72C51编程基础

4单片机C语言及程序设计4.1C51概述4.2C51数据类型及存储4.3C51变量的定义及数据存储区域4.4C51位变量的定义4.5C51特殊功能寄存器的定义4.6C51指令的定义4.7C51的输入/输出4.8C51函数的定义4.9C51与汇编语言混合编程目录第4章单片机C语言及程序设计本章内容的安排，认为读者已经学习过C语言，具有C语言的基本知识，因此，本章内容完全是结合单片机来讲解，也就是补充C语言在单片机方面的概念、数据定义和函数定义等。通过本章学习，使读者能够比较顺利地编写C51程序。4.1C51概述主要内容4.1.1C语言编程的优势4.1.2C51与ANSIC的区别4.1.3C51扩展的关键字4.1C51概述学习单片机C语言的必要性随着单片机性能的不断提高，C语言编译调试工具的不断完善，以及现在对单片机产品辅助功能的要求、对开发周期不断缩短的要求，使得越来越多的单片机编程人员转向使用C语言，因此有必要在单片机课程中讲授“单片机C语言”。“C51”概念：为了与ANSIC区别，把“单片机C语言”称为“C51”，也称为“KeilC”。4.1.1C语言编程的优势在编程方面，使用C51较汇编语言有诸多优势：1）编程容易2）容易实现复杂的数值计算3）容易阅读与交流4）容易调试与维护程序5）容易实现模块化开发6）程序可移植性好4.1.2C语言与ANSI的区别用汇编语言编写单片机程序时，必须要考虑其存储器的结构，尤其要考虑其片内数据存储器、特殊功能寄存器是否正确合理的使用，以及按照实际地址端口数据的处理。用C51编写程序，虽然不像汇编语言那样需要具体地组织、分配存储器资源，但是C51对数据类型和变量的定义，必须要与单片机的存储结构相关联，否则编译器不能正确地映射定位。4.1.2C语言与ANSI的区别用C51编写单片机程序，与用ANSIC编写程序的不同之处是，需要根据单片机存储器结构及内部资源，定义相应的数据类型和变量。其它的语法规定、程序结构及程序设计方法，都与ANSIC相同。所以本章主要介绍C51各种变量的定义、指针定义、函数定义和混合编程。4.1.3C51扩展的关键字由于单片机在结构及编程上的特殊要求，C51有自己的特殊关键字，称之为C51扩展的关键字，下面给出常用的C51扩展的关键字。_at_bdatabitcodedataidatainterruptpdatareentrantsbitsfrsfr16usingvolatilexdata这些关键字在后面会陆续接触到，此处先不给出它们的含义。4.2C51数据类型及存储主要内容4.2.1C51的数据类型4.2.2C51数据的存储4.2.1C51的数据类型表4-1C51数据类型、长度和数值范围数据类型表示方法长度数值范围无符号字符型unsignedchar1字节0～255有符号字符型signedchar1字节-128～127无符号整型unsignedint2字节0～65535有符号整型signedint2字节-32768～32767无符号长整型unsignedlong4字节0～4294967295有符号长整型signedlong4字节-2147483648～2147483647浮点型float4字节±1.1755E-38～±3.40E+38特殊功能寄存器型sfrsfr161字节2字节0～2550～65535位类型bit、sbit1位0或14.2.1C51的数据类型数据类型转换1）自动转换转换规则是向高精度数据类型转换、向有符号数据类型转换。如字符型变量与整型变量相加时，则位变量先转换字符型或整型数据，然后相加。2）强制转换像ANSIC一样，通过强制类型转换的方式进行转换。如：unsignedintb;floatc;b=(int)c;4.2.2C51数据的存储MCS-51单片机只有bit和unsignedchar两种数据类型支持机器指令，而其它类型的数据都需要转换成bit或unsignedchar型进行存储。为了减少单片机的存储空间和提高运行速度，要尽可能地使用unsignedchar型数据。一、位变量的存储bit和sbit型位变量，直接存于RAM的位寻址空间，包括低128位和特殊功能寄存器位。4.2.2C51数据的存储二、字符变量的存储字符变量（char）：无论是unsignedchar数据还是signedchar数据，均为1个字节，能够被直接存储在RAM中，可以存储在0～0x7f区域，也可以存储在0x80～0xff区域，与变量的定义有关。unsignedchar数：可直接被MSC-51接受signedchar数据：用补码表示。需要额外的操作来测试、处理符号位，使用的是两种库函数，代码量大，运算速度降低。4.2.2C51数据的存储三、整型变量的存储整型变量（int）：不管是unsignedint数据还是signedint数据，均为2个字节，其存储方法是高位字节保存在低地址（在前面），低位字节保存在高地址（在后面）。例如，整型变量的值为0x1234，在内存中的存放如右图所示。signedint数据用补码表示。地址低高::1234::4.2.2C51数据的存储四、长整型变量的存储长整型变量（long）为4个字节，其存储方法与整型数据一样，是最高位字节保存的地址最低（在最前面），最低位字节保存的地址最高（在最后面）。如长整型变量的值为0x12345678，在内存中的存放方法如右图所示。不管是unsignedlong数据还是signedlong数据。地址低高::12345678::4.2.2C51数据的存储五、浮点型变量的存储浮点型变量（fload）占4个字节，用指数方式表示，其具体格式与编译器有关。对于KeilC，采用的是IEEE-754标准，具有24位精度，尾数的最高位始终为1，因而不保存。具体分布为：1位符号位，8位阶码位，23位尾数，如下图所示。字节地址0123浮点数内容SEEEEEEEEMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM符号和阶码尾数高位尾数低位4.2.2C51数据的存储符号位S：1表示负数，0表示正数。阶码：用移码表示。如，实际阶码-126用1表示，实际阶码0用127表示，即实际阶码数加上127得到阶码的表达数。阶码数值范围：-126～+128。4.2.2C51数据的存储例如浮点数-12.5符号位为1，12.5的二进制数为1100.1=1.1001E+0011，阶码数值为3+127=130=10000010B，尾数为1001。因此，其十六进制数为0xC1480000，则存储结构如右图所示。地址低高::C1480000::说明：教材中存储结构是错的。4.3C51变量的定义及数据存储区域主要内容4.3.1C51变量的定义4.3.2C51变量的存储类型4.3.3C51变量的存储区域4.3.4C51变量定义举例4.3.5C51变量的存储模式4.3.6C51变量的绝对定位4.3.1C51变量的定义C51变量定义的一般格式为：[存储类型]数据类型[存储区]变量名1[=初值][,变量名2[=初值]][,…]或[存储类型][存储区]数据类型变量名1[=初值][,变量名2[=初值]][,…]可见变量（非位变量）的定义由4部分组成，即在变量定义时，指定变量4种属性。数据类型：在前面的4.2中已经叙述过，对于变量名也无须多说，下面主要解释“存储类型”和“存储区”等概念。4.3.2C51变量的存储类型存储类型这个属性我们仍沿用ANSIC的说法，尽量不改变原来的含义。按照ANSIC，C语言的变量有4种存储类型：动态存储（auto）静态存储（static）全局存储（extern）寄存器存储（register）4.3.2C51变量的存储类型一、动态存储动态（存储）变量：用auto定义的为动态变量，也叫自动变量。作用范围：在定义它的函数内或复合语句内部。当定义它的函数或复合语句执行时，C51才为变量分配存储空间，结束时所占用的存储空间释放。定义变量时，auto可以省略，或者说如果省略了存储类型项，则认为是动态变量。动态变量一般分配使用寄存器或堆栈。4.3.2C51变量的存储类型二、静态存储静态（存储）变量：用static定义的为静态变量。分为内部静态和外部静态变量。内部静态变量：在函数体内定义的为内部静态变量。在函数内可以任意使用和修改，函数运行结束后会一直存在，但在函数外不可见，即在函数体外得到保护。外部静态变量：在函数体外部定义的为外部静态变量。在定义的文件内可以任意使用和修改，外部静态变量会一直存在，但在文件外不可见，即在文件外得到保护。4.3.2C51变量的存储类型三、外部存储外部（存储）变量：用extern声明的变量为外部变量，是在其它文件定义过的全局变量。用extern声明后，便可以在所声明的文件中使用。需要注意的是：在定义变量时，即便是全局变量，也不能使用extern定义。4.3.2C51变量的存储类型四、寄存器存储寄存器（存储）变量：用register定义的变量为寄存器变量。寄存器变量存放在CPU的寄存器中，这种变量处理速度快，但数目少。C51中的寄存器变量：C51的编译器在编译时，能够自动识别程序中使用频率高的变量，并将其安排为寄存器变量，用户不用专门声明。4.3.3C51变量的存储区域变量的存储区属性是单片机扩展的概念，非常重要，它涉及到7个新的关键字。MCS-51单片机有四个存储空间，分成三类，它们是片内数据存储空间、片外数据存储空间和程序存储空间。MCS-51单片机有更多的存储区域：由于片内数据存储器和片外数据存储器又分成不同的区域，所以单片机的变量有更多的存储区域。在定义变量时，必须明确指出是存放在哪个区域。4.3.3C51变量的存储区域表4-2C51存储区与存储空间的对应关系关键字对应的存储空间及范围codeROM空间，64KB全空间data片内RAM，直接寻址，低128字节bdata片内RAM，位寻址区0x20～0x2f，可字节访问idata片内RAM，间接寻址，256字节，与@Ri对应pdata片外RAM，分页寻址的256字节(P2不变)，P2改变可寻址64KB全空间，与MOVX@Ri对应xdata片外RAM，64KB全空间bit片内RAM位寻找区，位地址0x00～0x7f，128位4.3.4C51变量定义举例1）定义存储在data区域的动态unsignedchar变量：unsignedchardatasec=0,min=0,hou=0;2）定义存储在data区域的静态unsignedchar变量：staticunsignedchardatascan_code=0xfe;3）定义存储在data区域的静态unsignedint变量：staticunsignedintdatadd;4.3.4C51变量定义举例4）定义存储在bdata区域的动态unsignedchar变量：unsignedcharbdataoperate,operate1;//定义指示操作的可位寻址的变量5）定义存储在idata区域的动态unsignedchar数组：unsignedcharidatatemp[20];6）定义在pdata区域的动态有符号int数组：intpdatasend_data[30];//定义存放发送数据的数组4.3.4C51变量定义举例7）定义存储在xdata区域的动态unsignedint数组：unsignedintxdatareceiv_buf[50];//定义存放接受数据的数组8）定义存储在code区域的unsignedchar数组：unsignedcharcodedis_code[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//定义共阴极数码管段码数组4.3.5C51变量的存储模式存储模式：如果在定义变量时缺省了存储区属性，则编译器会自动选择默认的存储区域，也就是存储模式。变量的存储模式也就是程序（或函数）的编译模式。编译模式分为三种：小模式（small）、紧凑模式（compact）和大