单片机C语言课件.ppt
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1、 单片机单片机C语言及程序设计语言及程序设计1.1 C51概述概述1.2 C51数据类型及存储数据类型及存储1.3 C51变量的定义及数变量的定义及数据存储区域据存储区域1.4 C51位变量的定义位变量的定义1.5 C51特殊功能寄存器特殊功能寄存器的定义的定义1.6 C51指令的定义指令的定义1.7 C51的输入的输入/输出输出1.8 C51函数的定义函数的定义1.9 C51与汇编语言与汇编语言混合编程混合编程1.10 C51集成开发集成开发软件软件Keil C目目 录录本章主要讨论本章主要讨论C51变量的定义和函数的定变量的定义和函数的定义,以及义,以及Keil C软件的使用等。软件的使用
2、等。本章内容的安排,认为读者已经学习过本章内容的安排,认为读者已经学习过C语言,具有语言,具有C语言的基本知识,因此,本章语言的基本知识,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、数据定义和函语言在单片机方面的概念、数据定义和函数定义等。数定义等。通过本章学习,使读者能够比较顺利地通过本章学习,使读者能够比较顺利地编写编写C51程序。程序。1.1 C51概述概述主要内容主要内容1.1.1 C语言编程的优势语言编程的优势1.1.2 C51与与ANSI C的区别的区别1.1.3 C51扩展的关键字扩展的关键字1.1 C51概述概
3、述学习单片机学习单片机C语言的必要性语言的必要性随着单片机性能的不断提高,随着单片机性能的不断提高,C语言编译语言编译调试工具的不断完善,以及现在对单片机产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品辅助功能的要求、对开发周期不断缩短的要求,使得要求,使得越来越多的单片机编程人员转向越来越多的单片机编程人员转向使用使用C语言语言,因此有必要在单片机课程中讲,因此有必要在单片机课程中讲授授“单片机单片机C语言语言”。“C51”概念:概念:为了与为了与ANSI C区别,区别,把把“单片机单片机C语言语言”称为称为“C51”,也称为,也称为“Keil C”。1.1.
4、1 C语言编程的优势语言编程的优势在编程方面,使用在编程方面,使用C51较汇编语言有诸多较汇编语言有诸多优势:优势:1)编程容易)编程容易 2)容易实现复杂的数值计算)容易实现复杂的数值计算3)容易阅读与交流)容易阅读与交流4)容易调试与维护程序)容易调试与维护程序5)容易实现模块化开发)容易实现模块化开发 6)程序可移植性好)程序可移植性好 1.1.2 C语言与语言与ANSI 的区别的区别用汇编语言编写单片机程序时,必须要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考虑其存储器的结构,尤其要考虑其片内数,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据存储器、特殊功能寄存器
5、是否正确合理的使用,以及按照实际地址端口数据的处理。使用,以及按照实际地址端口数据的处理。用用C51编写程序,虽然不像汇编语言那样编写程序,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片机的存储结构相关联,否则编译器不能正,否则编译器不能正确地映射定位。确地映射定位。用用C51编写单片机程序,与用编写单片机程序,与用ANSI C编编写程序的写程序的不同之处是不同之处是,需要根据单片机存储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器结构及内部
6、资源,定义相应的数据类型和变量变量。其它的语法规定、程序结构及程序设计其它的语法规定、程序结构及程序设计方法,都与方法,都与ANSI C相同。所以相同。所以本章主要介本章主要介绍绍C51各种变量的定义、指针定义、函数定各种变量的定义、指针定义、函数定义和混合编程义和混合编程。1.1.3 C51扩展的关键字扩展的关键字由于单片机在结构及编程上的特殊要求,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,称之为有自己的特殊关键字,称之为C51扩展扩展的关键字的关键字,下面给出常用的,下面给出常用的C51扩展的关键扩展的关键字。字。_at_bdatabit codedataidata i
7、nterruptpdatareentrant sbitsfrsfr16usingvolatilexdata这些关键字在后面会陆续接触到,此处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。先不给出它们的含义。1.2 C51数据类型及存储数据类型及存储主要内容主要内容1.2.1 C51的数据类型的数据类型1.2.2 C51数据的存储数据的存储表表4-1 C51数据类型、长度和数值范围数据类型、长度和数值范围数据类型数据类型表示方法表示方法长长 度度数数 值值 范范 围围无符号字符型无符号字符型 unsigned char 1字节字节 0255有符号字符型有符号字符型 signed char
8、1字节字节-128127无符号整型无符号整型unsigned int2字节字节 065535有符号整型有符号整型signed int2字节字节-3276832767无符号长整型无符号长整型 unsigned long 4字节字节 04294967295有符号长整型有符号长整型 signed long4字节字节-21474836482147483647浮点型浮点型float4字节字节 1.1755E-383.40E+38特殊功能寄特殊功能寄存器型存器型sfrsfr161字节字节2字节字节0255065535位类型位类型bit、sbit1位位0或或1数据类型转换数据类型转换1)自动转换)自动转换转
9、换规则是向高精度数据类型转换、向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有符号数据类型转换。如字符型变量与整型。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变量相加时,则位变量先转换字符型或整型数据,然后相加。数据,然后相加。2)强制转换)强制转换像像ANSI C一样,一样,通过强制类型转换的方通过强制类型转换的方式进行转换式进行转换。如:。如:unsignedintb;floatc;b=(int)c;1.2.2 C51数据的存储数据的存储MCS-51单片机只有单片机只有bit和和unsigned char两两种数据类型支持机器指令种数据类型支持机器指令,而其它类型的数
10、,而其它类型的数据都需要转换成据都需要转换成bit或或unsigned char型进行存型进行存储。储。为了减少单片机的存储空间和提高运行为了减少单片机的存储空间和提高运行速度,要尽可能地使用速度,要尽可能地使用unsigned char型数据。型数据。一、位变量的存储一、位变量的存储bit和和sbit型位变量,直接存于型位变量,直接存于RAM的位的位寻址空间,包括低寻址空间,包括低128位和特殊功能寄存器位和特殊功能寄存器位。位。二、字符变量的存储二、字符变量的存储字符变量字符变量(char):无论是无论是unsigned char数据还是数据还是signed char数据,均为数据,均为1
11、个字个字节,能够被直接存储在节,能够被直接存储在RAM中,可以存储中,可以存储在在00 x7f区域,也可以存储在区域,也可以存储在0 x800 xff区区域,与变量的定义有关。域,与变量的定义有关。unsigned char数:数:可直接被可直接被MSC-51接受接受signed char数据:数据:用补码表示。用补码表示。需要额需要额外的操作外的操作来测试、处理符号位,使用的是两来测试、处理符号位,使用的是两种库函数,代码量大,运算速度降低。种库函数,代码量大,运算速度降低。三、整型变量的存储三、整型变量的存储整型变量整型变量(int):不管是不管是unsigned int数据还是数据还是s
12、igned int数据,均为数据,均为2个字节,其个字节,其存存储方法是高位字节保存在低地储方法是高位字节保存在低地址址(在前面),(在前面),低位字节保存低位字节保存在高地址在高地址(在后面)(在后面)。例如,例如,整型变量的值为整型变量的值为0 x1234,在内存,在内存中的存放如右图所示。中的存放如右图所示。signed int数据用补码表示。数据用补码表示。地址地址低低高高:1234:四、长四、长整型变量的存储整型变量的存储长整型变量(长整型变量(long)为)为4个个字节,其存储方法与整型数据字节,其存储方法与整型数据一样,是一样,是最高位字节保存的地最高位字节保存的地址最低址最低(
13、在最前面),(在最前面),最低位最低位字节保存的地址最高字节保存的地址最高(在最后(在最后面)。面)。如长整型变量的值为如长整型变量的值为0 x12345678,在内,在内存中的存放方法如右图所示。不管是存中的存放方法如右图所示。不管是unsigned long数据还是数据还是signed long数据。数据。地址地址低低高高:12345678:五、浮点五、浮点型变量的存储型变量的存储浮点型变量浮点型变量(fload)占)占4个字节,个字节,用指数用指数方式表示方式表示,其具体格式与编译器有关。,其具体格式与编译器有关。对于对于Keil C,采用的是,采用的是IEEE-754标准标准,具有具有
14、24位精度,尾数的最高位始终为位精度,尾数的最高位始终为1,因,因而不保存。而不保存。具体分布为:具体分布为:1位符号位,位符号位,8位阶位阶码位,码位,23位尾数,如下图所示。位尾数,如下图所示。字节地址字节地址0123浮点数浮点数内容内容SEEEEEEEEMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM符号和阶码符号和阶码 尾数高位尾数高位尾数低位尾数低位符号位符号位S:1表示负数,表示负数,0表示正数。表示正数。阶码:阶码:用移码表示。如,实际阶码用移码表示。如,实际阶码-126用用1表示,实际阶码表示,实际阶码0用用127表示,表示,即实际阶即实际阶码数加上码数加上127得到阶码的表达数
15、得到阶码的表达数。阶码数值范围:阶码数值范围:-126+128。例如浮点数例如浮点数-12.5符号位为符号位为1,12.5的二进制数为的二进制数为1100.1=1.1001E+0011,阶码数值为阶码数值为3+127=130=10000010B,尾数为尾数为1001。因此,其十六进制数为因此,其十六进制数为0 xC1480000,则存储结构,则存储结构如右图所示。如右图所示。地址地址低低高高:C1480000:说明:说明:教材中存储结构是错的。教材中存储结构是错的。1.3 C51变量的定义及数据存储区域变量的定义及数据存储区域主要内容主要内容1.3.1 C51变量的定义变量的定义1.3.2 C
16、51变量的存储类型变量的存储类型1.3.3 C51变量的存储区域变量的存储区域1.3.4 C51变量定义举例变量定义举例1.3.5 C51变量的存储模式变量的存储模式1.3.6 C51变量的绝对定位变量的绝对定位1.3.1 C51变量的定义变量的定义C51变量定义的一般格式为:变量定义的一般格式为:存储类型存储类型数据类型数据类型 存储区存储区变量名变量名1=初值初值,变量名变量名2=初值初值,或或存储类型存储类型存储区存储区 数据类型数据类型 变量名变量名1=初值初值,变量名变量名2=初值初值,可见变量可见变量(非位变量)(非位变量)的定义由的定义由4部分组部分组成成,即在变量定义时,指定变
17、量,即在变量定义时,指定变量4种属性。种属性。数据类型:数据类型:在前面的在前面的4.2中已经叙述过,中已经叙述过,对于变量名也无须多说,对于变量名也无须多说,下面主要解释下面主要解释“存存储类型储类型”和和“存储区存储区”等概念等概念。1.3.2 C51变量的存储类型变量的存储类型存储类型这个属性我们仍沿用存储类型这个属性我们仍沿用ANSI C的的说法说法,尽量不改变原来的含义。,尽量不改变原来的含义。按照按照ANSI C,C语言的变量有语言的变量有4种存储类种存储类型型:动态存储(动态存储(auto)静态存储(静态存储(static)全局存储(全局存储(extern)寄存器存储(寄存器存储
18、(register)一、动态存储一、动态存储动态(存储)变量:动态(存储)变量:用用auto定义的为动态定义的为动态变量,也叫自动变量变量,也叫自动变量。作用范围:作用范围:在定义它的函数内或复合语在定义它的函数内或复合语句内部。句内部。当定义它的函数或复合语当定义它的函数或复合语句执行时,句执行时,C51才为变量分配存储空间,结才为变量分配存储空间,结束时所占用的存储空间释放。束时所占用的存储空间释放。定义变量时,定义变量时,auto可以省略可以省略,或者说如果,或者说如果省略了存储类型项,则认为是动态变量。省略了存储类型项,则认为是动态变量。动动态变量一般分配使用寄存器或堆栈态变量一般分配
19、使用寄存器或堆栈。二、静态存储二、静态存储静态(存储)变量:静态(存储)变量:用用static定义的为静定义的为静态变量态变量。分为内部静态和外部静态变量。分为内部静态和外部静态变量。内部静态变量:内部静态变量:在函数体内定义的为内在函数体内定义的为内部静态变量部静态变量。在函数内可以任意使用和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。数外不可见,即在函数体外得到保护。外部静态变量:外部静态变量:在函数体外部定义的为在函数体外部定义的为外部静态变量外部静态变量。在定义的文件内可以任意使。在定义的文件内可以
20、任意使用和修改,外部静态变量会一直存在,但在用和修改,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。文件外不可见,即在文件外得到保护。三、外部存储三、外部存储外部(存储)变量:外部(存储)变量:用用extern声明声明的变量的变量为外部变量为外部变量,是在其它文件定义过的全局变,是在其它文件定义过的全局变量。量。用用extern声明后,便可以在所声明声明后,便可以在所声明的文件中使用。的文件中使用。需要注意的是:需要注意的是:在定义变量时,即便是在定义变量时,即便是全局变量,也不能使用全局变量,也不能使用extern定义定义。四、寄存器存储四、寄存器存储寄存器(存储)变量:寄存
21、器(存储)变量:用用register定义的定义的变量为寄存器变量变量为寄存器变量。寄存器变量存放在寄存器变量存放在CPU的寄存器中的寄存器中,这,这种变量处理速度快,但数目少。种变量处理速度快,但数目少。C51中的寄存器变量:中的寄存器变量:C51的编译器在编的编译器在编译时,能够自动识别程序中使用译时,能够自动识别程序中使用频率高的变频率高的变量量,并将其,并将其安排为寄存器变量安排为寄存器变量,用户不用专,用户不用专门声明。门声明。1.3.3 C51变量的存储区域变量的存储区域变量的存储区属性是单片机扩展的概念变量的存储区属性是单片机扩展的概念,非常重要,非常重要,它涉及到它涉及到7个新的
22、关键字个新的关键字。MCS-51单片机有四个存储空间单片机有四个存储空间,分成三,分成三类,它们是片内数据存储空间、片外数据存类,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。储空间和程序存储空间。MCS-51单片机有更多的存储区域:单片机有更多的存储区域:由于由于片内数据存储器和片外数据存储器又分成不片内数据存储器和片外数据存储器又分成不同的区域,所以同的区域,所以单片机的变量有更多的存储单片机的变量有更多的存储区域区域。在定义变量时,必须明确指出在定义变量时,必须明确指出是存放在哪个区域是存放在哪个区域。表表1-2 C51存储区与存储空间的对应关系存储区与存储空间的对应关系关键字
23、关键字对应的存储空间及范围对应的存储空间及范围codeROM空间,空间,64KB全空间全空间data片内片内RAM,直接寻址,低,直接寻址,低128字节字节bdata片内片内RAM,位寻址区,位寻址区0 x200 x2f,可字节访问,可字节访问idata 片内片内RAM,间接寻址,间接寻址,256字节,与字节,与 Ri 对应对应pdata片外片外RAM,分页寻址的,分页寻址的256字节字节(P2不变不变),P2改变可寻址改变可寻址64KB全空间,与全空间,与MOVX Ri 对应对应xdata片外片外RAM,64KB全空间全空间bit片内片内RAM位寻找区位寻找区,位地址位地址0 x000 x7
24、f,128位位1.3.4 C51变量定义举例变量定义举例1)定义存储在)定义存储在data区域区域的的动态动态unsigned char变量:变量:unsigned char data sec=0,min=0,hou=0;2)定义存储在)定义存储在data区域区域的的静态静态unsigned char变量:变量:static unsigned char data scan_code=0 xfe;3)定义存储在)定义存储在data区域区域的的静态静态unsigned int变量:变量:static unsigned int data dd;4)定义存储在)定义存储在bdata区域区域的的动态动态
25、unsigned char变量:变量:unsigned char bdata operate,operate1;/定义指示操作的可位寻址的变量定义指示操作的可位寻址的变量5)定义存储在)定义存储在idata区域区域的的动态动态unsigned char数组:数组:unsigned char idata temp20;6)定义在)定义在pdata区域区域的的动态动态有符号有符号int数数组:组:int pdata send_data30;/定义存放发送数据的数组定义存放发送数据的数组 7)定义存储在)定义存储在xdata区域区域的的动态动态unsigned int数组:数组:unsigned i
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