单片机原理及应用第4章

第4章 C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,第4章单片机的C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,第4章单片机的C51语言,51汇编语言能直接操作单片机的系统硬件，指令执行速度快。但其程序可读性差，且编写、移植困难。,51单片机操作数的简记符,实验2汇编源代码,第4章单片机的C51语言,C51是为51系列单片机设计的一种C语言，其特点：,C51语言已成为51系列单片机程序开发的主流软件方法。,结构化语言，代码紧凑效率可与汇编语言媲美 接近真实语言，程序可读性强易于调试、维护 库函数丰富，编程工作量小产品开发周期短 机器级控制能力，功能很强适合于嵌入式系统开发 与汇编指令无关，易于掌握在单片机基础上上手快,第4章单片机的C51语言,C51与标准C语言对比 相同之处：语法规则、程序结构、编程方法,举例：LED闪烁控制功能,;汇编程序 LOOP: CLR P1.0 ACALL DEL50 SETB P1.0 SJMP LOOP DEL50: MOV R7,#200 DEL1: MOV R6,#125 DJNZ R6,$ DJNZ R7,DEL1 RET END,第4章单片机的C51语言,预处理命令-,函数说明-,全局变量定义-,主函数-,自定义函数-,局部变量定义-,函数体,函数体-,/C51程序,第4章单片机的C51语言,C51与标准C语言对比 不同之处： 数据结构（第4章）、中断处理（第5章）、端口扩 展（第8章） 教学思路： 学习C51的数据结构知识（理论部分） 学习C51软件开发方法（Keil C软件用法） 学习I/O口典型应用编程（入门与进阶两个层次）,第4章单片机的C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,第4章单片机的C51语言,1. C51的变量,在C语言编程中，数值可以发生改变的量称为变量。,变量名与存储单元地址相对应，变量值与存储单元的内容相对应。,例如,在51单片机多存储空间中如何确定变量与地址的关系？,第4章单片机的C51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】 变量名,（标准C）,（标准C）,* 括号项可以缺省（但需有缺省值）,C51变量定义的四要素:,（C51特有）,（标准C+C51）,第4章单片机的C51语言,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,存储种类用于说明变量的作用范围： 1、auto（自动型）变量的作用范围在定义它的函数体或语句块内。执行结束后，变量所占内存即被释放。 2、extern（外部型） 在一个源文件中被定义为外部型的变量，在其它源文件中需要通过extern说明方可使用。 3、static（静态型） 利用static可使变量定义所在的函数或语句块执行结束后，其分配的内存单元继续保留。 4、register（寄存器型） 目前已不推荐使用。,缺省存储种类为auto (自动)型变量,第4章单片机的C51语言,数据类型用于表示数据存放格式,* 有符号数类型可以忽略signed标识符,标准C语言的数据类型,【存储种类】数据类型 【存储类型】变量名,除上述常规格式外，51单片机还有三种新的存储格式：,第4章单片机的C51语言,bit型存储格式,sfr型存储格式,sfr bit型存储格式,bit、sfr或sfr16、sbit,C51扩充的3种数据类型：,bit 型,关键词bit用于定义一个位变量，语法规则：,bit bit_name = 0或1;,例如：bit door = 0 ; /定义一个叫door的位变量且初值为0,与标准C的数据类型声明的语法规则是一致的，如： int int_name = 常数;,第4章单片机的C51语言,sfr或sfr16型,关键词sfr或sfr16用于定义SFR字节地址变量，语法规则： sfr sfr_name = 字节地址常数; sfr16 sfr_name = 字节地址常数;,第4章单片机的C51语言,例如, sfr P0 = 0 x80; /定义P0口地址80H sfr PCON = 0 x87; /定义PCON地址87H sfr16 DPTR=0 x82; /定义DPTR的低地址82H,注意：C语言中十六进制整数是数值前加0 x或0X前缀,sbit型,绝对位地址,相对位地址,字节地址,位地址表达形式：绝对位地址、相对位地址,第4章单片机的C51语言,关键词sbit用于定义SFR位地址变量,1）将SFR的绝对位地址定义为位变量名 sbit bit_name = 位地址常数; 例如， sbit CY = 0 xD7;,3）将SFR的相对位位置定义位变量名 sbit bit_name = sfr_name 位位置; 例如， sbit CY = PSW7;,2）将SFR的相对位地址定义为位变量名 sbit bit_name = sfr字节地址 位位置; 例如， sbit CY = 0 xD07;,可用三种定义形式：,sbit型,第4章单片机的C51语言,C51编译器在头文件“REG51.H”中定义了全部sfr/sfr16和sbit变量。,用一条预处理命令#include 把这个头文件包含到C51程序中，无需重新定义即可直接使用它们的名称。,第4章单片机的C51语言,第4章单片机的C51语言,编程举例：,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,存储类型体现了变量的存放区域。51系列单片机共有6个存储类型（分布在3个逻辑存储空间中）。,第4章单片机的C51语言,不同存储类型的特点,编译模式,第4章单片机的C51语言,三种编译模式分别对应于三种缺省存储类型：,约定：若无特殊声明，一般均为“SMALL编译模式”,变量名可以由字母、数字和下划线三种字符组成，且第一个字符必须为字母或下划线，变量名长度随编译系统而定。,变量名具有字母大小写的敏感性，如SUM和sum代表不同的变量。 强调：头文件中定义的变量都是大写的，若程序采取小写变量则需要重新定义。,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,第4章单片机的C51语言,C51扩展的若干关键字一览表,变量名不得使用标准C语言和C51语言的关键字。,第4章单片机的C51语言,unsigned char data system_status = 0;,/定义system_status为无符号字符型自动变量，该变量位于data区中且初值为0。,数据结构定义举例,变量名为system_status,位于片内RAM区,无符号字符型,自动型,初值为零,第4章单片机的C51语言,unsigned char bdata status_byte;,unsigned int code unit_id2=0 x1234, 0 x89ab;,static char m, n;,/定义status_byte为无符号字符型自动变量，该变量位于bdata区,/定义unit_id2为无符号整型自动变量，该变量位于code区中，是长度为2的数组，且初值为0 x1234和0 x89ab。,/定义m和n为2个位于data区中的有符号字符型静态变量。,第4章单片机的C51语言,2. C51的指针,C语言指针的一般定义形式为： 数据类型 *指针变量名 = 这表示p1是一个指向int型变量的指针变量，此时p1的值为int型变量a的地址，而a和p1两个变量都位于C编译器默认的内存区中。,第4章单片机的C51语言,对于C51，除了数据类型外，指针定义中还应能说明: 1）指针变量自身位于哪个存储区中？ 2）被指向变量位于哪个存储区中？,C51指针的一般定义形式： 数据类型 存储类型1 * 存储类型2 变量名 = char *ptr = ,解：ptr是一个指向char型变量的指针，它本身位于SMALL编译模式默认的data存储区里，此时它指向位于xdata存储区里的char型变量a的地址。,数据类型 存储类型1 * 存储类型2 变量名 = char *ptr = ,解：以char *ptr形式定义的指针变量，既可指向位于xdata存储区的char型变量a的地址，也可指向位于idata存储区的char型变量b的地址（由赋值操作关系决定）。,前两句与例1相同 char xdata a = A; char *ptr = ,第4章单片机的C51语言,例3：试解释以下指针定义的含义 char xdata a = A; char xdata *ptr = 【解】ptr是位于data存储区且固定指向xdata存储区的char型变量的指针变量，此时ptr的值为变量a的地址（不能像例2那样再将idata存储区的char型变量b的地址赋予ptr）。,第4章单片机的C51语言,例4：试解释以下指针定义的含义 char xdata a = A; char xdata *idata ptr = 【解】ptr是固定指向xdata存储区的char型变量的指针变量， 它自身存放在idata存储区中，此时ptr指向位于xdata存储区中的char型变量a的地址。,第4章单片机的C51语言,第4章单片机的C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,第4章单片机的C51语言,C51语言编程可胜任单片机的基本测量与控制任务。 对于某些特殊的I/O 接口处理、中断处理、强调程序执行速度等场合，仍希望采用汇编程序。 C51 编译器提供了与汇编语言程序的接口规则，可方便地实现C51 与汇编语言程序的相互调用。 本节仅讨论在C51中调用汇编函数和在C51中嵌入汇编代码两种方法。,概要,第4章单片机的C51语言,1. 在C51中调用汇编程序,1）程序的寻址，main.c中调用的max函数，如何与汇编文件中的相应代码对应起来；,2）参数传递，main.c中传递给max()函数的参数a和b，存放在何处可使汇编程序能够获取到它们的值；,3）返回值传递，汇编语言计算得到的结果，存放在何处可使C语言程序能够获取到。,C51程序中调用汇编语言，需要解决三个问题：,第4章单片机的C51语言,举例：在两个数据中选出较大的数据，并赋值给变量c。其中，要求选数任务采用汇编子程序完成。,1）程序的寻址问题,第4章单片机的C51语言,通过在汇编文件中定义同名的“函数”来实现。,第4章单片机的C51语言,2）参数传递问题,第4章单片机的C51语言,3）返回值传递问题,2. C51中嵌入汇编代码,程序中需要用到一些简短的汇编指令时，可以通过语句 “# pragma”嵌入汇编代码的办法实现。,第4章单片机的C51语言,#include void main(void) unsigned char i=0; /定义变量i #pragma asm/嵌入汇编代码 MOV R0,#0AH LOOP:INC A/累加器循环加1 DJNZ R0,LOOP #pragma endasm i=+ACC;/输出累加结果 ,说明： 汇编代码必须放在两条预处理命令#pragma asm和#pragma endasm之间，预处理命令必须用小写字母，汇编代码则大小写不限。 本实例可实现用汇编语句进行累加器A循环加1和将累加结果传递给C51变量的功能。,实例：,第4章单片机的C51语言,嵌入汇编代码时需要对编译器Keil进行一定设置，具体方法可结合教材P67和下图完成（说明略）。,第4章单片机的C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程,第4章单片机的C51语言,1. Keil的编译环境 Vision3,Keil是德国Keil Software公司的51单片机开发软件包，包括C编译器、汇编编译器、连接器、库管理及仿真调试器，通过一个windows下的uVisoin3集成开发环境组合起来。,第4章单片机的C51语言,在uVisoin3可以通过建立工程文件，将多个不同源程序文件组合起来（包括.ASM和.C文件），而Proteus中只能有1个.ASM源程序。,第4章单片机的C51语言,Vision3的软件界面包括4大组成部分，即菜单工具栏，工程管理窗口，文件窗口和输出窗口。,第4章单片机的C51语言,Vision3中共有11个下拉菜单。工具栏的位置和数量可以通过设置选定和移动。,第4章单片机的C51语言,工程管理窗口用于管理工程文件目录，它由5个子窗口组成：文件窗口，寄存器窗口，帮助窗口，函数窗口，模版窗口。,工程管理窗口：,第4章单片机的C51语言,输出窗口： 输出窗口用于编译过程中的信息交互作用，由3个子窗口组成：编译窗口，命令窗口，搜寻窗口。,第4章单片机的C51语言,信息窗口： 观察窗口（Watch 按压按键后为低电平。,实例1 独立按键识别,【要求】采用独立按键方式实现下述功能：开机时LED全熄，然后根据按键动作使相应灯亮，并将亮灯状态保持到按压其它键时为止。,第4章单片机的C51语言,独立按键每个按键都彼此独立地各占有一位I/O口线。特点是电路简单，但占用I/O口线较多。,第4章单片机的C51语言,为使按键抬起后LED能保持先前的点亮状态，需要在按键未压下期间禁止向P2输出P0状态值。,【分析】,参考程序如下：,第4章单片机的C51语言,void main( ) char key = 0; /定义按键变量 while(1) key = P0 /有按键动作时，P0状态值送P2 ,第4章单片机的C51语言,编程界面和运行界面分别如下图,第4章单片机的C51语言,实例1运行效果,实例2 键控流水灯,第4章单片机的C51语言,【要求】 K1为“启动键”，首次按压K1可产生“自下向上” 的流水灯运动; K2 为“停止键”，按压K2可终止流水灯的运动； K3和K4为“方向键”,分别产生 “自上向下”和 “自下向上” 运动。,第4章单片机的C51语言,思路分析：设立状态标志变量根据键值修改标志值根据标志值控制灯的亮灭,总体关系流程图,第4章单片机的C51语言,按键状态值： 无按键 xxxx 1111B 按压K1xxxx 1110B 按压K2xxxx 1101B 按压K3xxxx 1011B 按压K4xxxx 0111B,按键动作判断（P0 ,for (i=0; i=3; i+) P2 = led i; /移动,for (i=3; i=0; i- ) P2 = led i; /移动,查 表 方法,第4章单片机的C51语言,else,第4章单片机的C51语言,实例2原理图与程序界面图,实例2程序运行效果,第4章单片机的C51语言,实例3 混合编程,将实例2中C51的delay函数改用汇编语言实现，并完成系统的混合编程。,程序说明,分别编写汇编语言（delay.asm）与C51语言（实例3.c）两个程序文件，并将其添加到Keil的同一项目中。,第4章单片机的C51语言,C51部分与实例2基本相同,#include reg51.h unsigned char led=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7;/LED灯的花样数据 void delay(unsigned char time); void main() bit dir=0,run=0;/标志位定义及初始化 char i; while(1) switch (P0 /若run=0，灯全灭 ,第4章单片机的C51语言,delay.asm,与实例3.c文件中函数delay同名的子程序,汇编子程序的头部格式,;延时处理函数(汇编语言) PUBLIC _DELAY DE SEGMENT CODE RSEG DE _DELAY:MOV R0,#225 DEL2: DJNZ R0,DEL2 DJNZ R7,_DELAY RET END,第4章单片机的C51语言,实例3的全部程序及运行效果,第4章单片机的C51语言,4.5.1.2 LED数码管原理与编程,LED显示元件人机交互输出设备，其作用是指示中间运行结果与运行状态。,第4章单片机的C51语言,引脚配置,七段式LED数码管,（Proteus：7-Segment Display）,公共端接“0”,公共端接“1”,字符的显示码或字模与数码管的类型有关,第4章单片机的C51语言,共阴极型部分字符的显示码（字模）为：,七段LED数码管的标准显示字符为09，AF,显示字符,显示码（共阴）,其它字符：,0011 1000B = 0 x38,“L”字符的显示码,“H”字符的显示码,0111 0110B = 0 x76,第4章单片机的C51语言,实例4 LED数码管显示,在P0口连接一个共阴极数码管，使之循环显示09数字，间隔为500循环步。,分析： 将显示码循环输出到P0口即可实现循环显示。但由于数字09的显示段码没有规律可循，需要采取查表方式进行操作：,第4章单片机的C51语言,将显示码按序存放在一个数组中, 顺序号与代表的显示字符相对应（如，char led_mod =x1,x2,.,xn）； 通过查表语句（如，P0=led_modei）输出显示码。,第4章单片机的C51语言,参考程序,第4章单片机的C51语言,实例4仿真运行效果,第4章单片机的C51语言,实例5 （实验1 ）,根据如下共阴极型数码管电路，编程实现计数显示功能，即以十进制形式显示击键次数，次数大于99后重新由0开始。,个位LED接P2口，十位LED接P0口,按钮接P3.7，抬起时为1电平，按压时为0电平。,第4章单片机的C51语言,编程分析：,两个新问题： 问题1：如何将计数值拆解成个位和十位两个数？ 问题2 ：如何避免按键压下时被连续计数？,第4章单片机的C51语言,初始化： P2 = P0 = table0;,取模运算（%10）个位 整除10运算（/10）十位,P2 = tablecount%10;,P0 = tablecount/10;,拆解计数值方法,第4章单片机的C51语言,避免连续计数,方案1：更新后处理连击,方案2：更新前处理连击,第4章单片机的C51语言,参考程序,程序运行效果,第4章单片机的C51语言,第4章单片机的C51语言,4.1 C51的程序结构 4.2 C51的数据结构 4.3 C51与汇编语言的混合编程 4.4 C51仿真开发环境 4.5 C51初步应用编程 4.5.1 I/O端口的简单应用 4.5.2 I/O端口的进阶实践,第4章单片机的C51语言,4.5.2.1 数码管动态显示原理与编程,两种显示接口：静态显示接口和动态显示接口,静态显示接口：一个数码管的引脚独立占据一根I/O口线。 优点：被显示数据只要送入并行口后就不再需要CPU干预，因而显示效果稳定。 缺点：占用资源较多,第4章单片机的C51语言,所有数码管的输入端（段码线）对应并联在一个IO口上，而每位数码管的公共端（位码线）分别由一位IO线控制； 由IO口输出的显示码可被所有数码管收到，但只有满足位码线电平要求的数码管可被驱动。,动态显示接口,第4章单片机的C51语言,动态显示编程原理： 快速（如10ms）切换段码值和位码值，使每一时刻只有一只数码管被驱动。利用视力暂留特性，可获得连续显示效果。 优点：占用IO口资源较少（节省空间） 缺点：需要CPU不断进行干预（占用机时）,第4章单片机的C51语言,实例6,根据下图共阴极型数码管动态显示电路，编程实现显示字符“L2”的功能。,第4章单片机的C51语言,分析： Proteus中的双联LED数码管相当于两个并联的数码管。,7SEG-MPX2-CC-BLUE,Blue,2 Digit,7-segment Cathode Display,第4章单片机的C51语言,P2 “0 x38”, P3.1“1”，P3.0 “0”,P2 “0 x5b”, P3.1“0”，P3.0 “1”,P2led_mode0, P3 0000 0010B =2 P2led_mode1, P3 0000 0001B =1,led_mode =0 x38,0 x5b,程序主要部分,第4章单片机的C51语言,#include char led_mod = 0 x38,0 x5B; void delay(unsigned int time); void main() char led_point = 0; while (1) P3 = 2 - led_point; P2= led_modled_point; led_point = 1 - led_point; delay(30); ,完整程序,第4章单片机的C51语言,第4章单片机的C51语言,运行效果图,第4章单片机的C51语言,4.5.2.2 行列式键盘原理与编程,独立式键盘的电路简单，易于编程，但占用的I/O口线较多，当需要较多按键时可能产生IO口资源紧张问题。,独立式键盘电路,第4章单片机的C51语言,行列式键盘将I/O口分为行线和列线，按键跨接在行线和列线上，列线通过上拉电阻接正电源。,44行列式键盘,行列式键盘的特点：占用I/O口线少，但软件过程复杂。,第4章单片机的C51语言, 键盘列扫描,各行电平同时置1，各列电平轮流清0。,扫描码：key_scan = 0 xef, 0 xdf, 0 xbf, 0 x7f; 写P2: P2=key_scani;,行列式键盘编程原理（以P2口接44键盘为例）,第一次 1110 1111B 第二次 1101 1111B 第三次 1011 1111B 第四次 0111 1111B,= 0 xef = 0 xdf = 0 xbf = 0 x7f,扫描输出码,第4章单片机的C51语言,如果 (P2 ,第4章单片机的C51语言, 查找闭合键键号,for (j = 0 ; j 16 ;j+) if (P2= key_buf j) return j; ,键值数组 key_buf = 0 xee, 0 xde, 0 xbe, 0 x7e, 0 xed, 0 xdd, 0 xbd, 0 x7d, 0 xeb, 0 xdb, 0 xbb, 0 x7b, 0 xe7, 0 xd7, 0 xb7, 0 x77;,键号按照一定规则给按键分配的编号,闭合键键号: 闭合键值与键值数组相等时的查询号,第4章单片机的C51语言,实例7,功能要求：开机黑屏按下任意按键后，数码管上显示该键的键号（0F）若没有新键按下，维持前次按键结果。,行列式键盘+共阴极数码管,第4章单片机的C51语言,主程序流程图,void main(void) char key = 0; P0 = 0 x00; /开机黑屏 while(1) key = getKey(); /获得闭合键号 if (key != -1) P0 = led_modkey;/显示闭合键号 ,第4章单片机的C51语言,获取键号流程图,第4章单片机的C51语言,实例7完整程序,第4章单片机的C51语言,程序运行效果,第4章单片机的C51语言,按键在闭合和断开瞬间会因弹簧开关的变形产生电压波动,软件消抖法： 延时10ms后再次扫描按键状态。若仍判为“闭合”说明确有键压下；若为“非闭合”说明是误动作。,按键抖动波形,键盘消抖原理：,本章小结,C51变量定义必须考虑单片机的多空间存储结构。其一般定义格式为：【存储种类】数据类型【存储类型】变量名。 在Keil下进行C51编程的基本步骤是：建立工程输入源程序添加源程序【工程设置】编译源程序【动态调试 】 运行。 单片机I/O口基本编程应用包括按键（或开关）状态检测、发光二极管输出控制、数码管动态显示以及行列式键盘扫描编程等内容。,第4章单片机的C51语言,