTE[0x2000];

也可以像例程ex4.c中一樣，將絕對地址先預定義成一個易于識別的符號，如CTRL8155、PORTA8155等。2)C51中數(shù)組定義

FranklinC51編譯器支持ANSIC語言中的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型，包括數(shù)組、結(jié)構(gòu)、共用體、枚舉等。在C51程序中定義和使用數(shù)組的方法與ANSIC語言中相同。例程ex4.c中將顯示碼定義成了一個一維數(shù)組led：Unsignedcharled[]={0,0,0,0,0,0,0,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f, 0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0,0,0,0,0,0};

該數(shù)組在存儲器中的存放方式：占據(jù)了以符號地址led為首地址的一串連續(xù)的字節(jié)位置。在例程中，由于LED掃描函數(shù)voidscanled(unsignedcharn[])的入口參數(shù)是8個顯示碼的首地址，因此在main函數(shù)中調(diào)用LED掃描函數(shù)scanled的格式如下： scanled(led+i);其中，led+i(i是0～22之間的整數(shù))表示該數(shù)組元素的地址，當i=0時，led+i就是該數(shù)組的首地址；當i=1時，led+i就是該數(shù)組的第一個元素的地址，依此類推。利用指針訪問數(shù)組也是一個比較好的方法。3)C51中指針定義修改例程ex4.c的源代碼如下：//ex4_1.c，本程序中的斜體部分為修改內(nèi)容#pragmaSMALL#include"REG51.H" //定義頭文件#include"absacc.h"#defineCTRL8155XBYTE[0x4400] //采用絕對地址訪問方式定義8155口地址#definePORTA8155XBYTE[0x4401]#definePORTB8155XBYTE[0x4402]#definePORTC8155XBYTE[0x4403]voidscanled(unsignedchar*n); //函數(shù)聲明，LED掃描函 數(shù)，該函數(shù)將8個 //LED輪流掃描一遍，入口參數(shù)為8個顯示碼存放的首地址voiddelay(unsignedchart); //延時函數(shù)，入口參數(shù)t確定延時時間，用 于控制每位顯示間隔時間/*-----------------main函數(shù)-----------------*/main(){unsignedchari,j;unsignedcharled[]={0,0,0,0,0,0,0,0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0,0,0,0,0,0,0};unsignedchar*p; //定義無符號字符指針

CTRL8155=0x03; //寫入8155控制字C口輸入，A，B口輸出

for(;;){p=led; //數(shù)組首地址賦給指針

for(i=0;i<23;i++,p++) //i增1的同時，指針也增1for(j=0;j<100;j++)scanled(p); //將指針p中的地址作為實參

}}/*-----------------LED掃描函數(shù)-----------------*/voidscanled(unsignedchar*n){unsignedchari,temp=0x01;for(i=0;i<8;i++) {PORTA8155=0xff; PORTB8155=*(n+i);//B口送段碼

PORTA8155=~temp;//A口選位

temp<<=1;delay(50);}}/*-----------------延時函數(shù)-----------------*/voiddelay(unsignedchart){unsignedchari;for(i=0;i<t;i++);}

比較例程ex4_1.c和ex4.c會發(fā)現(xiàn)，二者的不同之處在于：ex4.c采用數(shù)組名表示該數(shù)組的首地址，從而訪問數(shù)組中的數(shù)據(jù)；而ex4_1.c中采用指針訪問數(shù)組中的數(shù)據(jù)，首先把數(shù)組的首地址賦給指針，然后通過指針增1來修改該地址，從而訪問數(shù)組中的不同數(shù)據(jù)。指針是C語言的一個重要概念，也是C語言的重要特色之一。FranklinC51編譯器支持“一般指針”和“基于存儲器”的指針。一般指針和ANSIC語言中的指針定義相同，需3個字節(jié)：第一個字節(jié)為存儲器類型，第二個字節(jié)為高字節(jié)偏移地址，第三個字節(jié)為低字節(jié)偏移地址。一般指針可以被用來指示MCS-51單片機存儲器中的任何類型的變量。

例如在例程ex4_1.c中定義的一般指針如下：

unsignedchar*p; //定義無符號字符指針一般指針定義時也可以使用前面介紹過的data、idata、pdata、xdata等關(guān)鍵字對指針的存儲位置進行聲明，例如：char*xdatastr; //存放在xdata的通用指針int*datanum; //存放在data的通用指針基于存儲器的指針以存儲器類型為參考，一般來說，在定義的時候包含了數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)空間的說明，例如：chardata*str; //data的字符串指針intxdata*num; //xdata的int指針longcode*pow; //code的long指針

因為數(shù)據(jù)類型會在編譯的時候處理，所以基于存儲器的指針不需要用來存放數(shù)據(jù)類型的字節(jié)，它只需要一個字節(jié)(當數(shù)據(jù)類型為idata、data、bdata、pdata時)或者兩個字節(jié)(當數(shù)據(jù)類型為code、xdata時)。與一般指針相比，少了一個字節(jié)來指示類型，所以在程序執(zhí)行時速度快一些。同一般指