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1、单片机原理及应用 （C语言版） 第4章 单片机C语言及程序设计,主 编：周国运 本章制作：周国运 中国水利水电出版社,第4章 单片机C语言及程序设计,4.1 C51概述 4.2 C51数据类型及存储 4.3 C51变量的定义及数据存储区域 4.4 C51位变量的定义 4.5 C51特殊功能寄存器的定义,4.6 C51指令的定义 4.7 C51的输入/输出 4.8 C51函数的定义 4.9 C51与汇编语言混合编程 4.10 C51集成开发软件Keil C,目 录,第4章 单片机C语言及程序设计,本章主要讨论C51变量的定义和函数的定义，以及Keil C软件的使用等。 本章内容的安排，认为读者已
2、经学习过C语言，具有C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C语言在单片机方面的概念、数据定义和函数定义等。 通过本章学习，使读者能够比较顺利地编写C51程序。,4.1 C51概述,主要内容 4.1.1 C语言编程的优势 4.1.2 C51与ANSI C的区别 4.1.3 C51扩展的关键字,4.1 C51概述,学习单片机C语言的必要性 随着单片机性能的不断提高，C语言编译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要求，使得越来越多的单片机编程人员转向使用C语言，因此有必要在单片机课程中讲授“单片机C语言”。 “C51”概念：为了与A
3、NSI C区别，把“单片机C语言”称为“C51”，也称为“Keil C”。,4.1.1 C语言编程的优势,在编程方面，使用C51较汇编语言有诸多优势： 1）编程容易 2）容易实现复杂的数值计算 3）容易阅读与交流 4）容易调试与维护程序 5）容易实现模块化开发 6）程序可移植性好,4.1.2 C语言与ANSI 的区别,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，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使用，以及按照实际地址端口数据的处理。 用C51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C51对数据类型和变量的定义，必须要与单片机的存储结构相
4、关联，否则编译器不能正确地映射定位。,4.1.2 C语言与ANSI 的区别,用C51编写单片机程序，与用ANSI C编写程序的不同之处是，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变量。 其它的语法规定、程序结构及程序设计方法，都与ANSI C相同。所以本章主要介绍C51各种变量的定义、指针定义、函数定义和混合编程。,4.1.3 C51扩展的关键字,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C51扩展的关键字，下面给出常用的C51扩展的关键字。 _at_ bdata bit code data idata interrupt pdata reentran
5、t sbit sfr sfr16 using volatile xdata 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。,4.2 C51数据类型及存储,主要内容 4.2.1 C51的数据类型 4.2.2 C51数据的存储,4.2.1 C51的数据类型,4.2.1 C51的数据类型,数据类型转换 1）自动转换 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。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数据，然后相加。 2）强制转换 像ANSI C一样，通过强制类型转换的方式进行转换。如： unsigned int b; float c; b=(int)c;,4.2.2
6、 C51数据的存储,MCS-51单片机只有bit和unsigned char两种数据类型支持机器指令，而其它类型的数据都需要转换成bit或unsigned char型进行存储。 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unsigned char型数据。 一、位变量的存储 bit和sbit型位变量，直接存于RAM的位寻址空间，包括低128位和特殊功能寄存器位。,4.2.2 C51数据的存储,二、字符变量的存储 字符变量（char）：无论是unsigned char数据还是signed char数据，均为1个字节，能够被直接存储在RAM中，可以存储在00x7f区域，也可以存储在0x8
7、00xff区域，与变量的定义有关。 unsigned char数：可直接被MSC-51接受 signed char数据：用补码表示。需要额外的操作来测试、处理符号位，使用的是两种库函数，代码量大，运算速度降低。,4.2.2 C51数据的存储,三、整型变量的存储 整型变量（int）：不管是unsigned int数据还是signed int数据，均为2个字节，其存储方法是高位字节保存在低地址（在前面），低位字节保存在高地址（在后面） 。,例如，整型变量的值为0x1234，在内存中的存放如右图所示。 signed int数据用补码表示。,地址 低 高,4.2.2 C51数据的存储,四、长整型变量的
8、存储 长整型变量（long）为4个字节，其存储方法与整型数据一样，是最高位字节保存的地址最低（在最前面），最低位字节保存的地址最高（在最后面）。,如长整型变量的值为0x12345678，在内存中的存放方法如右图所示。不管是unsigned long数据还是signed long数据。,地址 低 高,4.2.2 C51数据的存储,五、浮点型变量的存储 浮点型变量（fload）占4个字节，用指数方式表示，其具体格式与编译器有关。 对于Keil C，采用的是IEEE-754标准，具有24位精度，尾数的最高位始终为1，因而不保存。具体分布为：1位符号位，8位阶码位，23位尾数，如下图所示。,4.2.2
9、 C51数据的存储,符号位S：1表示负数，0表示正数。 阶码：用移码表示。如，实际阶码-126用1表示，实际阶码0用127表示，即实际阶码数加上127得到阶码的表达数。 阶码数值范围：-126+128。,4.2.2 C51数据的存储,例如浮点数-12.5 符号位为1， 12.5的二进制数为1100.1=1.1001E+0011， 阶码数值为3+127=130=10000010B， 尾数为1001。 因此，其十六进制数为0xC1480000，则存储结构如右图所示。,地址 低 高,说明：教材中存储结构是错的。,4.3 C51变量的定义及数据存储区域,主要内容 4.3.1 C51变量的定义 4.3.
10、2 C51变量的存储类型 4.3.3 C51变量的存储区域 4.3.4 C51变量定义举例 4.3.5 C51变量的存储模式 4.3.6 C51变量的绝对定位,4.3.1 C51变量的定义,C51变量定义的一般格式为： 存储类型 数据类型 存储区 变量名1=初值 ,变量名2=初值 , 或 存储类型 存储区 数据类型 变量名1=初值 ,变量名2=初值 , 可见变量（非位变量）的定义由4部分组成，即在变量定义时，指定变量4种属性。 数据类型：在前面的4.2中已经叙述过，对于变量名也无须多说，下面主要解释“存储类型”和“存储区”等概念。,4.3.2 C51变量的存储类型,存储类型这个属性我们仍沿用A
11、NSI C的说法，尽量不改变原来的含义。 按照ANSI C，C语言的变量有4种存储类型： 动态存储（auto） 静态存储（static） 全局存储（extern） 寄存器存储（register）,4.3.2 C51变量的存储类型,一、动态存储 动态（存储）变量：用auto定义的为动态变量，也叫自动变量。 作用范围：在定义它的函数内或复合语句内部。 当定义它的函数或复合语句执行时，C51才为变量分配存储空间，结束时所占用的存储空间释放。 定义变量时，auto可以省略，或者说如果省略了存储类型项，则认为是动态变量。动态变量一般分配使用寄存器或堆栈。,4.3.2 C51变量的存储类型,二、静态存储
12、静态（存储）变量：用static定义的为静态变量。分为内部静态和外部静态变量。 内部静态变量：在函数体内定义的为内部静态变量。 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，但在函数外不可见，即在函数体外得到保护。 外部静态变量：在函数体外部定义的为外部静态变量。在定义的文件内可以任意使用和修改，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。,4.3.2 C51变量的存储类型,三、外部存储 外部（存储）变量：用extern声明的变量为外部变量，是在其它文件定义过的全局变量。 用extern声明后，便可以在所声明的文件中使用。 需要注意的是：在定义变量时，即便是全局变量，
13、也不能使用extern定义。,4.3.2 C51变量的存储类型,四、寄存器存储 寄存器（存储）变量：用register定义的变量为寄存器变量。 寄存器变量存放在CPU的寄存器中，这种变量处理速度快，但数目少。 C51中的寄存器变量： C51的编译器在编译时，能够自动识别程序中使用频率高的变量，并将其安排为寄存器变量，用户不用专门声明。,4.3.3 C51变量的存储区域,变量的存储区属性是单片机扩展的概念，非常重要，它涉及到7个新的关键字。 MCS-51单片机有四个存储空间，分成三类，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。 MCS-51单片机有更多的存储区域：由于片内数据存储器
14、和片外数据存储器又分成不同的区域，所以单片机的变量有更多的存储区域。 在定义变量时，必须明确指出是存放在哪个区域。,4.3.3 C51变量的存储区域,4.3.4 C51变量定义举例,1）定义存储在data区域的动态unsigned char变量： unsigned char data sec=0, min=0, hou=0; 2）定义存储在data区域的静态unsigned char变量： static unsigned char data scan_code=0xfe; 3）定义存储在data区域的静态unsigned int变量： static unsigned int data dd;,
15、4.3.4 C51变量定义举例,4）定义存储在bdata区域的动态unsigned char变量： unsigned char bdata operate, operate1; /定义指示操作的可位寻址的变量 5）定义存储在idata区域的动态unsigned char数组： unsigned char idata temp20; 6）定义在pdata区域的动态有符号int数组： int pdata send_data30; /定义存放发送数据的数组,4.3.4 C51变量定义举例,7）定义存储在xdata区域的动态unsigned int数组： unsigned int xdata rece
16、iv_buf50; /定义存放接受数据的数组 8）定义存储在code区域的unsigned char数组： unsigned char code dis_code10= 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /定义共阴极数码管段码数组,4.3.5 C51变量的存储模式,存储模式：如果在定义变量时缺省了存储区属性，则编译器会自动选择默认的存储区域，也就是存储模式。 变量的存储模式也就是程序（或函数）的编译模式。 编译模式分为三种：小模式（small）、紧凑模式（compact）和大模式（large）。编译模式由编译控制命令决定。 存储模式（编译模式）决定了变量的默认存储区域和参数的传递方法。,4.3.5 C51变量的存储模式,一、small模式 在small模式下，变量的默认存储区域是“data”、“idata”，即未指出存储区域的变量保存到片内数据存储器中，并且堆栈也安排在该区域中。 small模式的
