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1、1,第3章 C51語言編程基礎與 Keil Vision3開發(fā)平臺,2,單片機應用系統(tǒng)日趨復雜，對程序的可讀性、升級與維護以及模塊化要求越來越高，對軟件編程要求也越來越高，要求編程人員在短時間內(nèi)編寫出執(zhí)行效率高、運行可靠的程序代碼。同時，也要方便多個編程人員來進行協(xié)同開發(fā)。C51語言是近年來在8051單片機開發(fā)中，普遍使用的程序設計語言，能直接對8051單片機硬件進行操作，既有高級語言特點，又有匯編語言特點，因此在8051單片機程序設計中，得到廣泛使用。本章介紹8051單片機的C51語言，以及如何使用C51語言集成化開發(fā)平臺Keil Vision3，進行C51程序設計與開發(fā)。,3.1 C51編

2、程語言簡介用于8051單片機編程的C語言，在標準C基礎上針對8051硬件特點進行擴展，并向8051上移植，經(jīng)多年努力，C51已成為公認的高效、簡潔的8051單片機的實用高級編程語言。與8051匯編語言相比，C51語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯優(yōu)勢，易學易用。3.1.1 C51語言與8051匯編語言比較與8051匯編語言相比， C51有如下優(yōu)點。（1）可讀性好。C51語言程序比匯編語言程序的可讀性好，編程效率高，程序便于修改、維護以及升級。,4,（2）模塊化開發(fā)與資源共享。用C51開發(fā)的程序模塊可不經(jīng)修改，直接被其他工程所用，使得開發(fā)者能夠很好地利用已有的大量標準C程序資源與豐富

3、的庫函數(shù)，減少重復勞動，同時也有利于多個工程師進行協(xié)同開發(fā)。（3）可移植性好。為某種型號單片機開發(fā)的C語言程序，只需把與硬件相關的頭文件和編譯鏈接的參數(shù)進行適當修改，就可方便地移植到其他型號的單片機上。例如，為8051單片機編寫的程序通過改寫頭文件以及少量的程序行，就可方便地移植到PIC單片機上。（4）生成的代碼效率高。當前較好的C51語言編譯系統(tǒng)編譯出來的代碼效率只比直接使用匯編語言低20%左右，如果使用優(yōu)化編譯選項，最高可達到90%左右。,5,3.1.2 C51語言與標準C語言的比較C51語言與標準C語言間有許多相同地方，但也有自身特點。不同的嵌入式C語言編譯系統(tǒng)之所以與標準C語言有不同的

4、地方，主要是由于它們所針對的硬件系統(tǒng)不同。對于8051單片機，目前廣泛使用的是C51語言。C51語言基本語法與標準C相同，是在標準C的基礎上進行適合8051內(nèi)核單片機硬件的擴展。深入理解C51語言對標準C語言的擴展部分以及它們的不同之處，是掌握C51語言的關鍵之一。,6,C51語言與標準C語言一些差別如下。 （1）庫函數(shù)不同。標準C中不適合于嵌入式控制器系統(tǒng)的庫函數(shù)，被排除在C51語言之外，如字符屏幕和圖形函數(shù)。有些庫函數(shù)必須針對8051的硬件特點來做出相應的開發(fā)。 例如，在標準C中，庫函數(shù)printf和scanf，常用于屏幕打印和接收字符，而在C51語言中，主要用于串行口數(shù)據(jù)的收發(fā)。 （2）

5、數(shù)據(jù)類型有一定區(qū)別。在C51中增加幾種8051單片機的數(shù)據(jù)類型，在標準C的基礎上又擴展了4種類型。例如，8051單片機包含位操作空間和豐富的位操作指令，因此，C51語言與標準C語言相比增加了位類型。,7,（3）C51語言變量存儲模式與標準C語言中變量存儲模式數(shù)據(jù)不一樣。標準C最初是為通用計算機設計的，在通用計算機中只有一個程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一尋址的內(nèi)存空間，而C51語言中變量的存儲模式與8051單片機的各種存儲器區(qū)緊密相關。 （4）數(shù)據(jù)存儲類型不同。8051存儲區(qū)可分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)、外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)以及程序存儲區(qū)。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)可分為3個不同的C51存儲類型：data、idata和bdata。 外

6、部數(shù)據(jù)存儲區(qū)分為2個不同的C51存儲類型：xdata和pdata。 程序存儲區(qū)只能讀不能寫，可能在8051內(nèi)部或者在外部，C51語言提供的code存儲類型用來訪問程序存儲區(qū)。,8,（5）標準C語言沒有處理單片機中斷的定義，而C51語言中有專門的中斷函數(shù)。（6）頭文件不同。C51語言頭文件必須把8051單片機內(nèi)部的外設硬件資源（如定時器、中斷、I/O等）相應的特殊功能寄存器寫入到頭文件內(nèi)，而標準C不用。 （7）程序結構的差異。由于8051單片機的硬件資源有限，它的編譯系統(tǒng)不允許太多的程序嵌套。其次，標準C語言所具備的遞歸特性不被C51語言支持。,9,但從數(shù)據(jù)運算操作、程序控制語句以及函數(shù)的使用上

7、來說，C51與標準C幾乎沒有什么明顯差別。如果程序設計者具備了有關標準C語言的編程基礎，只要注意C51與標準C不同之處，并熟悉8051單片機的硬件結構，就能較快掌握C51編程。3.2 C51語言程序設計基礎本節(jié)在標準C基礎上，了解掌握C51的數(shù)據(jù)類型和存儲類型、C51的基本運算與流程控制語句、C51語言構造數(shù)據(jù)類型、C51函數(shù)以及C51程序設計的其他一些問題，為C51的程序開發(fā)打下基礎。,10,3.2.1 C51語言中的數(shù)據(jù)類型與存儲類型1數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)是單片機操作的對象，具有一定格式的數(shù)字或數(shù)值，數(shù)據(jù)的不同格式就稱為數(shù)據(jù)類型。 Keil C51支持的基本數(shù)據(jù)類型見表3-1。 針對8051的硬

8、件特點，C51在標準C基礎上，擴展了4種數(shù)據(jù)類型（見表3-1中最后4行）。 注意，擴展的4種數(shù)據(jù)類型，不能使用指針來對它們存取。,12,2C51的擴展數(shù)據(jù)類型 下面對擴展的4種數(shù)據(jù)類型說明。 （1）位變量bit的值可以是1（true），也可是0（false）。 （2）特殊功能寄存器sfr。8051單片機的特殊功能寄存器分布在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)的地址單元80HFFH之間，“sfr”數(shù)據(jù)類型占用一個內(nèi)存單元。利用它可訪問8051單片機內(nèi)部的所有特殊功能寄存器。 例如：sfr P1=0 x90這一語句定義了P1端口在片內(nèi)的寄存器，在程序后續(xù)的語句中可以用“P1=0 xff”，使P1的所有引腳輸出為高電平

9、的語句來操作特殊功能寄存器。,（3）特殊功能寄存器sfr16。 “sfr16”數(shù)據(jù)類型占用兩個內(nèi)存單元，用于操作占兩個字節(jié)的特殊功能寄存器。例如：“sfr16 DPTR=0 x82”語句定義了片內(nèi)16位數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR，其低8位字節(jié)地址為82H，高8位字節(jié)地址為83H。在程序的后續(xù)語句中就可對DPTR進行操作。（4）特殊功能位sbit。 sbit是指AT89S51片內(nèi)特殊功能寄存器的可尋址位。例如： sfrPSW=0 xd0；/定義PSW寄存器地址為0 xd0sbitOV=PSW2；/定義OV位為PSW.2 符號“”前是特殊功能寄存器名字，“”后的數(shù)字定義特殊功能寄存器可尋址位在寄存器中

10、的位置，取值必須是07。,14,注意，不要把bit與sbit相混淆。bit定義普通的位變量，只能是二進制的0或1。sbit是定義特殊功能寄存器的可尋址位，值是可以進行位尋址的特殊功能寄存器的某位的絕對地址，例如，PSW寄存器OV位的絕對地址0 xd2。上面的例子還涉及到C51注釋的寫法問題，C51的注釋寫法有兩種：（1）/，兩個斜杠后面跟著的為注釋語句，本寫法只能注釋一行，當換行時，必須在新行上重新寫兩個斜杠。（2）/*/，一個斜杠與星號結合使用，本寫法可注釋任一行，即斜杠星號與星號斜杠之間的所有文字都作為注釋，即注釋有多行時，只需在注釋的開始處，加斜杠星號，在注釋的結尾處，加上星號斜杠即可。

11、 加注釋的目的是為了便于讀懂程序，所有注釋都不參與程序編譯，編譯器在編譯過程中會自動刪去注釋。,3數(shù)據(jù)存儲類型 在討論C51數(shù)據(jù)類型時，須同時提及它的存儲類型，以及它與8051單片機存儲器結構的關系，因為C51定義的任何數(shù)據(jù)類型必須以一定的方式，定位在8051單片機的某一存儲區(qū)中，否則沒有任何實際意義。,16,8051有片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)，還有程序存儲區(qū)。 片內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)是可讀寫的，8051的衍生系列最多可有256字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)（例如AT89S52單片機），其中低128字節(jié)可直接尋址，高128字節(jié)（80HFFH）只能間接尋址，從地址20H開始的16字節(jié)可位尋址。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)可分為3

12、個不同的數(shù)據(jù)存儲類型：data、idata和bdata。 訪問片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)比訪問片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲區(qū)慢，因為訪問片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)要通過對數(shù)據(jù)指針加載地址來間接尋址訪問。 C51提供兩種不同的數(shù)據(jù)存儲類型xdata和pdata來訪問片外數(shù)據(jù)存儲區(qū)。,17,程序存儲區(qū)只能讀不能寫，可能在8051單片機內(nèi)部或者外部，或外部和內(nèi)部都有，由8051單片機硬件決定，C51提供了code存儲類型來訪問程序存儲區(qū)。C51存儲類型與8051實際的存儲空間的對應關系見表3-2。下面對表3-2各種存儲區(qū)作以說明。（1）DATA區(qū)。尋址是最快的，應把常使用的變量放在該區(qū)，但該區(qū)存儲空間有限，DATA區(qū)除了包含程序變量外，還

13、包含了堆棧和寄存器組。DATA區(qū)聲明中的存儲類型標識符為data，通常指片內(nèi)RAM128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲的變量，可直接尋址。,18,19,聲明舉例：unsigned char data system_status=0;unsigned int data unit_id8;char data inp_string20； 標準變量和用戶自聲明變量都可存儲在DATA區(qū)中，只要不超過DATA區(qū)的范圍即可，由于C51用默認的寄存器組來傳遞參數(shù)，這樣DATA區(qū)至少失去8字節(jié)空間。 另外，當內(nèi)部堆棧溢出的時候，程序會莫名其妙地復位。這是因為8051沒有報錯機制，堆棧溢出只能以這種方式表示，因此要留有較大的

14、堆?？臻g來防止堆棧溢出。 （2）BDATA區(qū)。DATA中的位尋址區(qū)，在該區(qū)中聲明變量就可進行位尋址。BDATA區(qū)聲明中的存儲類型標識符為bdata，指的是片內(nèi)RAM可位尋址的16,20,字節(jié)存儲區(qū)（字節(jié)地址為20H2FH）中的128個位。下面是在BDATA區(qū)中聲明的位變量和使用位變量的例子：unsigned char bdata status_byte;unsigned int bdata status_word;sbit stat_flag=status_byte4;if(status_word15) stat_flag=1; C51編譯器不允許在BDATA區(qū)中聲明float和double型

15、變量。 （3）IDATA區(qū)。該區(qū)使用寄存器作為指針來對片內(nèi)RAM進行間接尋址，常用來存放使用比較頻繁的變量。與外部存儲器尋址相比，它的指令執(zhí)行周期和代碼長度相對較短。 IDATA區(qū)聲明中的存儲類型標識符為idata，指的是片內(nèi)RAM的256字節(jié)的存儲區(qū)，只能間接尋址，速度比直接尋址慢。,21,聲明舉例如下：unsigned char idata system_status=0;unsigned int idata unit_id8;char idata inp_string16；float idata out_value;（4）PDATA區(qū)和XDATA區(qū) 位于片外存儲區(qū)，PDATA區(qū)和XDAT

16、A區(qū)聲明中的存儲類型標識符分別為pdata和xdata。 PDATA區(qū)只有256字節(jié)，僅指定256字節(jié)的外部數(shù)據(jù)存儲區(qū)。 但XDATA區(qū)最多可達64KB，對應的xdata存儲類型標識符可指定外部數(shù)據(jù)區(qū)64KB內(nèi)的任何地址。,22,對PDATA區(qū)的尋址要比對XDATA區(qū)尋址快，因為對PDATA區(qū)尋址，只需裝入8位地址，而對XDATA區(qū)尋址要裝入16位地址，所以盡量把外部數(shù)據(jù)存儲在PDATA區(qū)中。 對PDATA區(qū)和XDATA區(qū)的聲明舉例如下：unsigned char xdata system_status=0;unsigned int pdata unit_id8;char xdata inp_string16；float pdata out_value; 由于外部數(shù)據(jù)存儲器與外部I/O口是統(tǒng)一編址的，外部數(shù)據(jù)存儲器地址段中除了包含數(shù)據(jù)存儲器地址外，還包含外部I/O口的地址。對外部數(shù)據(jù)存儲器及外部I/O口的尋址將在本章的絕對地址尋址中介紹。,23,（5）程序存儲區(qū)CODE。程序存儲區(qū)CODE聲明的標識符為code，儲存的數(shù)據(jù)是不可改變的。在C51編譯器中可以用存儲區(qū)類型標識符code來訪