第4章 C语言基础与C51程序设计

【学习目标】熟记C51的关键字和数据类型，熟练应用C51的运算符和表达式；掌握C语言的程序结构，中断服务程序编写方法，绝对地址访问方法；理解变量的存储种类和存储类型，理解中断服务程序与调用子程序的区别；熟悉C51程序设计及应用技巧，了解C语言与汇编语言混合编程的方法。第4章C语言基础与C51程序设计1．C51程序结构汇编语言虽然有执行效率高的优点，但其可读性和可移植性差，编程效率低。这些都使它的编程和维护极不方便，从而导致了整个系统的可靠性也较差。而使用C语言进行单片机应用系统的开发，有着汇编语言编程不可比拟的优势。C语言的特点：语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。运算符丰富。数据结构丰富。具有现代化语言的各种数据结构。可进行结构化程序设计。可以直接对计算机硬件进行操作。生成的目标代码质量高，程序执行效率高。可移植性好。4.1C51语言概述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()函数和若干个其它的功能函数。不管main()函数放于何处，程序总是从main()函数开始执行，执行到main()函数结束则结束。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，程序的开始部分一般是预处理命令、函数说明和变量定义等。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程序在以下几个方面不一样：（1）C51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；（2）C51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；（3）C51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；（4）C51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；（5）C51与标准C在函数使用方面也有一定的区别，C51中有专门的中断函数。用C语言编写MCS-51单片机程序与用汇编语言编写MCS–51单片机程序不一样。用汇编语言编写MCS–51单片机程序必须要考虑其存储器结构，尤其必须考虑其片内数据存储器与特殊功能寄存器的使用以及按实际地址处理端口数据。用C语言编写的MCS–51单片机应用程序，则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，否则编译器不能正确地映射定位。2.C语言与MCS-51单片机现在支持MCS-51单片机的C语言编译器有很多种，如AmericanAutomation、Avocet、BSO/TASKING、DUNFIELDSHAREWARE、KEIL/Franklin等。各种编译器的基本情况相同，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他编译器，使用特别广泛。4.2C51语言的基本语法我们要通过C51语言进行单片机应用程序的开发，首先就要掌握C51语言的语法。C51语言的语法主要包括：C51标识符和关键字；C51数据类型;变量的存储种类及存储类型;绝对地址访问;C51运算符和表达式。与标准的C语言相比，C51针对于单片机的关键字、数据类型及绝对地址访问方式增加的部分，在本节中都将进行详细的介绍。标识符用来标识源程序中某个对象的名字，这些对象可以是语句、数据类型、函数、变量、数组等。C语言是区分大小写的一种高级语言，如果要定义一个变量，可以写作“a”，如果程序中有“A”，那么这两个是完全不同定义的标识符。标识符是由字母、数字和下划线等组成的字符串，应该注意的是第一个字符必须是字母或下划线。关键字则是编程语言保留的特殊标识符，它们具有固定名称和含义，在程序编写中不允许将关键字另作他用。C51中的关键字除了有ANSIC标准的32个关键字外，还根据C51单片机的特点扩展了相关的关键字。4.2.1C51的标识符和关键字表4.1C51编译器的扩展关键字关键字用途说明bit位标量声明声明一个位标量或位类型的函数sbit位标量声明声明一个可位寻址变量sfr特殊功能寄存器声明声明一个特殊功能寄存器sfr16特殊功能寄存器声明声明一个16位的特殊功能寄存器data存储器类型说明直接寻址的内部数据存储器bdata存储器类型说明可位寻址的内部数据存储器idata存储器类型说明间接寻址的内部数据存储器pdata存储器类型说明分页寻址的外部数据存储器xdata存储器类型说明外部数据存储器code存储器类型说明程序存储器interrupt中断函数说明定义一个中断函数reentrant再入函数说明定义一个再入函数using寄存器组定义定义芯片的工作寄存器_at_地址定位为变量进行存储器绝对空间地址定位alien函数特性说明用于声明与PL/M51兼容的函数compact存储器模式制定使用外部分页寻址数据存储器空间large存储器模式制定使用MCS-51外部数据存储器空间small存储器模式制定使用MCS-51内部数据存储器空间_priority_多任务优先声明规定RTX51或RTX51Tiny的任务优先级_task_任务声明定义实时多任务函数C51的数据类型分为基本数据类型和组合数据类型，情况与标准C中的数据类型基本相同，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单片机的特殊功能寄存器型和位类型。4.2.2C51的数据类型数据类型长度大小unsignedchar1字节0～255char1字节-128～+127unsignedint2字节0～65535int2字节-32768～+32767unsignedlong4字节0～4294967295long4字节-2147483648～+2147483647float4字节±1.75494E-38～±3.402823E+38*1～3字节对象的地址bit位0或1sfr1字节0～255sfr162字节0～65535sbit位0或11．字符型char有signedchar和unsignedchar之分，默认为signedchar。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signedchar，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-128~+127；对于unsignedchar，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0~255。unsignedchar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。2．int整型分singedint和unsignedint。默认为signedint。它们的长度均为2个字节，用于存放一个双字节数据。对于signedint，用于存放两字节带符号数，补码表示，数的范畴为-32768~+32767。对于unsignedint，用于存放两字节无符号数，数的范围为0~65535。3．long长整型分singedlong和unsignedlong。默认为signedlong。它们的长度均为四个字节，用于存放一个四字节数据。对于signedlong，用于存放四字节带符号数，补码表示，数的范畴为-2147483648~+2147483647。对于unsignedlong，用于存放四字节无符号数，数的范围为0~4294967295。4．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，包含指数和尾数两部分，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，由于尾数的整数部分隐含为“1”，所以尾数的精度为24位。5．*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1~3个字节。6．特殊功能寄存器型这是C51扩充的数据类型，用于访问MCS-51单片机中的特殊功能寄存器数据，它分sfr和sfr16两种类型。其中：sfr为字节型特殊功能寄存器类型，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寄存器；sfr16为双字节型特殊功能寄存器类型，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寄存器。在C51中对特殊功能寄存器的访问必须先用sfr或sfr16进行声明。7．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”。区别：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。sfrP0=0x80;/*因P0口的寄存器是可位寻址的*/sbitP0_0=P0^0;/*所以P0_0为P0中的P0.0引脚*/除了以上定义方式外，还可以用P0.0的地址去写，如：sbitP0_0=0x80;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：bitcharintlongfloatsignedunsigned也就是说，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基本数据类型之外，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，在后面将相继介绍。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0x开头表示，如0x12表示十六进制数12H。长整数。在C51中当一个整数的值达到长整型的范围，则该数按长整型存放，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。补充：C51的运算量二．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。常用的转义字符如下表所示。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（