第3章--C51语言程序设计基础

第3章C51语言程序设计基础本章主要介绍C51语言的数据类型、数据存储类型、数据运算、程序设计的基本结构、数组和指针，要求学习者初步掌握C51语言程序设计的基本方法。3.1C51语言概述C语言是美国国家标准协会（ANSI）制定的编程语言标准。1987年，ANSI公布了87ANSIC，即标准C语言。C51语言是在ANSIC的基础上针对51单片机的硬件特点进行了扩展，并向51单片机上移植。经过多年努力，C51语言已经成为公认的高效、简洁而又贴近51单片机硬件的实用高级编程语言。3.1.1使用C51语言的优点C51语言具有结构化和模块化的特点，便于阅读和维护。C51语言的可移植性好，很多微控制器都支持C51编译器。C51语言提供的库函数包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力。用C51语言编写的程序比用汇编语言编写的程序更符合人们的思考习惯。寄存器分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节交由编译器管理，使开发者可以更专心地考虑算法，而不是考虑一些细节问题。C51语言和微控制器是相对独立的，开发者不必知道处理器的具体内部结构和处理过程。当用新型的微控制器开发程序时，可以很快上手，缩短学习时间和程序开发时间。3.1.2C51与ANSIC的主要区别1.头文件的区别51系列单片机的生产厂家有多个，它们的差异在于内部资源如定时器、中断、I/O等的数量以及功能的不同，而对使用者来说，只需要将相应的功能寄存器的头文件加载在程序内，就可实现其所具有的功能。因此，C51系列的头文件集中体现了各系列芯片的不同资源及功能。2.数据类型的区别计算机的CPU是32位或64位的，运算能力强，内存大，ANSIC可以大量使用float型与longint型变量；单片机的CPU一般为8位或16位的，运算能力较弱，因此C51变量类型以char型为主，int型为辅。3.数据存储类型的区别C语言最初是为通用计算机设计的，在通用计算机中只有一个程序和数据统一寻址的内存空间，而51系列单片机有片内、片外程序存储器，还有片内、片外数据存储器。标准C语言并没有提供这部分存储器的地址范围的定义。此外，标准C语言对于51系列单片机中大量的特殊功能寄存器也没有定义。4.中断方面的区别ANSIC语言没有处理单片机中断的定义。而C51中有专门的中断函数。5.库函数的区别由于ANSIC中的部分库函数不适于嵌入式处理器系统，因此被排除在C51之外，如字符屏幕和图形函数等。6.目标代码的区别ANSIC由计算机生成.exe文件，编译完成后直接在计算机上运行；C51由单片机编译生成.bin或.hex代码文件，需要烧写到单片机中并结合外围电路执行。7.仿真调试的区别C51程序在计算机上进行编译，然后需通过仿真器连接后进行仿真调试。近年来随着电路仿真软件的不断完善，也可通过Proteus等软件直接在计算机上进行仿真调试。但是从数据运算操作、程序控制语句以及函数的使用上来说，C51与ANSIC几乎没有什么明显的差别。如果程序设计者具备了有关标准C的编程基础，只要注意KeilC51与标准C的不同之处，并熟悉MCS-51单片机的硬件结构，就能够较快地掌握C51的编程。3.2C51数据类型3.2.1常量与变量常量：程序运行过程中值不能改变的量称为常量。常量存在于ROM中。变量：变量代表存储器中的一个或多个存储单元，用来存放数据。一般来讲，这些数据在程序运行过程中可以改变（只读变量除外）。变量名命名规则：变量名只能由半角的字母、数字、下划线组成，且第一个字符不能是数字。数据类型：变量存在的类型称为数据类型。C51的数据类型如表3-1所示。3.2.2变量定义与赋值1.定义一个变量变量必须先定义，后使用。例如：inta；charb；2.变量赋初值C语言允许在定义变量的同时给变量赋初值。例如：charc=‘a’;inta=7;inta,b,c=9;//定义a、b、c为整型变量，对c赋初值。inta=3,b=3,c=3;在存储空间够用的情况下，尽量选择8位即一个字节的char型，特别是unsignedchar。对于51系列单片机而言，浮点类型变量将明显增加运算时间和程序长度，如果可以的话，尽量使用灵活巧妙的算法来避免浮点变量的引入。3.2.3C51的扩展数据类型1.位变量bitbit的值可以是1（true），也可以是0（false）。例如：bitlock;//将lock定义为位变量bitdirention;//将direction定义为位变量位变量的使用说明：①位变量不能定义成一个指针，如不能定义：bit*pointer；②位变量不存在位数组，如不能定义：bitb_array[]；③定义位变量时，存储类型只允许为data、bdata或者idata，如果将位变量的存储类型定义成其他类型都将导致编译出错。2.特殊功能寄存器sfrMCS-51单片机特殊功能寄存器在片内RAM区的80H～FFH之间。“sfr”数据类型占用一个内存单元，利用它可访问MCS-51单片机内部的所有特殊功能寄存器。例如：“sfrP1=0x90；”这一语句定义了P1口在片内的寄存器，在后面语句中可用“P1=0xff”（使P1的所有引脚输出为高电平）之类的语句来操作特殊功能寄存器。标准特殊功能寄存器在reg51.h、reg52.h等头文件中已经被定义，只要用文件包含做出申明即可使用。3.特殊功能寄存器sfr16“sfr16”数据类型占用两个内存单元。sfr16和sfr一样用于操作特殊功能寄存器。所不同的是它用于操作占两个字节的特殊功能寄存器。例如：“sfr16DPTR=0x82；”语句定义了片内16位数据指针寄存器DPTR，其低8位字节地址为82H。在后面的语句中可以对DPTR进行操作。4.特殊功能位sbitsbit是指MCS-51单片机片内特殊功能寄存器的可寻址位。例如：sfrPSW=0xd0;//定义PSW寄存器地址为0xd0sbitOV＝PSW^2;//定义OV位为PSW.2符号“^”前面是特殊功能寄存器的名字，“^”后面的数字定义了特殊功能寄存器可寻址位在寄存器中的位置，取值必须是0～7。注意：不要把bit与sbit混淆。bit用来定义普通的位变量，值只能是二进制的0或1。而sbit定义的是特殊功能位。3.3C51数据的存储类型3.3.1数据存储类型MCS-51系列单片机采用了哈佛结构，即程序存储器和数据存储器是分离的。51系列单片提供了三种不同类型的存储区域（memoryareas）：程序存储区（programmemory）；内部数据存储区（internaldatamemory）；外部数据存储区（externaldatamemory）。C51编译器完全支持MCS-51单片机及其系列的结构，可完全访问MCS-51硬件系统所有部分。每个变量可准确地赋予不同的存储器类型（data，idata，pdata，xdata，code）。访问内部数据存储器（idata）要比访问外部数据存储器（xdata）更快一些，因此，可将经常使用的变量置于内部数据存储器中，而将较大及很少使用的数据单元置于外部数据存储器中。例如：datacharcharvar;charcodemsg[]=“ENTERPARAMETER:”;unsignedlongxdataarray[100];floatidatax,y,z;unsignedcharxdatavector[10][4];sfrP0=0x80;sbitRI=0x98;charbdataflags;sbitflag0=flags^0;说明：声明变量时存储区修饰符和数据类型修饰符的位置可以互换，即“chardatax；”和“datacharx；”是完全等效的。不过从兼容性的角度考虑，建议使用前一种格式。3.3.2存储器模式如果在变量定义时略去存储类型标识符，编译器会自动选择默认存储类型。默认存储类型进一步由SMALL、COMPACT和LARGE存储模式指令限制。C51变量的存储器模式如表3-3所示。3.3.3C51语言的绝对地址访问1.绝对宏C51编译器提供一组宏定义来对code、data、pdata和xdata空间进行绝对寻址，包括CBYTE、CWORD、DBYTE、DWORD、XBYTE、XWORD、PBYTE、PWORD。这些宏包含在名为absacc.h的头文件中。在使用前，需要将头文件包含进来，即#includeabsacc.h。其中：CBYTE：以字节形式对code区寻址；CWORD：以字形式对code区寻址；DBYTE：以字节形式对data区寻址；DWORD：以字形式对data区寻址；XBYTE：以字节形式对xdata区寻址；XWORD：以字形式对xdata区寻址；PBYTE：以字节形式对pdata区寻址；PWORD：以字形式对pdata区寻址。（1）按字节访问存储器宏的形式宏名[地址]数组中的下标就是存储器的地址，因此使用起来非常方便。例如：DBYTE[0x30]=0x48；//给片内RAM送数据XBYTE[0x0002]=0x36；//给片外RAM送数据dis_buf[0]=CBYTE[TABLE+5]；//从CODE区读取数据（2）按整型数访问存储器宏的形式宏名[下标]由于整型数占两个字节，所以下标与地址的关系为：地址=下标×2。由于数组中的下标与存储器的地址是倍数关系，使用时要注意。例如：DWORD[0x20]=0x1234；//给片内RAM的0x40、0x41单元送数XWORD[0x0002]=0x5678；//给片外RAM的0x0004、0x0005单元送数2._at_关键字格式如下：[存储器类型]数据类型说明符变量名_at_地址常数存储器类型和数据类型必须为C51能识别的。地址常数必须位于有效的存储器空间之内。使用_at_定义的变量必须为全局变量。例如：dataunsignedcharx1_at_0x40；//在data区定义字节变量x1，它的地址为40Hxdataunsignedintx2_at_0x2000；//在xdata区定义字变量x2，它的地址为2000Hdataunsignedcharbuffer[8]_at_0x50；//在data区定义数组buffer，它的起始地址为50H3.4C51的数据运算主要有：算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、位运算符及赋值运算符等3.4.1算术运算算术运算操作符主要包括：+（加法运算符），－（减法运算符），*（乘法运算符），/（除法运算符），%（模运算或取余运算符），++（自增运算符），--（自减运算符）。注意：“/”的功能是取除运算结果的整数部分；“%”的功能是取除运算结果的余数部分。例如：“5/3”的结果为1（商），而“5%3”的结果为2（余数）。自增和自减运算符的功能是使变量自动加1或减1。自增和自减运算符放在变量之前和变量之后是不同的。++i，--i：在使用i之前，先使i值加（减）1。i++，i--：在使用i之后，再使i值加（减）1。例如：若i=4，则执行x=++i时，先使i加1，再引用结果，即x=5，运算结果为i=5，x=5。再如：若i=4，则执行x=i++时，先引用i值，即x=4，再使i加1，运算结果为i=5，x=4。3.4.2逻辑运算逻辑运算操作符主要包括：&&（逻辑与），||（逻辑或），！（逻辑非）。逻辑运算结果为真时取1，否则取0。3.4.3关系运算关系运算主要用于比较操作数的大小关系，包括：（小于），=（小于等于），（大于），=（大于等于），==（等于），！=（不等于）。若关系成立，结果为1；若关系不成立，结果为0。3.4.4位运算位运算是将两个操作数按二进制数展开，然后对应位进行逻辑运算。位运算操作符包括：&（按位与），|（按位或），＾（按位异或），～（按位取反），（位左移），（位右移）。位运算的操作对象只能是整型和字符型数据。这些位运算和汇编语言中的位操作指令十分类似。1.左移运算符（）该运算符用来将一个数的各二进制位全部左移若干位，左高位溢出，右低位补0。例如：b=a2；a