第4章单片机C程序设计

单片机的C语言应用程序设计单片机的C语言应用程序设计1C语言与MCS-512C51数据类型及在MCS-51中的存储方式3C51数据的存储类型与MCS-51存储结构4MCS-51特殊功能寄存器(SFR)的C51定义5MCS-51并行接口的C51定义6位变量的C51定义单片机的C语言应用程序设计1C语言与MCS–51用汇编程序设计MCS–51系列单片机应用程序时，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正确、合理的使用以及按实际地址处理端口数据。用C语言编写MCS–51单片机的应用程序，虽然不像用汇编语言那样具体地组织、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。用C语言编写单片机应用程序与编写标准的C语言程序的不同之处就在于根据单片机存储结构及内部资源定义相应的C语言中的数据类型和变量，其它的语法规定、程序结构及程序设计方法都与标准的C语言程序设计相同。单片机的C语言应用程序设计用C语言编写的应用程序必须经单片机的C语言编译器(简称C51)，转换生成单片机可执行的代码程序。支持MCS–51系列单片机的C语言编译器有很多种。如AmericanAutomation、Auocet、BSO/TASKING、DUNFIELDSHAREWARE、KEIL/Franklin等。其中KEIL/Franklin以它的代码紧凑和使用方便等特点优于其它编译器。本章是针对这种编译器介绍MCS–51单片机C语言程序设计。单片机的C语言应用程序设计2C51数据类型及在MCS-51中的存储方式2.1C51的数据类型FranklinC51编译器具体支持的数据类型有：位型(bit)、无符号字符(unsignedchar)、有符号字符(singedchar)、无符号整型(unsignedint)、有符号整型(signedint)、无符号长整型(unsignedlong)、有符号长整型(signedlong)、浮点型(float)和指针类型等。单片机的C语言应用程序设计表1FranklinC51的数据类型数据类型长度(bit)长度(byte)值域bit110,1unsignedchar810~255signedchar81–128~127unsignedint1620~65535signedint162–32768~32767unsignedlong3240~4294967295signedlong324–2147483648~2147483647float324±1.176E–38~±3.40E+38(6位数字)double648±1.176E–38~±3.40E+38(10位数字)一般指针243存储空间0~65535单片机的C语言应用程序设计2.2C51数据在MCS-51中的存储方式位变量(bit)：与MCS-51硬件特性操作有关的可以定义成位变量。位变量必须定位在MCS-51单片机片内RAM的位寻址空间中。字符变量(char)：字符变量的长度为1byte即8位。这很合适MCS-51单片机，因为MCS-51单片机每次可处理8位数据。对于无符号变量(unsignedchar)的值域范围是0~255。对于有符号字符变量(signedchar)，最具有重要意义的位是最高位上的符号标志位(msb)。此位为1代表负，为0代表正。有符号字符变量和无符号字符变量在表示0~127的数值时，其含义是一样的，都是0~0x7F。负数一般用补码表示，即用11111111表示-1,用11111110表示-2……。当进行乘除法运算时，符号问题就变得十分复杂，而C51编译器会自动地将相应的库函数调入程序中来解决这个问题。单片机的C语言应用程序设计整型变量(int):整型变量的长度为16位。与8080和8086CPU系列不同，MCS-51系列单片机将int型变量的高位字节数存放在低地址字节中，低位字节数存放在高地址字节中。有符号整型变量(signedint)也使用msb位作符号标志位，并使用二进制补码表示数值。可直接使用几种专用的机器指令来完成多字节的加、减、乘、除运算。整型变量值0x1234以图7.1所示的方式存放在内存中。单片机的C语言应用程序设计图1整型数的存储结构…0x120x34…+0+1地址0x120x340x560x78….+0+1+2+3地址图2长整型变量的存储结构单片机的C语言应用程序设计浮点型变量(float):浮点型变量为32位，占4个字节，许多复杂的数学表达式都采用浮点变量数据类型。应用符号位表示数的符号，用阶码和尾数表示数的大小。用它们进行任何数学运算都需要使用由编译器决定的各种不同效率等级的库函数。FranklinC51的浮点变量数据类型的使用格式与IEEE-754标准有关，具有24位精度，尾数的高位始终为1，因而不保存，位的分布如下：●1位符号位。●8位指数位。●23位尾数。单片机的C语言应用程序设计符号位是最高位，尾数为低23位，内存中按字节存储顺序如下：地址+0+1+2+3内容MMMMMMMMMMMMMMMMEMMMMMMMSEEEEEEE其中，S为符号位，1表示负，0表示正；E为阶码；M为23位尾数，最高位为1。浮点变量值-12.5的十进制为：0xC1480000，它按图7.3所示方式存于内存中。单片机的C语言应用程序设计0x000x000x480xC1….+0+1+2+3地址图3浮点数的存储结构单片机的C语言应用程序设计在编程时，如果只强调运算速度而不进行负数运算时，最好采用无符号(unsigned)格式。无符号字符类型的使用：无论何时，应尽可能使用无符号字符变量，因为它能直接被MCS-51所接受。基于同样的原因，也应尽量使用位变量。有符号字符变量虽然也只占用一个字节，但需要进行额外的操作来进行测试代码的符号位。这无疑会降低代码效率。单片机的C语言应用程序设计使用简化形式定义数据类型。其方法是在源程序开头使用#define语句自定义简化的类型标识符。例如：#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint这样，在编程中，就可以用uchar代替unsignedchar，用uint代替unsignedint来定义变量。单片机的C语言应用程序设计3C51数据的存储类型与MCS-51存储结构表2C51存储类型与MCS-51存储空间的对应关系存储类型与存储空间的对应关系data直接寻址片内数据存储区，访问速度快(128字节)bdata可位寻址片内数据存储区，允许位与字节混合访问(16字节)idata间接寻址片内数据存储区，可访问片内全部RAM地址空间(256字节)pdata分页寻址片外数据存储区(256字节)由MOV@Ri访问(i=0,1)xdata片外数据存储区(64KB)由MOVX@DPTR访问code程序存储器64KB空间，由MOVC@DPTR访问MOVX单片机的C语言应用程序设计表3C51存储类型及其数据长度和值域存储类型长度(bit)长度(byte)值域范围data810~255idata810~255pdata810~255xdata1620~65535code1620~65535单片机的C语言应用程序设计带存储类型的变量的定义的一般格式为:数据类型存储类型变量名带存储类型的变量定义举例：chardatavar1；bitbdataflags；floatidatax,y,z；unsignedintpdatavar2；unsignedcharvector[3][4]；单片机的C语言应用程序设计表4存储模式说明存储模式说明SMALL默认的存储类型是data，参数及局部变量放入可直接寻址片内RAM的用户区中(最大128字节)。另外所有对象(包括堆栈)，都必须嵌入片内RAM。栈长很关键，因为实际栈长依赖于函数嵌套调用层数COMPACT默认的存储类型是pdata，参数及局部变量放入分页的外部数据存储区，通过@R0或@R1间接访问，栈空间位于片内数据存储区中LARGE默认的存储类型是xdata，参数及局部变量直接放入片外数据存储区，使用数据指针DPTR来进行寻址。用此数据指针进行访问效率较低，尤其对两个或多个字节的变量，这种数据类型的访问机制直接影响代码的长度单片机的C语言应用程序设计4MCS-51特殊功能寄存器(SFR)的C51定义MCS-51单片机中，除了程序计数器PC和4组工作寄存器组外，其它所有的寄存器均为特殊功能寄存器(SFR)，分散在片内RAM区的高128字节中，地址范围为80H~0FFH。SFR中有11个寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址都能被8整除，即字节地址是以8或0为尾数的。为了能直接访问这些SFR，FranklinC51提供了一种自主形式的定义方法，这种定义方法与标准C语言不兼容，只适用于对MCS-51系列单片机进行C语言编程。特殊功能寄存器C51定义的一般语法格式如下：sfrsfr-name=intconstant；单片机的C语言应用程序设计sfr是定义语句的关键字，其后必须跟一个MSC-51单片机真实存在的特殊功能寄存器名，=后面必须是一个整型常数，不允许带有运算符的表达式，是特殊功能寄存器sfr-name的字节地址，这个常数值的范围必须在SFR地址范围内，位于0x80~0xFF。例如：sfrSCON=0x98；/*串口控制寄存器地址98H*/sfrTMOD=0x89；/*定时器/计数器方式控制寄存器地址89H*/单片机的C语言应用程序设计MCS-51系列单片机的特殊功能寄存器的数量与类型不尽相同，因此建议将所有特殊的sfr定义放入一个头文件中，该文件应包括MCS-51单片机系列机型中的SFR定义。C51编译器的reg51.h头文件就是这样一个文件。在新的MCS-51系列产品中，SFR在功能上经常组合为16位值，当SFR的高字节地址直接位于低字节之后时，对16位SFR的值可以直接进行访问。例如52子系列的定时器/计数器2就是这种情况。为了有效地访问这类SFR，可使用关键字sfr16来定义，其定义语句的语法格式与8位SFR相同，只是=后面的地址必须用16位SFR的低字节地址，即低字节地址作为sfr16的定义地址。单片机的C语言应用程序设计例如：sfr16T2=0xCC/*定时器/计数器2：T2低8位地址为0CCH，T2高8位地址为0CDH*/这种定义适用于所有新的16位SFR，但不能用于定时器/计数器0和1。对于位寻址的SFR中的位，C51的扩充功能支持特殊位的定义，像SFR一样不与标准C兼容，使用sbit来定义位寻址单元。单片机的C语言应用程序设计第一种格式：sbitbit-name=sfr-name^intconstant；sbit是定义语句的关键字，后跟一个寻址位符号名(该位符号名必须是MCS-51单片机中规定的位名称)，=后的sfr-name必须是已定义过的SFR的名字，^后的整常数是寻址位在特殊功能寄存器sfr-name中的位号，必须是0~7范围中的数。例如：sfrPSW=0xD0；/*定义PSW寄存器地址为D0H*/sbitOV=PSW^2；/*定义OV位为PSW.2，地址为D2H*/sbitCY=PSW^7；/*定义CY位为PSW.7，地址为D7H*/单片机的C语言应用程序设计第二种格式：sbitbit-name=intconstant^intconstant；=后的intconstant为寻址地址位所在的特殊功能寄存器的字节地址，^符号后的intconstant为寻址位在特殊功能寄存器中的位号。例如：sbitOV=0XD0^2；/*定义OV位地址是D0H字节中的第2位*/sbitCY=0XD0^7；/*定义CY位地址是D0H字节中的第7位*/单片机的C语言应用程序设计第三种格式：sbitbit-name=intconstant；=后的intconstant为寻址位的绝对位地址。例如：sbitOV=0XD2；/*定义OV位地址为D2H*/sbitCY=0