單片機原理及接口技術(shù)第八章

單片機原理及接口技術(shù)華中科技大學出版社2013-21第8章單片機高級語言

KeilC51應用程序設(shè)計基礎(chǔ)單片機程序可以用匯編語言編寫，也可以用C語言編寫，二者都可以在KeilC51環(huán)境中編程、調(diào)試、開發(fā)。394KeilC51編譯器是專門為MCS-51系列單片機開發(fā)而研制的，支持符合ANSI標準的C語言程序設(shè)計，同時也針對MCS-51系列單片機的特點做了一些特殊擴展，特別適合用C語言為MCS-51系列單片機進行程序設(shè)計，所以這種語言又被稱為C51語言。

C51語言中的標識符是用來標識程序中某個對象名稱的是程序設(shè)計人員用自己定義的字符序列，來命名需要辨識的對象。

8.1.1標識符和關(guān)鍵字3958.1KeilC51程序設(shè)計的基本語法C51語言中涉及到的基本語法主要有標識符、關(guān)鍵字、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)存儲類型、運算符等。1.標識符標識符由字符串、數(shù)字和下劃線組成，且必須以字母或下劃線開頭。2.關(guān)鍵字C語言中保留了一些標識符，這些保留標識符被稱為關(guān)鍵字。程序員不能把關(guān)鍵字作為自己的標識符使用。ANSIC標準中的關(guān)鍵字有：auto、break、case、char、const、continue、default、do、double、else、enum、extern、float、for、goto、if、int、long、register、return、short、signed、sizeof、static、struct、switch、typedef、union、unsigned、void、volatile、while等共32個。MCS-51系統(tǒng)的擴展關(guān)鍵字，主要有:_at_、alien、bdata、bit、code、compact、data、idata、interrupt、large、pdata、reentrant、sbit、sfr、sfr16、small、using、xdata等。8.1.2KeilC51的數(shù)據(jù)類型及對C語言數(shù)據(jù)類型的擴展1.C語言的數(shù)據(jù)類型C語言中提供的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)類型的形式出現(xiàn)的。按表達含義可分為:常量和變量二種。按構(gòu)造形式可分為基本數(shù)據(jù)類型和復雜數(shù)據(jù)類型。C的基本數(shù)據(jù)類型有整型（int）、浮點型（float）、字符型（char）、指針型（*）。2.KeilC51對C語言數(shù)據(jù)類型的擴展bit、sbit、sfr、sfr16為擴充數(shù)據(jù)類型。表8-1C51的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型位數(shù)字節(jié)數(shù)值域unsignedchar8單字節(jié)0~255signedchar8單字節(jié)-128~127unsignedint16雙字節(jié)0~65535signedint16雙字節(jié)-32768~32767unsignedlong32四字節(jié)0~232-1signedlong32四字節(jié)-231~231-1float32四字節(jié)10-37~1038*8~241~3字節(jié)對象的地址bit1位0或1sbit1位0或1sfr8單字節(jié)0~255sfr1616雙字節(jié)0~655361）bit的用法bit可以定義一個位標量、位變量、位類型的函數(shù)和位函數(shù)參數(shù)等它的值是一個二進制位0或1，或布爾類型的True和False。例如：bitVa_max;//將Va_max定義為一個位變量bitfun1(//將fun1定義為bit類型函數(shù)bitredled,//將redled定義為bit類型函數(shù)參數(shù)bitgreenled)//將greenled定義為bit類型函數(shù)參數(shù)bit不能定義位指針，也不能定義位數(shù)組。2）sbit的用法sbit可以聲明一個可位尋址的位變量。常用來定義特殊功能寄存器中的一些特定位，對于80C51單片機，它可以定義的有效范圍為80H~F7H。它主要有以下幾種使用方法。（1）sbit位變量名=位地址；例如：sbitselectkey=0x90;//定義位地址90H為位變量selectkey（2）sbit位變量名=特殊功能寄存器名^位位置；例如：sbitselectkey=P1^0;（3）sbit位變量名=字節(jié)地址^位位置；例如：sbitselectkey=0x90^0;3）sfr的用法sfr的作用是聲明一個8位的特殊功能寄存器，sfr16的作用是聲明一個16位的特殊功能寄存器。sfr和sfr16可以實現(xiàn)對SFR的直接尋址。其使用形式分別為：sfr特殊功能寄存器名=地址常數(shù)；sfr16特殊功能寄存器名=地址常數(shù)；例如：sfrP1=0x90;//定義80C51片內(nèi)地址90H單元是特殊功能寄存器P18.1.3C語言的數(shù)據(jù)存儲類型和數(shù)據(jù)存儲類別相關(guān)的關(guān)鍵字有auto（自動變量）、static（靜態(tài)變量）、register（寄存器變量）、extern（外部變量）。按照變量的存在時間可劃分為：靜態(tài)存儲類型和動態(tài)存儲類型按照變量的有效作用范圍分為：局部變量和全局變量8.1.4KeilC51數(shù)據(jù)存儲類型對ANSIC語言數(shù)據(jù)存儲類型的擴展在C51中對變量定義的格式如下：存儲類型數(shù)據(jù)類型存儲器類型變量名;存儲類型：是變量的存儲類別，用到ANSIC中的數(shù)據(jù)存儲類別關(guān)鍵字auto、static、register、extern等4種數(shù)據(jù)存儲類型。默認為auto。數(shù)據(jù)類型：用到的關(guān)鍵字為表8-1中所列出的數(shù)據(jù)類型名。存儲器類型：是變量所存放的空間存儲器類別，包含data、bdata、idata、pdata、xdata、code等6個C51擴展關(guān)鍵字。表8-2KeilC51存儲器類型含義存儲器類型長度值域所在存儲空間data1B0~127直接尋址的片內(nèi)低128B數(shù)據(jù)存儲器bdata1B32~47可位尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器16Bidata1B0~255間接訪問的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器256Bpdata1B0~255分頁尋址的片外數(shù)據(jù)存儲器256Bxdata2B0~65535片外數(shù)據(jù)存儲器64KBcode2B0~65535程序存儲器64KBdata區(qū)是指直接尋址的片內(nèi)低128B數(shù)據(jù)存儲器，地址范圍為：00H~7FH。bdata區(qū)是可位尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，該區(qū)也允許按字節(jié)訪問，共包括20H~2FH地址單元16字節(jié)。idata區(qū)是間接訪問的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，它允許訪問片內(nèi)RAM的地址范圍為：00H~FFH。這部分地址空間和SFR地址重疊，訪問時對idata采用間接尋址，對SFR采用直接尋址。pdata區(qū)是指分頁尋址的片外數(shù)據(jù)存儲器，每頁256字節(jié)，一共256頁，共64K字節(jié)，可以覆蓋所有的片外數(shù)據(jù)存儲器。訪問時使用MOVX@Ri，A或者MOVXAi，@R指令來指定片外數(shù)據(jù)存儲器的低8位，用P2口指定高8位。xdata區(qū)是指片外數(shù)據(jù)存儲器XRAM，共64K字節(jié)。使用MOVX@DPTR，A或者MOVXA，@DPTR指令對xdata區(qū)的數(shù)據(jù)訪問。code區(qū)是指程序存儲器，共64K字節(jié)。用來存儲程序段代碼。它是只讀存儲器（ROM），讀出時只能用MOVCA，@A+DPTR指令2.KeilC51編譯器在不同編譯模式下的存儲器類型的選擇編譯模式存儲器類型smalldatacompactpdatalargelarge表8-3KeilC51編譯器在不同編譯模式下的存儲器類型默認存儲器模式的定義形式為：#pragma存儲器模式例：#pragmasmall//默認存儲器模式設(shè)置為small，默認存儲器類型為data在定義變量時如果省略了存儲類型，則按默認項auto處理。按編譯時使用的默認存儲器模式small、compact或large的來自動確定默認存儲器類型，以確定變量的存儲空間。small：變量及參數(shù)放入單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，默認存儲器類型為data區(qū)，其長度為128字節(jié)。該區(qū)使用直接尋址compact：變量及參數(shù)放入分頁尋址的片外數(shù)據(jù)存儲器中，默認存儲器類型為pdata區(qū)。large：變量及參數(shù)放入片外數(shù)據(jù)存儲器，默認存儲器類型為xdata區(qū)。8.1.5KeilC51運算符1.賦值運算符賦值運算符標記為“=”，它的作用的將一個數(shù)據(jù)賦給變量，具有右結(jié)合性。其一般形式為：變量=表達式2.基本算術(shù)運算符“+”（加法）、“－”（減法）、“*”（乘法）、“/”（除法）、“%”（求余）等共五種，可以用于兩個量參與的運算，都具有左結(jié)合性。3.自增自減運算符標記為“++”和“－－”，屬于算術(shù)運算符，具有右結(jié)合性。++i的意思為變量i自增1后再參與運算;－－i的意思為變量i自減1后再參與運算;i++的意思為變量i先參與運算后，再自增1;i－－的意思為變量i先參與運算后，再自減1。4.強制類型轉(zhuǎn)換運算符一般形式為：（類型說明符）（表達式）;作用是把表達式的結(jié)果強制轉(zhuǎn)換成類型說明符表示的類型。5.關(guān)系運算符有：>、<、>=、<=、==、!=共6種，都是雙目運算符，具有左結(jié)合性。關(guān)系運算符用于比較兩個量的運算關(guān)系，進行比較運算，將兩個量的值進行比較，判斷比較的結(jié)果是否符合給定的條件，條件滿足時結(jié)果為1，不滿足時結(jié)果為0，只有1和0兩種結(jié)果。6.邏輯運算符&&和||是雙目運算符，具有左結(jié)合性；！是單目運算符，具有右結(jié)合性。作用是判斷結(jié)果是否符合給定的條件，條件滿足時結(jié)果為1，不滿足時結(jié)果為0，只有1和0兩種結(jié)果。4137.位運算符C51程序中位控制類指令應用比較多。位操作的對象只能是整型和字符型數(shù)據(jù)，不能是實型數(shù)據(jù)。位運算符的作用是按位對變量進行運算，并不改變參與運算的變量的值。C51中的位運算符有：&（按位與）、|（按位或）、^（按位異或）、~（按位取反）、<<（左移）、>>（右移）。除~是單目運算符，且具有右結(jié)合性外，其余全為雙目運算符，并且具有左結(jié)合性。位運算符的優(yōu)先級從高到低依次為：~→<<→>>→&→^→|。8.逗號運算符“，”是一個特殊的運算符，又稱順序求值運算符，具有左結(jié)合性。用“，”運算符連接起來的兩個或多個表達式，稱為逗號表達式。9.條件運算符一般形式為：邏輯表達式？表達式1：表達式2作用是先計算邏輯表達式，當值為非0時，將表達式1的值作為整個條件表達式的值；當值為0時將表達式2的值作為整個條件表達式的值。10.指針和地址運算符指針運算符是：*（取內(nèi)容）、&（取地址）2個，單目運算符。其含義為：變量=*指針變量;指針變量=&目標變量;即&a為變量a的地址，*p為指針變量p所指向的變量。變量在使用前必須定義以規(guī)定其類型，指針定義的一般形式是：類型標識符*標識符;例如：char*px;//定義字符型指針變量pxC51中一般指針的定義形式為：類型標識符*存儲器類型標識符;基于存儲器指針的定義形式為：類型標識符存儲器類型1*存儲器類型2標識符;例如：char*xdatavarp1;//定義位于xdata區(qū)的char型一般指針varp1chardata*xdatavarp2;//定義指向data區(qū)的char型數(shù)據(jù)的指針，指針本身在xdata區(qū)的基于存儲器的指針varp2在一般指針定義時，存儲器類型為可選項，定義基于存儲器的指針時存儲器類型2為可選項，兩者缺省時由默認的編譯模式確定。8.2KeilC51程序的基本語句C51的基本語句可劃分為表達式語句、條件類語句、循環(huán)類語句、其它控制語句等幾種。8.2.1表達式語句C51程序是由表達式語句構(gòu)成的，在一個表達式后面加上“;”就構(gòu)成了一個表達式語句。單獨的“;”也是一條語句，稱為空語句（相當于匯編語言的NOP）。任何一條語句末尾必須加“;”，并以其結(jié)束。8.2.2條件類語句1.形式1if（表達式）語句;其含義為，若表達式的值為非0（即真），則執(zhí)行緊跟在其后面的語句，否則跳過該語句執(zhí)行下一條語句。2.形式2if（表達式）語句1;else語句2;其含義為，如果表達式的值為非0，則執(zhí)行語句1，執(zhí)行完語句1后繼續(xù)執(zhí)行語句2后面的下一條語句（不執(zhí)行語句2）；如果表達式的值為0，則跳過語句1，執(zhí)行語句2。C51中有以下4種形式。3.形式3if（表達式1）語句1;elseif（表達式2）語句2;……elseif（表達式n）語句n;else語句n+1;這種結(jié)構(gòu)從上到下逐個對條件進行判斷，一旦發(fā)現(xiàn)條件滿足就執(zhí)行相對應的語句，并跳過本結(jié)構(gòu)中其它剩余部分，如果沒有一個條件滿足，則執(zhí)行最后一個else對應的語句。switch（表達式）{case常量表達式1：語句1;case常量表達式2：語句2;……case常量表達式n：語句n;default：語句n+1;}其含義為：將switch后面表達式的值與每個case后面的常量表達式的值逐個進行比較，若與其中一個相等，則執(zhí)行該常量表達式后面的語句，若沒有相等的值，則執(zhí)行default后面的語句。4.switch語句switch語句是多分支選擇語句，可以直接處理多個分支。8.2.3循環(huán)類語句C51中的循環(huán)類語句有while語句、dowhile語句、for語句和goto語句4種。1.形式1while（條件表達式）語句;含義為條件表達式值為非0時，執(zhí)行其后面的語句，否則路過該語句，即跳出循環(huán)圈執(zhí)行下一條語句。2.形式2do語句while（條件表達式）;含義為先執(zhí)行do后面的語句，然后判斷條件表達式的值是否為0，其值為非0時，返回重新執(zhí)行do后面的語句，否則跳過該語句，即跳出循環(huán)圈執(zhí)行下一條語句。3.形式3for（表達式1;表達式2;表達式3）語句;或for（循環(huán)變量賦初值;循環(huán)條件;循環(huán)變量增值）語句;實際使用該語句時，常按“for（循環(huán)變量賦初值表達式;循環(huán)條件表達式;循環(huán)變量增值表達式）語句;”的形式使用。“（）”內(nèi)的3部分之間一定要用“;”分開，且“;”不能省略，而“（）”內(nèi)的3項是選擇項，可以根據(jù)實際使用情況省略。例如省略了“表達式1”，只表示不對循環(huán)變量賦初值，但語法上沒有錯誤。4.goto語句Goto語句標號：該語句是是一個無條件轉(zhuǎn)移語句，C51中g(shù)oto語句一般只被用來跳出多重循環(huán)。8.2.4其它語句1.continue語句continue;2.break語句break;3.return語句1）return（表達式）;或者2）return;如果return語句帶有表達式，則計算表達式的值并作為函數(shù)返回值。return語句若沒有帶表達式，則被調(diào)用函數(shù)返回主調(diào)函數(shù)時，函數(shù)值不確定。一個被調(diào)用函數(shù)也可以不用return語句，這時當程序執(zhí)行到“}”處時，自動返回主調(diào)函數(shù)。8.3KeilC51的函數(shù)KeilC51程序的基本結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)化程序結(jié)構(gòu)和模塊化程序結(jié)構(gòu)。KeilC51程序結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強，調(diào)試方便，移植性好，編制程序的效率和編寫的程序質(zhì)量都很高，這都依賴于C51語言由函數(shù)組成，其內(nèi)部帶有功能強大的庫函數(shù)。C51語言允許用戶自己定義函數(shù)，用戶可以用自己的算法編寫函數(shù)，然后調(diào)用這些函數(shù)。一個C51語言程序中只能有一個主函數(shù)，不管主函數(shù)放在程序的哪個位置，程序總是從主函數(shù)開始執(zhí)行。主函數(shù)可以調(diào)用其它函數(shù)，其它函數(shù)之間也可以相互調(diào)用，但任何函數(shù)都不能調(diào)用主函數(shù)。函數(shù)以“{”開始，以“}”結(jié)束，這兩者間的內(nèi)容稱為函數(shù)體。8.3.1函數(shù)的定義1.無參函數(shù)的定義形式類型標識符函數(shù)名（）{函數(shù)體語句}“類型標識符”是指函數(shù)返回值的類型，一般無參函數(shù)被調(diào)用時無參數(shù)輸入，也沒有函數(shù)返回值，因此可以不寫類型標識符?！埃ǎ北硎具@是一個無參函數(shù)，此圓括號不能省略。2.有參函數(shù)的定義形式類型標識符函數(shù)名（形式參數(shù)表列）{函數(shù)體語句}有參函數(shù)可以沒有函數(shù)返回值，此時類型標識符用“void”表示?！靶问絽?shù)表列”（簡稱形參）中列出的是在主調(diào)用函數(shù)與被調(diào)用函數(shù)之間傳遞數(shù)據(jù)的形式參數(shù)定義。有參函數(shù)被調(diào)用時，要提供實際的輸入?yún)?shù)，并且說明與實際參數(shù)一一對應的形式參數(shù)，在函數(shù)被調(diào)用結(jié)束時返回結(jié)果供調(diào)用它的函數(shù)使用。3.空函數(shù)的定義形式類型標識符函數(shù)名（）{}一般來說，空函數(shù)的目的是為了以后程序功能的擴充。8.3.2函數(shù)的調(diào)用1.函數(shù)調(diào)用的一般形式為：函數(shù)名（實際參數(shù)表列）;“函數(shù)名”指被調(diào)用的函數(shù)?！皩嶋H參數(shù)表列”（簡稱實參）是指主調(diào)用函數(shù)傳遞給被調(diào)用函數(shù)的實際參數(shù)，其數(shù)量、類型、順序必須與函數(shù)定義時的形式參數(shù)一致，以便于將實際參數(shù)的值正確地傳遞給形式參數(shù)。實際參數(shù)表列中可以包含多個實際參數(shù)，各個參數(shù)之間用逗號隔開。如果調(diào)用的是無參函數(shù)，沒有形式參數(shù)，可以沒有實際參數(shù)，但函數(shù)名后的“（）”仍不能省略。2.函數(shù)調(diào)用的方式C51常用的有3種函數(shù)調(diào)用方式。1）函數(shù)語句在主調(diào)用函數(shù)中，把函數(shù)作為一條語句，形式為：函數(shù)名（）;例如：MotorRun();2）函數(shù)表達式函數(shù)出現(xiàn)在一個表達式中，這時主函數(shù)要求被調(diào)用函數(shù)帶回一個確定的值以參加表達式的運算。例如：c=2*max(a,b);函數(shù)max是表達式的一部分，它的返回值與2相乘后把積賦給c。3）函數(shù)參數(shù)函數(shù)調(diào)用作為一個函數(shù)的實參，即在主調(diào)函數(shù)中將函數(shù)調(diào)用作為另一個調(diào)用函數(shù)的實際參數(shù)。這種在調(diào)用一個函數(shù)的過程中又調(diào)用另外一個函數(shù)的方式，叫做嵌套函數(shù)調(diào)用。8.3.4KeilC51編譯器對ANSIC函數(shù)的擴展1.函數(shù)定義的擴展C51中函數(shù)定義的一般形式為：類型標識符函數(shù)名（形式參數(shù)表列）編譯模式reentrantinterruptnusingm{函數(shù)體語句}其中編譯模式、reentrant、interruptn、usingm選項為C51對ANSIC的擴展。編譯模式標識符為small、compact、large三者之一，用于指定函數(shù)內(nèi)變量和參數(shù)的存儲器空間。該項為可選項，缺省時按文件開頭指定的默認編譯模式處理。reentrant用于定義再入函數(shù)，一般在中斷函數(shù)和非中斷函數(shù)共用一個函數(shù)時將該函數(shù)定義為再入函數(shù)。interruptn用于定義中斷函數(shù)，其中n為中斷號，其取值范圍為0~31，取決于單片機芯片型號，例如80C51的n可在0~4之間選取。usingm用于確定該函數(shù)的工作寄存器組，即確定該函數(shù)所使用的工作寄存器R0~R7的實際地址。該項為可選項，缺省時該函數(shù)所使用的工作寄存器組與主調(diào)函數(shù)相同。其取值范圍為0~3，共4組，每組8個工作寄存器。合理選擇函數(shù)的工作寄存器，可便于參數(shù)傳遞或者避免參數(shù)地址沖突引起的程序錯誤。2.C51的中斷函數(shù)一般使用形式為：類型標識符函數(shù)名（形式參數(shù)表列）編譯模式interruptnusingm{函數(shù)體語句}例如：voidINT1_KEY()interrupt1using3{函數(shù)體語句}3.C51的庫函數(shù)C51在ANSIC函數(shù)的基礎(chǔ)上擴展了若干適合其使用的庫函數(shù)，這些函數(shù)都具有特定的功能，用戶可以根據(jù)自己的需要通過頭文件把它包含進來，以便于程序的編制和調(diào)試。C51編譯器提供的庫函數(shù)主要包括以下幾種：絕對地址訪問庫函數(shù)absacc.h、字符庫函數(shù)ctype.h、內(nèi)部庫函數(shù)intrins.h、數(shù)學庫函數(shù)math.h、SFR訪問庫函數(shù)reg51.h、標準庫函數(shù)stdlib.h、輸入輸出庫函數(shù)stdio.h、字符串庫函數(shù)string.h等。8.4KeilC51的編譯預處理C51預處理功能是指編譯系統(tǒng)在程序掃描前對特殊命令進行的預處理工作。C51程序中的宏定義、文件包含等都放在函數(shù)外，位于源文件的前面，我們稱其為預處理部分。這些命令稱為預處理命令，預處理命令均以“#”開頭。8.4.1宏定義1.無參數(shù)的宏定義無參數(shù)的宏定義的一般形式為：#define標識符字符串例如：#definePORTA0x7CFF//定義某外圍器件端口A的地址為7CFFH2.有參數(shù)的宏定義和宏調(diào)用宏定義的一般形式為：#define宏名（形式參數(shù)表）字符串宏調(diào)用的一般形式為：宏名（實際參數(shù)表）;1）宏定義時，宏名與帶參數(shù)的括號之間不應加空格，否則將空格以后的字符都作為替代字符串，此時原本要用作參數(shù)的參數(shù)表也變成了字符串的一部分，把有參數(shù)的宏變成了無參數(shù)的宏。2）要區(qū)分有參數(shù)的宏與函數(shù)的區(qū)別，兩者在本質(zhì)上是不同的。使用有參數(shù)的宏時應注意:8.4.2文件包含文件包含是指處理一個源文件時，可以將另外一個源文件包含進來，也就是把另外一個文件包含到本文件中。文件包含的一般形式為：#include"文件名"或#include<文件名>8.4.3條件編譯一般來說，源程序中的所有行都應該參加編譯，但如果只希望其中一部分內(nèi)容參加編譯，可使用ifdef、ifndef、if、else、endif等關(guān)鍵詞進行條件編譯。例如：#include“reg51.h”或者#include"reg52.h"因為reg51.h文件中用特殊寄存器名定義了80C51中所有SFR寄存器的絕對地址，所以編程訪問SFR寄存器時，就可以直接使用寄存器名作為其實際地址使用。8.5KeilC51編譯器的絕對地址訪問C51編譯器提供的絕對地址訪問方式主要有利用基于存儲器的指針變量訪問、利用擴展關(guān)鍵字_at_訪問、使用預定義宏指定變量的絕對地址和連接定位控制命令等。8.5.1基于存儲器的指針變量訪問絕對地址先定義一個基于存儲器的指針變量，然后對該變量賦以存儲器絕對地址值，就可以實現(xiàn)對