课件：单片机第五章：C语言程序设计分解.ppt

第5章 MCS-51 C语言程序设计,5.1 C语言与MCS-51单片机,C语言是一种通用的计算机程序设计语言，代码效率高，数据类型和运算符丰富，有良好的程序结构，适用于各种应用系统的程序设计，是目前使用较广的单片机编程语言。 本章重点介绍在单片机上使用MCS-51 C语言的特殊数据类型、存储模式、程序的结构、混合编程。,5.1.1 C语言程序开发过程,一般的C语言开发套件中，包括编译器、连接器和符号转换程序。 编译器将源程序翻译为可重定位的目标代码文件(也可产生等价的汇编语言程序)；连接器将目标代码文件连接为绝对目标文件；符号转换程序可将绝对目标文件转换为Intel HEX格式文件，编程到程序存储器中运行。 若使用提供了集成开发环境(Integrated Development Environment，IDE)的套件，则编辑、编译、连接、符号转换、甚至调试可在一个窗口中完成。如American Automation、Auocet、BSO/TASKING、DUNFIELD SHAREWARE、KEIL/Franklin等。,5.1.2 C语言的特点,C语言是一种模块化、结构化程序设计语言，符合ANSI C标准，可以产生紧凑的目标码，具体优点： (1) 不必详细了解单片机的指令系统 (2) 仅要求对MCS-51存储器结构有初步了解 (3) 寄存器分配、不同存储器区域的寻址及数据类型等细节由编译程序管理 (4) 程序具有规范的结构和固有的模块化思想 (5) 运算符和关键字用接近于自然语言的方式表示 (6) 提供包含大量标准子程序的函数库，具有较强的数据处理能力 (7) 在对执行效率要求较高的场合，可以嵌入汇编，也可以与汇编语言协同开发,5.1.3 单片机C语言的移植,C语言在单片机中的应用移植面临的具体问题： (1) MCS-51存储器的哈佛结构，加上内部有位寻址空间，对存储器变量的使用提出了挑战。 (2) 内部的数据存储器和程序存储器空间相对太小，而外部还可扩展存储容量，编译程序如何根据实际情况合理使用这些空间 (3) 内部各功能单元采用特殊功能寄存器集中管理，在C语言中如何实现寄存器访问 (4) MCS-51单片机派生种类繁多，硬件配置不统一，但是要求必须能够使用C语言操控所有硬件资源 (5) MCS-51内部只有一个堆栈，且存储空间有限，传统的利用堆栈传递参数的方法难以奏效,5.2 单片机C语言的扩充,MCS-51单片机有着与通用CPU截然不同的体系结构、硬件资源和运算特性 针对单片机独有的一些功能特点，绝大多数的MCS-51的C语言编译程序对标准C语言进行了一些扩充,5.2.1 C语言运算符,算术运算符： +, -, *, /, % 关系运算符： , =, =、&=、=、= 、+、- (位移动、异或、位或) 强制运算符,5.2.1 C语言运算符,5.2.2 数据类型,5.2.2 数据类型,例： unsigned char in_data; 8位 unsigned long log_time;32位 bit ok_flag; 1位,5.2.3 存储器类型,5.2.3 存储器类型,例 指出以下变量的存储位置 char data var1; char code text = “ENTER PARAMETER“; unsigned long xdata array100; float idata x, y, z; unsigned int pdata dimension; unsigned char xdata vector1044; char bdata flags;,5.2.4 存储模式,1.SMALL模式： 所有的变量默认存放于内部RAM中，相当于定义时使用了data类型 所有对象(包括堆栈)必须能够存入内部RAM的128字节,5.2.4 存储模式,2.COMPACT模式： 所有变量默认存放于外部RAM的一页中，相当于定义时使用了pdata类型 这种存储模式可以满足最多256字节的变量 对变量的访问必须使用间接寻址方式 编译程序产生的机器码使用R0和R1作为变量的指令操作数,5.2.4 存储模式,3.LARGE模式： 所有变量默认存放于外部RAM中，最多可以有64KB，相当于定义时使用了xdata类型 数据指针DPTR用来寻址变量 这种访问方式效率不高，特别是当变量长度超过一个字节时,5.2.4 存储模式,现在常用的C编译程序通常允许使用混合模式 不管存储模式如何，把经常使用的变量强制存放于内部RAM。大块数据则存放于外部RAM，而将其指针存放于内部RAM中，可以使用存储器类型说明符指定,5.2.5 硬件资源访问,1.特殊功能寄存器： 使用sfr、sfr16和sbit数据类型访问特殊功能寄存器 特殊功能寄存器中的位 使用sbit类型可以定义可位寻址SFR中的位 sfr P0 = 0x80; 地址 sfr ACC = 0xE0; 实际地址 sbit CY = 0xD7; 位地址,5.2.5 硬件资源访问,2.内部RAM中的位寻址资源 定义一个变量时若指定了bdata存储器类型，C编译程序会在内部RAM的位寻址区为其分配存储空间 这个变量中的位也可以单独访问，但必须先行定义 unsigned char bdata data8;位寻址区变量 sbit lsb = data80 ;data8的最低位,5.2.5 硬件资源访问,3.指定绝对地址的变量 使用_at_满足这一要求，其格式如下。 存储器类型 变量类型 变量名 _at_ 地址常数; xdata unsigned char buff _at_ 0x2000;,5.2.5 硬件资源访问,4.存储器绝对地址的访问 absacc.h中包含了一些宏定义，使用这些宏可以显示使用存储器绝对地址，如 #define CBYTE (unsigned char volatile code *) 0) CBYTE代表程序存储器地址0000H的字节单元 把每个存储区定义成一个字节或字数组，对指定地址的访问使用数组元素引用的形式,5.2.6 指针,1.基于存储器的指针 与源程序中存储器类型有关，编译时即可确定其长度。这种指针的长度可以为1个字节(data *、idata *、pdata *)或2个字节(code *、xdata *) char data *str; 指向data字符的指针 int xdata *num； 指向整形数据 long code *pow; 指向长整形代码,2019/8/5,22,可编辑,5.2.6 指针,char data *str; 指向data字符的指针 int xdata *num； 指向整形数据 long code *pow; 指向长整形代码 上述三个指针变量长度分别为1、2、2字节。指针变量自身所占用的存储位置还能定义 char data *xdata str; int xdata *data num； long code *idata pow;,5.2.6 指针,2.通用指针 与标准C语言指针的定义相同 使用3个字节存储指针内容(地址值)。第一个字节存放存储器类型，第二和第三节分别存放该指针所指对象地址的高字节和低字节,5.2.6 指针,2.通用指针 一般指针包括3个字节：1个字节存储类型和2个字节偏移地址，即,其中，第一字节代表了指针的存储器类型，存储器类型编码如下：,5.2.6 指针,char *str; 指向字符的指针 int *num; 指向整形数据的指针 第1字节放存储器类型，2、3字节放该指针所指对象地址的高、低字节。 xdata int x ;x位于外部RAM中 int *data px, *data py; px = 单元内容赋值FFFFH,5.3 C语言程序结构,单片机C语言程序与标准C程序一样，具有固有的模块化思想 各种功能由函数实现 整体上就是一个函数逐级调用的树状结构 程序的入口为main函数，在每个函数内部可以使用结构化程序设计技术的三种结构,5.3.1 函数,1.函数定义 返回值类型 函数名称(参数表) small | compact | large reentrant interrupt n using n 若省略返回值类型部分，默认为整型(int) 可以指定该函数的存储模式，以取代默认值 若使用了using，编译程序将产生切换工作寄存器组的代码 对于有返回值的函数，不能使用using，因为返回值是通过寄存器传递的,5.3.1 函数,2.参数传递 参数用于向函数传递数据，作为函数的输入。 传统C语言中参数是通过堆栈传递的，单片机中是通过存储器或寄存器传递的。 传递参数的寄存器分配,5.3.1 函数,3.返回值 总是通过寄存器送回的,5.3.1 函数,4.内部函数和外部函数 如果一个函数只能在其定义的文件中被调用，称之为内部函数 定义内部函数时，需用static存储类说明符。 内部函数也称作静态函数 定义内部函数可以使它只局限于所在的文件，当在不同文件中有同名的函数时互不干扰 允许在其他文件中调用的函数为外部函数，可以使用extern存储类说明符指明。函数定义时，默认为外部函数。,5.3.1 函数,5.可重入函数 C编译程序通常将函数的局部变量分配在存储器的固定位置 如果正在执行该函数时发生了中断，而中断服务程序中也调用该函数，先前的局部变量值便会被破坏。 类似的情况在实现函数递归调用时也会发生 定义为可重入函数后，编译程序产生能够保护局部变量的代码 reentrant,5.3.1 函数,6.中断处理函数 中断服务程序，是CPU响应中断后要执行的一段程序，在C语言中组织成一个函数的形式 编写中断处理函数时，程序员仅需关心中断类型号和寄存器组的选择，编译程序会自动产生中断向量和返回地址的入栈及出栈代码 interrupt using,5.3.1 函数,7.intrinsic函数 一些常用的只进行简单处理的函数，LCALL或ACALL的执行代价太高 intrinsic函数是一类用汇编语言代码实现的短小函数，若有对intrinsic函数的调用，编译程序将会直接用被调用函数代码替换函数调用语句,5.3.2 流程控制,1.分支 if语句 switch-case结构 2.循环 goto语句 while结构 dowhile结构 for结构 break和continue语句,5.3.3 输入与输出,一些C开发环境提供了流式输入/输出函数，可以实现通过串行口或用户自定义I/O接口的输入/输出操作，例如getchar、gets、scanf、putchar、puts、printf等 输入/输出功能需要调用_getkey和putchar两个函数，这两个函数的默认实现是通过串行口实现的 如果使用输入/输出函数，还需要在程序中加入一些代码，以便调用时已经对串行口进行了适当的初始化工作,5.3.4 程序的入口,在main函数执行之前，已经做了一些初始化 若有在main函数执行之前就应当初始化的资源，或者需要将存储区初始化为特定的值，可以在STARTUP.A51中修改或添加代码 单片机程序的入口其实还是0000H，在STARTUP.A51中初始化代码的最后一条指令才转向main函数执行,5.4 C语言与汇编语言的混合编程,5.4 C语言与汇编语言的混合编程,C语言调用汇编语言程序时，被调用函数(汇编语言函数)要在调用函数(C语言函数)所在文件中说明。对于汇编语言程序有以下要求 (1) 要使用SEGMENT伪指令定义可重定位的CODE段 (2) 要根据不同情况对函数名进行转换 (3) 须使用PUBLIC伪指令将被调用函数说明为外部可用函数 (4) 若有参数传递，按规则使用参数 (5) 若有返回值，按照规则存入寄存器,5.4 C语言与汇编语言的混合编程,混合编程,例：编写汇编语言函数max，参数为两个8位无符号数，功能是求出其中的大数返回。 在C语言中可按以下的方式声明和调用 extern unsigned char max(unsigned, unsigned); void main(void) unsigned char x,y; x = 130; y = 131; x = max(x,y);