第3章 單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì)

3單片機(jī)的C語言程序設(shè)計(jì)教學(xué)目的熟悉C51的程序結(jié)構(gòu)掌握C51的數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及函數(shù)等概念了解C51與標(biāo)準(zhǔn)C的不同之處熟悉C51的開發(fā)工具KeilC512本章內(nèi)容C51的程序結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型C51實(shí)例分析及混合編程KeilC51簡(jiǎn)介3３.1Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)與匯編語言相比，C51在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性及可移植性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。C51程序結(jié)構(gòu)與一般C語言沒有差別。C51的特點(diǎn)：

1．C51在吸取了匯編語言精華的基礎(chǔ)上又有所改進(jìn)

2．C51繼承和發(fā)揚(yáng)了高級(jí)語言的長(zhǎng)處

3．C51的可移植性好

4．生成的代碼質(zhì)量高，在代碼效率方面可以和匯編語言相媲美

Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)3.1Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)

5C51程序的結(jié)構(gòu)一個(gè)C51程序大體上是一個(gè)函數(shù)定義的集合，在這個(gè)集合中僅有一個(gè)名為main的函數(shù)（主函數(shù)）。

函數(shù)定義由類型、函數(shù)名、參數(shù)表和函數(shù)體四部分組成。函數(shù)的一般格式如下：

類型函數(shù)名（參數(shù)表）

參數(shù)說明；

{

數(shù)據(jù)說明部分；

執(zhí)行語句部分；

}Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)3.1Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)

6編寫C51 程序時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.一個(gè)C51程序總是從main函數(shù)開始執(zhí)行的，而不論main函數(shù)在整個(gè)程序中的位置如何。2．C語言程序的書寫格式十分自由。一條語句可以寫成一行，也可以寫成幾行，還可以在一行內(nèi)寫多條語句。但每條語句都必須以分號(hào)“；”作為結(jié)束符。3．C語言對(duì)大小字母敏感，C語言編譯器編譯程序時(shí)對(duì)同一個(gè)字母的大小寫作為不同的變量來處理。4．可以用/*……*/對(duì)C程序中的任何部分作注釋。程序加上必要的注釋，可增加程序的可讀性。Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)3.1Ｃ51的程序結(jié)構(gòu)

7３.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式數(shù)據(jù)類型常量和變量C51的存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式特殊功能寄存器、并行接口及位變量的定義數(shù)據(jù)類型

可分為基本數(shù)據(jù)類型和構(gòu)造數(shù)據(jù)類型。構(gòu)造數(shù)據(jù)類型由基本數(shù)據(jù)類型構(gòu)造而成。C51的數(shù)據(jù)類型分類如下所示：

數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

9C51編譯器能識(shí)別的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型長(zhǎng)度大小unsignedchar1B0～255char1B-128～+127unsignedint2B0～65535int2B-32768～+32767unsignedlong4B0～4294967295long4B-2147483648～+2147483647float4B1.175494E-38～3.402823E+38*1B～3B對(duì)象的地址bit位0或1sfr1B0～255sfr162B0～65535sbit位0或110常量和變量

C語言中的數(shù)據(jù)有常量、變量之分。

常量——在程序運(yùn)行的過程中，其值不能改變的量稱為常量。C語言支持4種常量：整數(shù)常量、浮點(diǎn)數(shù)常量、枚舉量常量、字符常量。

變量——在程序執(zhí)行過程中，其值能不斷變化的量。使用一個(gè)變量之前必須進(jìn)行定義，用一個(gè)標(biāo)識(shí)符作為變量名并指出它的數(shù)據(jù)類型和存儲(chǔ)類型，以便編譯系統(tǒng)為它分配相應(yīng)的存儲(chǔ)單元。

數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

11

存儲(chǔ)種類是指變量在程序執(zhí)行過程中的作用范圍。變量的存儲(chǔ)種類有四種，分別為：自動(dòng)（auto）外部（extern）靜態(tài)（static）寄存器（register）C51中變量定義的格式如下：

[存儲(chǔ)種類]數(shù)據(jù)類型[存儲(chǔ)器類型]變量名表其中，存儲(chǔ)種類和存儲(chǔ)器類型是可選項(xiàng)。例如：staticchardatavar;12C51的存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式51系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器采用哈佛結(jié)構(gòu)。即其程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。以AT89C52為例，其具體結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。

數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

13

AT89C52單片機(jī)在物理上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：1．片內(nèi)程序存儲(chǔ)器空間8KB2．片外程序存儲(chǔ)器空間64KB3．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間256B4．片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間64KBAT89C52單片機(jī)在邏輯上有三個(gè)存儲(chǔ)空間：1．片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器空間64KB2．片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間256B3．片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間64KB數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

14C51的存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

C51在定義變量、常量時(shí)，將通過不同的存儲(chǔ)類型將它們定位在不同的存儲(chǔ)區(qū)中。存儲(chǔ)類型與AT89C52單片機(jī)實(shí)際存儲(chǔ)空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所列。數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

15存儲(chǔ)器類型描述data直接尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低128B，訪問速度最快bdata可位尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（地址20H～2FH共16B）允許位和字節(jié)混合訪問idata間接尋址片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B。允許訪問片內(nèi)全部地址pdata分頁尋址片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B，使用指令MOVX@Rn訪問，需要2個(gè)指令周期xdata尋址片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器64KB，使用指令MOVX@DPTR訪問code尋址程序存儲(chǔ)器區(qū)64KB，使用指令MOVC@A+DPTR訪問16存儲(chǔ)模式

C51編譯器允許采用三種存儲(chǔ)模式：小編譯模式SMALL、緊湊編譯模式COMPACT、大編譯模式LARGE。

一個(gè)變量的存儲(chǔ)器模式確定了未聲明存儲(chǔ)器類型的變量在內(nèi)存中的地址空間。在SMALL模式下，該變量在80C51單片機(jī)的內(nèi)部RAM中；在COMPACT和LARGE模式下，該變量在80C51單片機(jī)的外部RAM中。

建議在編寫源程序時(shí)，把存儲(chǔ)模式設(shè)定為SMALL，再在程序中把xdata、pdata和idata等類型變量進(jìn)行專門聲明。17特殊功能寄存器的定義

AT89C52單片機(jī)中除了程序計(jì)數(shù)器PC和4組通用寄存器組（R0R7）之外，其他所有寄存器均稱為特殊功能寄存器（SFR）,它們分散在片內(nèi)RAM區(qū)的高128B中，它們只能采用直接尋址方式訪問。

為了能直接訪問這些SFR，C51擴(kuò)充了類型說明符sfr、sfr16、sbit。利用它們可在C語言源程序中直接對(duì)AT89C52單片機(jī)的特殊功能寄存器進(jìn)行定義。

定義方法如下：

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：sfrP0=0x80;sfr16DPTR=0x82;//即DPTR低8位地址為0x82，高8位為0x83

數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

18并行接口的定義

AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有4個(gè)8位并行口，即SFR中的P0-P3。這些內(nèi)部并行口既可進(jìn)行字節(jié)尋址，也可進(jìn)行位尋址。

除了內(nèi)部4個(gè)并行口之外，AT89C52單片機(jī)還可以在片外擴(kuò)展硬件I/O口，這些I/O口大多只能進(jìn)行字節(jié)尋址。

AT89C52單片機(jī)沒有專用的I/O指令，它的口地址是和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址的。即把一個(gè)口看作是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的一個(gè)單元。程序采用訪問數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指令來訪問I/O口。數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

19位變量的定義

1.定義位變量的語法如下：

bitcheck_bit；/*將變量check_bit定義為位變量*/2.函數(shù)可包含類型為bit的參數(shù)，也可將其作為返回值。3.可位尋址對(duì)象的定義和訪問（分兩步）例如：bdatachartemp;//先把temp定義為char類型sbittemp3=temp^3；//再把temp3為temp的第3位數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式3.2數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)類型及存儲(chǔ)模式

203.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制C51的運(yùn)算符C51的函數(shù)C51的流程控制語句C51的運(yùn)算符1.C51的賦值運(yùn)算符和算術(shù)運(yùn)算符（+、-、*、/、%）2.C51的關(guān)系運(yùn)算符（>、<、>=、<=、==、!=)3.C51邏輯運(yùn)算符（||、&&、?。?.C51位操作運(yùn)算符（～、|、&、︿、<<

、>>

）5.自增減運(yùn)算6.復(fù)合運(yùn)算符（10種）運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

22C51的函數(shù)函數(shù)是C語言中的一種基本模塊，一個(gè)C語言程序就是由若干個(gè)模塊化的函數(shù)所構(gòu)成的。

1.函數(shù)的分類從用戶使用角度劃分，函數(shù)分為標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)和用戶自定義函數(shù)。用戶自定義函數(shù)是指用戶根據(jù)任務(wù)自己編寫的函數(shù)。從函數(shù)定義的形式上可劃分為三種形式：無參數(shù)函數(shù)、有參數(shù)函數(shù)和空函數(shù)。運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

23C51的函數(shù)

2.函數(shù)的定義無參數(shù)函數(shù)的定義

返回值類型函數(shù)名（）

{函數(shù)體語句}有參數(shù)函數(shù)的定義

返回值類型函數(shù)名（形式參數(shù)列表）

形式參數(shù)類型說明

{函數(shù)體語句}空函數(shù)的定義

返回值類型函數(shù)名（）

{}運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

24C51的函數(shù)

3.函數(shù)的參數(shù)和返回值形式參數(shù)和實(shí)際參數(shù)

形參：定義函數(shù)時(shí)，位于函數(shù)名后面圓括號(hào)中的變量名稱為“形式參數(shù)”。

實(shí)參：調(diào)用函數(shù)時(shí)，主調(diào)用函數(shù)名后面括號(hào)中的表達(dá)式稱為“實(shí)際參數(shù)”。參數(shù)的返回值

通過函數(shù)調(diào)用使主調(diào)用函數(shù)獲得一個(gè)確定的值，這就是函數(shù)的返回值。函數(shù)的返回值是通過return語句獲得的。運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

25C51的函數(shù)

4.函數(shù)的調(diào)用調(diào)用的形式為：函數(shù)名（實(shí)際參數(shù)表列）；

函數(shù)的調(diào)用方式有三種：

1.函數(shù)調(diào)用語句：即把被調(diào)用函數(shù)名作為調(diào)用函數(shù)的一個(gè)語句，如func()

2.被調(diào)用函數(shù)作為表達(dá)式的運(yùn)算對(duì)象：如x=2*func(a,b)

3.被調(diào)用函數(shù)作為另一個(gè)函數(shù)的實(shí)際參數(shù)：如x=min(a,func(a,b))；

運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

26C51的函數(shù)

5.對(duì)被調(diào)用函數(shù)的說明

在調(diào)用一個(gè)函數(shù)之前，應(yīng)對(duì)該函數(shù)的類型進(jìn)行說明，即“先說明，后調(diào)用”。被調(diào)用函數(shù)必須是已經(jīng)存在的函數(shù)（庫函數(shù)或用戶自定義函數(shù)）。6.函數(shù)變量的存儲(chǔ)方式函數(shù)變量按其有效作用范圍可劃分為局部變量和全局變量。變量按其存儲(chǔ)方式可分為四種存儲(chǔ)種類，分別是自動(dòng)變量（auto）、外部變量（extern）、靜態(tài)變量（static）和寄存器變量（register），這些存儲(chǔ)種類與變量的關(guān)系為：內(nèi)部變量可定義為自動(dòng)變量、靜態(tài)變量或寄存器變量，外部變量可定義為全局變量或靜態(tài)變量。運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

27C51的流程控制語句C語言有三種基本結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)與循環(huán)結(jié)構(gòu)。運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

順序結(jié)構(gòu)流程圖

28C51的流程控制語句運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

選擇結(jié)構(gòu)流程圖

其中選擇結(jié)構(gòu)又派生出串行多分支結(jié)構(gòu)和并行多分支結(jié)構(gòu)，29C51的流程控制語句運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

循環(huán)結(jié)構(gòu)流程圖

循環(huán)結(jié)構(gòu)又分為“while”型循環(huán)結(jié)構(gòu)和“dowhile”型循環(huán)結(jié)構(gòu)。30C51的流程控制語句1.選擇語句if

C語言提供了3種形式的if語句：

（1）if(條件表達(dá)式){語句；}

（2）if(條件表達(dá)式){語句1；}

else{語句2；}

（3）if(條件表達(dá)式1){語句1；}

elseif(條件表達(dá)式2){語句2；}

elseif(條件表達(dá)式3){語句3；}

elseif(條件表達(dá)式m){語句m；}

else{語句n；}

運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

31C51的流程控制語句2.switch/case語句

該語句形式如下：

switch(表達(dá)式)

{

case常量表達(dá)式1:{語句1；}break;case常量表達(dá)式2:{語句2；}break;

……

case常量表達(dá)式n:{語句n；}break;

default:{語句n+1；}

}運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

32C51的流程控制語句3.循環(huán)語句while語句

一般形式為：

while(條件表達(dá)式)

{

語句；/*循環(huán)體*/

}dowhile語句

一般形式如下：

do{

語句；/*循環(huán)體*/

}

while(條件表達(dá)式)；運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

33C51的流程控制語句3.循環(huán)語句

for語句

一般形式如下：

for([初值設(shè)定表達(dá)式]；[循環(huán)條件表達(dá)式]；[更新表達(dá)式])

{

語句；/*循環(huán)體*/

}運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制3.3運(yùn)算符、函數(shù)及程序流程控制

343.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型數(shù)組結(jié)構(gòu)聯(lián)合枚舉指針數(shù)組一維數(shù)組一維數(shù)組的定義方式

類型說明符數(shù)組名[整型表達(dá)式]初始化intarry[10]={1,1,1,1,2,2,2,3,4,5}二維數(shù)組二維數(shù)組的定義方式

類型說明符數(shù)組名[常量表達(dá)式][常量表達(dá)式]二維數(shù)組的初始化intarry[2][2]={1,2,3,4}C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型36結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的定義結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)是一種數(shù)據(jù)類型，通常定義結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型后再用它去定義相關(guān)變量。定義結(jié)構(gòu)類型的方法如下：

struct結(jié)構(gòu)名

{結(jié)構(gòu)成員說明}；

結(jié)構(gòu)成員說明的格式為：

類型標(biāo)識(shí)符成員名；用結(jié)構(gòu)類型去定義變量的方法有三種：先定義結(jié)構(gòu)類型再定義類型為該結(jié)構(gòu)的變量定義結(jié)構(gòu)類型的同時(shí)，定義該結(jié)構(gòu)的變量直接定義結(jié)構(gòu)類型變量結(jié)構(gòu)變量的引用

引用的方式為：結(jié)構(gòu)變量名.成員名

C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型37聯(lián)合又稱為共用體。它也是C語言中的一種構(gòu)造數(shù)據(jù)類型。在一個(gè)聯(lián)合中可以包含多個(gè)不同類型的數(shù)據(jù)元素。其定義格式為：

union聯(lián)合類型名

{

類型說明符變量名；

}；

聯(lián)合與結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于：聯(lián)合所包含的各個(gè)成員只能分時(shí)共享同一存儲(chǔ)空間。定義聯(lián)合類型變量的方法類似于定義結(jié)構(gòu)變量，同樣有三種。

引用聯(lián)合成員的一般格式為：

聯(lián)合變量名.聯(lián)合元素或：聯(lián)合變量名->聯(lián)合元素C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型38枚舉

枚舉數(shù)據(jù)類型是一個(gè)有名字的某些整數(shù)型常量的集合。這些整數(shù)型常量是該類型變量可取的所有的合法值。枚舉定義應(yīng)當(dāng)列出該類型變量的可取值。

定義枚舉類型變量的一般格式為：

enum枚舉名{枚舉值表列}變量表列；enumweekday{1,2,3,4,5,6,7}x1,x2;C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型39指針指針是C語言的一個(gè)重要概念，也是特色之一。使用指針可以有效地表示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，直接處理內(nèi)存地址，而且可以更有效地使用數(shù)組。

指針的概念變量的指針就是變量的地址

指針變量的定義

指針變量定義的一般形式如下：

類型標(biāo)示符*指針變量名指針變量的引用

通過舉例說明。應(yīng)注意的是：“*”在指針變量定義時(shí)和在指針運(yùn)算時(shí)所代表的含義是不同的。C51的指針類型C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型40指針C51的指針類型C51編譯器支持“基于存儲(chǔ)器”的指針和“一般”指針兩種類型。基于存儲(chǔ)器的指針：在編譯時(shí)一般被“行內(nèi)”編碼，無須庫調(diào)用。即指針?biāo)傅膶?duì)象所在的存儲(chǔ)空間由定義時(shí)C源代碼中的存儲(chǔ)類型決定。該指針只占用1-2個(gè)字節(jié)。一般指針：包含3個(gè)字節(jié)。其中2個(gè)字節(jié)偏移量（即指針的地址）和1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器類型。為了表示這種指針必須用長(zhǎng)整數(shù)來定義存儲(chǔ)類型。C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型41指針基于存儲(chǔ)器的指針該指針不但指出了指針本身的存儲(chǔ)類型（缺省時(shí)由編譯時(shí)的存儲(chǔ)模式?jīng)Q定），而且還明確的指出了指針?biāo)赶虻膶?duì)象變量的存儲(chǔ)類型（不能缺?。??；诖鎯?chǔ)器的指針長(zhǎng)度短，速度快，但因?yàn)樗傅膶?duì)象變量有確定的存儲(chǔ)器空間，所以這類指針缺乏兼容性。一般指針

定義指針時(shí)若未明確指明指針?biāo)笇?duì)象變量的存儲(chǔ)類型，則該指針為一般指針。定義一般指針的方法與標(biāo)準(zhǔn)C語言相同。C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型3.4C51的構(gòu)造數(shù)據(jù)類型42指針

對(duì)比一般指針和基于存儲(chǔ)器的指針，可得出以下結(jié)論：基于存儲(chǔ)器的指針長(zhǎng)度短，運(yùn)行速度快。而一般指針由于其所指對(duì)象變量的存儲(chǔ)器空間位置只有在運(yùn)行期間才能確定，編譯器在編譯期間無法優(yōu)化存儲(chǔ)方式，必須生成一般代碼以保證能對(duì)任意空間的對(duì)象進(jìn)行存取，所以一般指針?biāo)a(chǎn)生的代碼運(yùn)行速度較慢。一般指針可用于存取任何變量而不必考慮變量在AT89