MCS-51单片机C语言程序设计课件(PPT 48页)

1、以MCS-51单片机为例讲解通信工程学院自动化系主讲人：张志成单片机原理及应用第1页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 2课程安排第一章 MCS-51单片机概述第二章 MCS-51单片机的硬件结构第三章 单片机C语言程序设计第四章 MCS-51单片机的中断系统第五章 MCS-51单片机的定时器/计数器第六章 MCS-51单片机的串行通信第七章 MCS-51单片机的外围器件及扩展第2页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 3第三章 单片机C语言程序设计3.1 C语言与MCS-51单片机3.2 C51的数据类型与运算3.3 C51流程控制语句3.4 C

2、51构造数据类型3.5 C51函数3.6 模块化程序设计第3页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 43.1 C语言与MCS-51单片机一、MCS-51的编程语言四种语言支持MCS-51单片机：BASIC、PL/M、汇编语言和C语言。汇编语言： 用汇编程序设计MCS51系列单片机应用程序时，必须要考虑其存储器结构，尤其必须考虑其片内数据存储器与特殊功能寄存器正确、合理的使用以及按实际地址处理端口数据。C语言： C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，是一种结构化语言，可产生紧凑代码。第4页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 5与汇编语言相比，C

3、语言有如下优点：对单片机指令系统不要求了解，仅要求对8051存储器结构有初步了解；寄存器的分配，不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；程序有规范的结构，分为不同的函数，使程序结构化；更符合人们的思考习惯；改善了程序的可读性；编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；提供的库包含许多标准子程序，具有较强数据处理能力；很好的结构性和模块化更容易阅读和维护，而且由于有更好的可移植性很多处理器支持C编译器。第5页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 6二、C51编译器 用C语言编写的应用程序必须经单片机的C语言编译器(简称C51)，转换生成单片机可执行的代码程序。支持M

4、CS51系列单片机的C语言编译器有很多种。如： American Automation IAR Avocet Dunfield Shareware Bso/Tasking KEIL/Franklin第6页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 7三、C51程序结构C51源程序大体上是一个函数定义的集合，集合中仅有一个名为main的主函数。主函数是程序的入口，主函数中所有语句执行完毕，则程序执行完成。第7页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 8函数定义由类型，函数名，参数表和函数体组成。 格式如下： 类型 函数名（参数表） 参数说明； 数据说明部分；

5、执行语句部分； 第8页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 9 C51程序结构说明： 1）C语言是由函数构成的。 一个C源程序至少包含一个函数，也可以包含一个main函数和若干其他函数。函数是C程序的基本单位。 2)函数分为2大类： 一类是库函数，一类是用户自定义函数。库函数是C51在库文件中已定义的函数，其函数说明在其头文件中。用户函数是用户自己定义，自己调用的一类函数。第9页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 10 3)函数由2部分组成： 函数说明部分：它包括函数名，函数类型，函数属性，函数参数名和形式参数类型。一个函数名后面必须跟一个（），函

6、数参数可以没有。 函数体部分: 函数说明部分下面的大括号内的内容。函数体一般包括：变量定义和执行部分（由若干语句组成）第10页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 11 4) 一个C51程序总是从main 函数开始执行的，而不论main函数在整个程序中的位置如何。 5)每个语句和数据定义的最后必须有一个分号。 6)C语言本身没有输入/输出语句，输入和输出操作是有库函数scanf和printf等函数来完成的。 7)可以用/*/对C程序中的任何部分作注释。第11页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 12C51程序开发过程 C51源程序是一个ASCII文

7、件，可以用任何标准的ASCII文件编辑器来编写，如：写字板，记事本等。 C51程序机构与一般C语言没有什么差别，程序的书写格式自由度高，灵活性强，有较大的任意性。第12页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 13 要点如下： 1）一般情况下，每个语句占用一行。 2）不同结构层次的语句，从不同的起始位置开始，即在同一结构层次中的语句，缩进同样的字数。 3）表示结构层次的大括号通常写在该结构语句第一字母的下方，与机构化语句对齐，并占用一行。第13页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 14系统库C51源程序C51编译器EPROM编程器链接列表文件浮动目标

8、码模块绝对定位目标码文件用户库硬件仿真器映像文件第14页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 15C51与标准C语言的区别 C51的语法规定、程序结构及程序设计方法都与标准的C语言程序设计相同，但C51程序与标准的C程序在以下几个方面不一样： （1）C51中定义的库函数和标准C语言定义的库函数不同。标准的C语言定义的库函数是按通用微型计算机来定义的，而C51中的库函数是按MCS-51单片机相应情况来定义的； （2）C51中的数据类型与标准C的数据类型也有一定的区别，在C51中还增加了几种针对MCS-51单片机特有的数据类型；第15页，共48页。2022/7/20吉林大学通

9、信工程学院Page 16 （3）C51变量的存储模式与标准C中变量的存储模式不一样，C51中变量的存储模式是与MCS-51单片机的存储器紧密相关； （4）C51与标准C的输入输出处理不一样，C51中的输入输出是通过MCS-51串行口来完成的，输入输出指令执行前必须要对串行口进行初始化； （5）C51与标准C在函数使用方面也有一定的区别，C51中有专门的中断函数。第16页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 173.2 C51的数据类型与运算一、数据与数据类型数据：具有一定各式的数字或数值叫做数据。数据时计算机操作的对象。数据类型：数据的不同各式叫做数据类型。数据结构：数据

10、按一定的数据类型进行的排列、组合及架构称为数据结构。第17页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 18C51数据类型分类数据类型 基本类型构造类型指针类型空类型位型(bit)字符型(char)整型(int)长整型(long)浮点型(float)双精度浮点型(double)数组类型(array)结构体类型(struct)共用体(union)枚举(enum)第18页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 19KEIL C51的数据类型数据类型长度(bit)长度(byte)值域bit110,1unsigned char810255signed char811

11、28127unsigned int 162065535signed int 1623276832767unsigned long32404294967295signed long 32421474836482147483647float 3241.176E383.40E+38(6位数字)double6481.176E383.40E+38(10位数字)一般指针243存储空间065535第19页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 20二、常量与变量常量：在程序运行的过程中，其值不能改变的量称为常量。变量：在程序运行的过程中，其值可以改变的量称为变量。一个变量主要由两部分构成

12、一个是变量名，一个是变量值。每个变量都有一个变量名，在内存中占据一定的存储单元（地址），并在该内存单元中存放该变量的值。第20页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 21C51数据在MCS-51中的存储方式（1）位变量（bit）：变量的类型是位，位变量的值可以是1（true）或0（false）。与MCS-51硬件特性操作有关的可以定义成位变量必须定位在MCS-51单片机片内RAM的位寻址空间中。（2）字符变量（char）： 字符变量的长度为1 byte即8位。这很合适MCS-51单片机，因为MCS-51单片机每次可处理8位数据。对于无符号变量(unsigned char)

13、的值域范围是0255。 对于有符号字符变量(signed char)，最具有重要意义的位是最高位上的符号标志位(msb)。此位为1代表“负”，为0代表“正”。有符号字符变量和无符号字符变量在表示0127的数值时，其含义是一样的，都是00 x7F。负数一般用补码表示。第21页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 22（3）整型变量(int)：整型变量的长度为16位。 MCS-51系列单片机将int型变量的高位字节数存放在低地址字节中，低位字节数存放在高地址字节中。可直接使用几种专用的机器指令来完成多字节的加、减、乘、除运算。整型变量值0 x1234以下图所示的方式存放在内存

14、中。地址 +0 +1 第22页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 23（4）长整型变量（long）：长整型变量的长度是32位，占用4字节（Byte），其它方面与整型变量（int）相似。长整型变量值0 x12345678以下图所示的方式存放在内存中。+0+1+2+3地址 第23页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 24（5）浮点型变量(float): 浮点型变量为32位，占4个字节，许多复杂的数学表达式都采用浮点变量数据类型。应用符号位表示数的符号，用阶码和尾数表示数的大小。在编程时，如果只强调运算速度而不进行负数运算时，最好采用无符号(unsig

15、ned)格式。无符号字符类型的使用：无论何时，应尽可能使用无符号字符变量，因为它能直接被MCS-51所接受。基于同样的原因，也应尽量使用位变量。有符号字符变量虽然也只占用一个字节，但需要进行额外的操作来进行测试代码的符号位。这无疑会降低代码效率。第24页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 25在编程时，为了书写方便，经常用简化的缩写形式来定义数据类型。其方法是在源程序开头使用#define语句自定义简化的类型标识符。 例如： #define uchar unsigned char #define uint unsigned int 这样，在编程中，就可以用uchar代替

16、unsigned char，用uint代替unsigned int来定义变量。第25页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 26三、C51数据的存储类型与MCS-51存储器结构 KEIL C51完全支持MCS-51单片机的硬件结构，可以完全访问MCS-51硬件系统的所有部分。该编译器通过将变量、常量定义成不同的存储类型（data，bdata，idata，pdata，xdata，code）的方法，将他们定义在不同的存储区中。 第26页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 27第27页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 28C51

17、存储类型与MCS-51存储空间的对应关系存储类型 与存储空间的对应关系 data 直接寻址片内数据存储区，访问速度快(128字节) bdata 可位寻址片内数据存储区，允许位与字节混合访问(16字节) idata 间接寻址片内数据存储区，可访问片内全部RAM地址空间(256字节) pdata 分页寻址片外数据存储区(256字节)由MOV Ri访问(i=0,1) xdata 片外数据存储区(64 KB)由MOVX DPTR访问 code 程序存储器64 KB空间，由MOVC DPTR访问第28页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 29C51存储类型及其数据长度和值域存储类

18、型长度(bit)长度(byte)值域范围data810255idata810255pdata810255xdata162065 535code162065 535第29页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 30带存储类型的变量的定义的一般格式为 数据类型 存储类型 变量名带存储类型的变量定义举例： char data var1； bit bdata flags； float idata x,y,z； unsigned int pdata var2； unsigned char vector34；第30页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 31存储

19、模式 存储模式决定了变量的默认存储类型、参数传递区和无明确存储类型说明变量的存储类型。 如果在变量定义时略去存储类型标识符，则编译器会自动选择默认的存储类型。默认的存储类型进一步由SMALL、COMPACT和LARGE存储模式指令限制。第31页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 32存储模式及说明存储模式说 明SMALL默认的存储类型是data，参数及局部变量放入可直接寻址片内RAM的用户区中(最大128字节)。另外所有对象(包括堆栈)，都必须嵌入片内RAM。栈长很关键，因为实际栈长依赖于函数嵌套调用层数COMPACT默认的存储类型是pdata，参数及局部变量放入分页的

20、外部数据存储区，通过R0或R1间接访问，栈空间位于片内数据存储区中LARGE默认的存储类型是xdata，参数及局部变量直接放入片外数据存储区，使用数据指针DPTR来进行寻址。用此数据指针进行访问效率较低，尤其对两个或多个字节的变量，这种数据类型的访问机制直接影响代码的长度第32页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 33四、MCS-51特殊功能寄存器(SFR)的C51定义 MCS-51单片机中，除了程序计数器PC和4组工作寄存器组外，其它所有的寄存器均为特殊功能寄存器(SFR)，分散在片内RAM区的高128字节中，地址范围为80H0FFH。SFR中有11个寄存器具有位寻址

21、能力，它们的字节地址都能被8整除，即字节地址是以8或0为尾数的。 为了能直接访问这些SFR，KEIL C51提供了一种自主形式的定义方法，这种定义方法与标准C语言不兼容，只适用于对MCS-51系列单片机进行C语言编程。特殊功能寄存器C51定义的一般语法格式如下： sfr sfr-name = int constant；第33页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 34sfr是定义语句的关键字，其后必须跟一个MSC-51单片机真实存在的特殊功能寄存器名，=后面必须是一个整型常数，不允许带有运算符的表达式，是特殊功能寄存器sfr-name的字节地址，这个常数值的范围必须在SF

22、R地址范围内，位于0 x800 xFF。例如： sfr SCON=0 x98； /* 串口控制寄存器地址98H */ sfr TMOD=0 x89； /* 定时器/计数器方式控制寄存器地址89H */第34页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 35在新的MCS-51系列产品中，SFR在功能上经常组合为16位值，当SFR的高字节地址直接位于低字节之后时，对16位SFR的值可以直接进行访问。例如52子系列的定时器/计数器2就是这种情况。为了有效地访问这类SFR，可使用关键字sfr16来定义，其定义语句的语法格式与8位SFR相同，只是=后面的地址必须用16位SFR的低字节地址

23、，即低字节地址作为sfr16的定义地址。例如： sfr16 T2 = 0 xCC /*定时器/计数器2：T2低8位地址为0CCH，T2高8位地址为0CDH*/这种定义适用于所有新的16位SFR，但不能用于定时器/计数器0和1第35页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 36对于位寻址的SFR中的位，C51支持特殊位的定义。第一种格式：sbit bit-name = sfr-nameint constant sbit是定义语句的关键字，后跟一个寻址位符号名(该位符号名必须是MCS-51单片机中规定的位名称)，=后的sfr-name必须是已定义过的SFR的名字，后的整常数是寻

24、址位在特殊功能寄存器sfr-name中的位号，必须是07范围中的数。例如： sfr PSW=0 xD0 ； /* 定义PSW寄存器地址为D0H */ sbit OV=PSW2 ； /* 定义OV位为PSW.2，地址为D2H */ sbit CY=PSW7 ； /* 定义CY位为PSW.7，地址为D7H */第36页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 37第二种格式：sbit bit-name = constantint constant =后的char constant为寻址地址位所在的特殊功能寄存器的字节地址，符号后的int constant为寻址位在特殊功能寄存器中

25、的位号。例如： sbit OV=0 xD02 ；/* 定义OV位地址是D0H字节 中的第2位 */ sbit CY=0 xD07 ；/* 定义CY位地址是D0H字节中 的第7位 */第37页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 38第三种格式：sbit bit-name = char constant； =后的char constant为寻址位的绝对位地址。例如： sbit OV=0 xD2 ；/* 定义OV位地址为D2H */ sbit CY=0 xD7 ；/* 定义CY位地址为D7H */ 特殊功能位代表了一个独立的定义类，不能与其它位定义和位域互换。第38页，共48

26、页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 39五、位变量（BIT）的C51定义1、位变量C51定义。使用C51编程时，定义了位变量后，就可以用定义了的变量来表示MCS-51的位寻址单元。 位变量的C51定义的一般语法格式如下： 位类型标识符(bit) 位变量名 例如： bit direction_bit ；/* 把direction_bit定 义为位变量 */ bit look_pointer ；/* 把look_pointer定义 为位变量 */第39页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 402、关于为变量的说明： （1）函数可包含类型为bit的参数，也可以

27、将其作为返回值。 （2）对位变量定义的限制。位变量不能定义成一个指针，如不能定义：bit * bit_pointer。不存在位数组，如不能定义：bit b_array 。 （3）在位定义中，允许定义存储类型，位变量都被放入一个位段，此段总位于MCS-51片内的RAM区中。因此，存储类型限制为data和idata，如果将位变量的存储类型定义成其它存储类型都将编译出错。第40页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 41六、C51运算符、表达式及其规则 1、算术运算符及其表达式 基本的5种算术运算符： + 加法运算符或正值运算符 - 减法运算符或负值运算符 * 乘法运算符 / 除法运算符 % 模运算符或称求余运算符第41页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 422、关系运算符及其表达式 1）六种关系运算符 小于 = 大于或等于 = 测试等于 != 测试不等于 2）优先级 , = 优先级相同（高） =, != 优先级相同（低）第42页，共48页。2022/7/20吉林大学通信工程学院Page 433、逻辑运算符及其表达式 1）逻辑运算符 & 逻辑“与”（AND） | 逻辑“或”（OR） ! 逻辑“非”（NOT） 2）优先级 !优先级最高算术运算关系运算再次之&和 |赋值运算优先级最低第43页，共4