【技术教程】单片机C语言程序设计.ppt
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1、第四章 单片机C语言程序设计第四章 单片机C语言程序设计4.1 C语言与MCS-51单片机4.1.1 C语言的特点及程序结构一C语言的特点1语言简洁、紧凑,使用方便、灵活。2运算符丰富。3数据结构丰富。具有现代化语言的各种数据结构。4可进行结构化程序设计。5可以直接对计算机硬件进行操作。6生成的目标代码质量高,程序执行效率高。7可移植性好。第四章 单片机C语言程序设计二C语言的程序结构 C语言程序采用函数结构,每个C语言程序由一个或多个函数组成,在这些函数中至少应包含一个主函数main(),也可以包含一个main()函数和假设干个其它的功能函数。不管main()函数放于何处,程序总是从main
2、()函数开始执行,执行到main()函数结束那么结束。在main()函数中调用其它函数,其它函数也可以相互调用,但main()函数只能调用其它的功能函数,而不能被其它的函数所调用。功能函数可以是C语言编译器提供的库函数,也可以是由用户定义的自定义函数。在编制C程序时,程序的开始局部一般是预处理命令、函数说明和变量定义等。C语言程序结构一般如下:预处理命令 include函数说明 long fun1();float fun2();int x,y;float z;第四章 单片机C语言程序设计功能函数主函数功能函数功能函数1 fun1()函数体 主函数 main()主函数体 功能函数2 fun2()
3、函数体第四章 单片机C语言程序设计 其中,函数往往由“函数定义和“函数体两个局部组成。函数定义局部包括有函数类型、函数名、形式参数说明等,函数名后面必须跟一个圆括号,形式参数在内定义。函数体由一对花括号“组成,在“的内容就是函数体。如果一个函数内有多个花括号,那么最外层的一对“为函数体的内容。函数体内包含假设干语句,一般由两局部组成:声明语句和执行语句。声明语句用于对函数中用到的变量进行定义。也可能对函数体中调用的函数进行声明。执行语句由假设干语句组成,用来完成一定功能。当然也有的函数体仅有一对“,其中内部既没有声明语句,也没有执行语句。这种函数称为空函数。C语言程序在书写时格式十分自由,一条
4、语句可以写成一行,也可以写成几行;还可以一行内写多条语句;但每条语句后面必须以分号“;作为结束符。C语言程序对大小写字母比较敏感,在程序中,同一个字母的大小写系统是作不同的处理。在程序中可以用“/*/或“/对C程序中的任何局部作注释,以增加程序的可读性。C语言本身没有输入输出语句。输入和输出是通过输入输出函数scanf()和printf()来实现的。输入输出函数是通过标准库函数形式提供给用户。第四章 单片机C语言程序设计4.1.2 C语言与MCS-51单片机 用C语言编写MCS-51单片机程序与用汇编语言编写MCS51单片机程序不一样,用汇编语言编写MCS51单片机程序必须要考虑其存储器结构,
5、尤其必须考虑其片内数据存储器与特殊功能存放器的使用以及按实际地址处理端口数据。用C语言编写的MCS51单片机应用程序,那么不用像汇编语言那样须具体组织、分配存储器资源和处理端口数据,但在C语言编程中,对数据类型与变量的定义,必须要与单片机的存储结构相关联,否那么编译器不能正确地映射定位。用C语言编写单片机应用程序与标准的C语言程序也有相应的区别:C语言编写单片机应用程序时,需根据单片机存储结构及内部资源定义相应的数据类型和变量,而标准的C语言程序不需要考虑这些问题;C51包含的数据类型、变量存储模式、输入输出处理、函数等方面与标准的C语言有一定的区别。其它的语法规那么、程序结构及程序设计方法等
6、与标准的C语言程序设计相同。现在支持MCS-51系列单片机的C语言编译器有很多种,如American Automation、Avocet、BSO/TASKING、DUNFIELD SHAREWARE、KEIL/Franklin等。各种编译器的根本情况相同,但具体处理时有一定的区别,其中KEIL/Franklin以它的代码紧凑和使用方便等特点优于其它编译器,现在使用特别广泛。本书以KEIL/Franklin编译器介绍MCS-51单片机C语言程序设计。第四章 单片机C语言程序设计4.1.3 C51程序结构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
7、序在以下几个方面不一样:1C51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;2C51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;3C51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;4C51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;5C51与标准C在函数使用方面也有一定的区别,C5
8、1中有专门的中断函数。第四章 单片机C语言程序设计4.2 C51的数据类型 C51的数据类型分为根本数据类型和组合数据类型,情况与标准C中的数据类型根本相同,但其中char型与short型相同,float型与double型相同,另外,C51中还有专门针对于MCS-51单片机的特殊功能存放器型和位类型。一字符型char 有signed char和unsigned char之分,默认为signed char。它们的长度均为一个字节,用于存放一个单字节的数据。对于signed char,它用于定义带符号字节数据,其字节的最高位为符号位,“0表示正数,“1表示负数,补码表示,所能表示的数值范围是-12
9、8+127;对于unsigned char,它用于定义无符号字节数据或字符,可以存放一个字节的无符号数,其取值范围为0255。unsigned char可以用来存放无符号数,也可以存放西文字符,一个西文字符占一个字节,在计算机内部用ASCII码存放。二int整型 分singed int和unsigned int。默认为signed int。它们的长度均为两个字节,用于存放一个双字节数据。对于signed int,用于存放两字节带符号数,补码表示,数的范畴为-32768+32767。对于unsigned int,用于存放两字节无符号数,数的范围为065535。第四章 单片机C语言程序设计三lon
10、g长整型 分singed long和unsigned long。默认为signed long。它们的长度均为四个字节,用于存放一个四字节数据。对于signed long,用于存放四字节带符号数,补码表示,数的范畴为-2147483648+2147483647。对于unsigned long,用于存放四字节无符号数,数的范围为04294967295。四float浮点型 float型数据的长度为四个字节,格式符合IEEE-754标准的单精度浮点型数据,包含指数和尾数两局部,最高位为符号位,“1表示负数,“0表示正数,其次的8位为阶码,最后的23位为尾数的有效数位,由于尾数的整数局部隐含为“1,所以
11、尾数的精度为24位。五*指针型 指针型本身就是一个变量,在这个变量中存放的指向另一个数据的地址。这个指针变量要占用一定的内存单元,对不同的处理器其长度不一样,在C51中它的长度一般为13个字节。第四章 单片机C语言程序设计六特殊功能存放器型 这是C51扩充的数据类型,用于访问MCS-51单片机中的特殊功能存放器数据,它分sfr和sfr16两种类型,其中sfr为字节型特殊功能存放器类型,占一个内存单元,利用它可以访问MCS-51内部的所有特殊功能存放器;sfr16为双字节型特殊功能存放器类型,占用两个字节单元,利用它可以访问MCS-51内部的所有两个字节的特殊功能存放器。在C51中对特殊功能存放
12、器的访问必须先用sfr或sfr16进行声明。七位类型 这也是C51中扩充的数据类型,用于访问MCS-51单片机中的可寻址的位单元。在C51中,支持两种位类型:bit型和sbit型。它们在内存中都只占一个二进制位,其值可以是“1或“0。其中用bit定义的位变量在C51编译器编译时,在不同的时候位地址是可以变化的,而用sbit定义的位变量必须与MCS-51单片机的一个可以寻址位单元或可位寻址的字节单元中的某一位联系在一起,在C51编译器编译时,其对应的位地址是不可变化的。第四章 单片机C语言程序设计基本数据类型长度取值范围unsigned char1字节0255signed char1字节-128
13、+127unsigned int2字节065535signed int2字节-32768+32767unsigned long4字节04294967295signed long4字节-2147483648+2147483647float4字节1.175494E-383.402823E+38bit1位0或1Sbit1位0或1sfr1字节0255sfr162字节065535第四章 单片机C语言程序设计在C51语言程序中,有可能会出现在运算中数据类型不一致的情况。C51允许任何标准数据类型的隐式转换,隐式转换的优先级顺序如下:bitcharintlongfloatsignedunsigned也就是说
14、,当char型与int型进行运算时,先自动对char型扩展为int型,然后与int型进行运算,运算结果为int型。C51除了支持隐式类型转换外,还可以通过强制类型转换符“对数据类型进行人为的强制转换。C5l编译器除了能支持以上这些根本数据类型之外,还能支持一些复杂的组合型数据类型,如数组类型、指针类型、结构类型、联合类型等这些复杂的数据类型,在本书的后面将相继介绍。第四章 单片机C语言程序设计4.3 51的运算量4.3.1 常量常量是指在程序执行过程中其值不能改变的量。在C51中支持整型常量、浮点型常量、字符型常量和字符串型常量。一整型常量 整型常量也就是整型常数,根据其值范围在计算机中分配不
15、同的字节数来存放。在C51中它可以表示成以下几种形式:十进制整数。如234、-56、0等。十六进制整数。以0 x开头表示,如0 x12表示十六进制数12H。长整数。在C51中当一个整数的值到达长整型的范围,那么该数按长整型存放,在存储器中占四个字节,另外,如一个整数后面加一个字母L,这个数在存储器中也按长整型存放。如123L在存储器中占四个字节。第四章 单片机C语言程序设计二浮点型常量 浮点型常量也就是实型常数。有十进制表示形式和指数表示形式。十进制表示形式又称定点表示形式,由数字和小数点组成。如 0.123、34.645等都是十进制数表示形式的浮点型常量。指数表示形式为:数字.数字 e 数字
16、 例如:123.456e-3、-3.123e2等都是指数形式的浮点型常量。三字符型常量 字符型常量是用单引号引起的字符,如a、1、F等。可以是可显示的ASCII字符,也可以是不可显示的控制字符。对不可显示的控制字符须在前面加上反斜杠“组成转义字符。利用它可以完成一些特殊功能和输出时的格式控制。常用的转义字符如表4-2所示。第四章 单片机C语言程序设计转义字符含 义ASCII码(十六进制数)o空字符(null)00H n换行符(LF)0AH r回车符(CR)0DH t水平制表符(HT)09H b退格符(BS)08H f换页符(FF)0CH 单引号27H”双引号22H 反斜杠5CH四字符串型常量
17、字符串型常量由双引号“括起的字符组成。如“D、“1234、“ABCD等。注意字符串常量与字符常量是不一样,一个字符常量在计算机内只用一个字节存放,而一个字符串常量在内存中存放时不仅双引号内的字符一个占一个字节,而且系统会自动的在后面加一个转义字符“o作为字符串结束符。因此不要将字符常量和字符串常量混淆,如字符常量A和字符串常量“A是不一样的。第四章 单片机C语言程序设计4.3.2 变量 变量是在程序运行过程中其值可以改变的量。一个变量由两局部组成:变量名和变量值。在C51中,变量在使用前必须对变量进行定义,指出变量的数据类型和存储模式。以便编译系统为它分配相应的存储单元。定义的格式如下:存储种
18、类 数据类型说明符 存储器类型 变量名1=初值,变量名2初值;一数据类型说明符 在定义变量时,必须通过数据类型说明符指明变量的数据类型,指明变量在存储器中占用的字节数。可以是根本数据类型说明符,也可以是组合数据类型说明符,还可以是用typedef定义的类型别名。在C51中,为了增加程序的可读性,允许用户为系统固有的数据类型说明符用typedef起别名,格式如下:typedef c51固有的数据类型说明符 别名;定义别名后,就可以用别名代替数据类型说明符对变量进行定义。别名可以用大写,也可以用小写,为了区别一般用大写字母表示。第四章 单片机C语言程序设计【例4-1】typedef的使用。type
19、def unsigned int WORD;typedef unsigned char BYTE;BYTE a1=0 x12;WORD a2=0 x1234;二变量名 变量名是C51区分不同变量,为不同变量取的名称。在C51中规定变量名可以由字母、数字和下划线三种字符组成,且第一个字母必须为字母或下划线。变量名有两种:普通变量名和指针变量名。它们的区别是指针变量名前面要带“*号。三存储种类存储种类是指变量在程序执行过程中的作用范围。C51变量的存储种类有四种,分别是自动(auto)、外部(extern)、静态(static)和存放器(register)。1auto:使用auto定义的变量称为自
20、动变量,其作用范围在定义它的函数体或复合语句内部,当定义它的函数体或复合语句执行时,C51才为该变量分配内存空间,结束时占用的内存空间释放。自动变量一般分配在内存的堆栈空间中。定义变量时,如果省略存储种类,那么该变量默认为自动(auto)变量。第四章 单片机C语言程序设计2extern:使用extern定义的变量称为外部变量。在一个函数体内,要使用一个已在该函数体外或别的程序中定义过的外部变量时,该变量在该函数体内要用extern说明。外部变量被定义后分配固定的内存空间,在程序整个执行时间内都有效,直到程序结束才释放。3static:使用static定义的变量称为静态变量。它又分为内部静态变量
21、和外部静态变量。在函数体内部定义的静态变量为内部静态变量,它在对应的函数体内有效,一直存在,但在函数体外不可见,这样不仅使变量在定义它的函数体外被保护,还可以实现当离开函数时值不被改变。外部静态变量上在函数外部定义的静态变量。它在程序中一直存在,但在定义的范围之外是不可见的。如在多文件或多模块处理中,外部静态变量只在文件内部或模块内部有效。4register:使用register定义的变量称为存放器变量。它定义的变量存放在CPU内部的存放器中,处理速度快,但数目少。C51编译器编译时能自动识别程序中使用频率最高的变量,并自动将其作为存放器变量,用户可以无需专门声明。第四章 单片机C语言程序设计
22、四存储器类型存储器类型是用于指明变量所处的单片机的存储器区域情况。存储器类型与存储种类完全不同。C51编译器能识别的存储器类型有以下几种,见表所示。存储器类型描 述 data直接寻址的片内RAM低128B,访问速度快 bdata片内RAM的可位寻址区(20H2FH),允许字节和位混合访问 idata间接寻址访问的片内RAM,允许访问全部片内RAM pdata用Ri间接访问的片外RAM的低256B xdata用DPTR间接访问的片外RAM,允许访问全部64k片外RAM code程序存储器ROM64k空间定义变量时也可以省“存储器类型,省时C51编译器将按编译模式默认存储器类型,具体编译模式的情况
23、在后面介绍。第四章 单片机C语言程序设计【例4-2】变量定义存储种类和存储器类型相关情况。char data varl;/*在片内RAM低128B定义用直接寻址方式访问的字符型变量var1*/int idata var2;/*在片内RAM256B定义用间接寻址方式访问的整型变量var2*/auto unsigned long data var3;/*在片内RAM128B定义用直接寻址方式访问的自动无符号长整型变量var3*/extern float xdata var4;/*在片外RAM64KB空间定义用间接寻址方式访问的外部实型变量var4*/int code var5;/*在ROM空间定义
24、整型变量var5*/unsign char bdata var6;/*在片内RAM位寻址区20H2FH单元定义可字节处理和位处理的无符号字符型变量var6*/第四章 单片机C语言程序设计五特殊功能存放器变量 MCS-51系列单片机片内有许多特殊功能存放器,通过这些特殊功能存放器可以控制MCS-51系列单片机的定时器、计数器、串口、I/O及其它功能部件,每一个特殊功能存放器在片内RAM中都对应于一个字节单元或两个字节单元。在C51中,允许用户对这些特殊功能存放器进行访问,访问时须通过sfr或sfr16类型说明符进行定义,定义时须指明它们所对应的片内RAM单元的地址。格式如下:sfr或sfr16
25、特殊功能存放器名=地址;sfr用于对MCS-51单片机中单字节的特殊功能存放器进行定义,sfr16用于对双字节特殊功能存放器进行定义。特殊功能存放器名一般用大写字母表示。地址一般用直接地址形式,具体特殊功能存放器地址见前面内容。【例4-3】特殊功能存放器的定义。sfr PSW=0 xd0;sfr SCON=0 x98;sfr TMOD=0 x89;sfr P1=0 x90;sfr16 DPTR=0 x82;sfr16 T1=0X8A;第四章 单片机C语言程序设计六位变量 在C51中,允许用户通过位类型符定义位变量。位类型符有两个:bit和sbit。可以定义两种位变量。bit位类型符用于定义一般
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