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1、单片机的C51语言,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程,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。,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,C51与标准C语言对比相同之处：语法规则、程序结构、编程方法差异之处：数据类型
2、、存储模式、中断处理教学安排：介绍C51语言的数据结构及C51编程手段；介绍单片机I/O口的初步应用及C51编程方法。,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程,C51单片机软件系统结构,Project（可包含若干程序文件）,Keil C51（Vionsion3）,Main（函数）,File_1（*.c）,Func_k（函数）,.,File_n（*.*）,Func_1（函数）,Func_n（函数）,.,用户编程,编译系统,程序由函数组成（一个主函数，或一个主函数和若干自定义函数）；利用预处理命令对变量或函数进行集中定义或说明；函数和变量都需遵循
3、先定义后使用的基本原则；主函数中的所有语句执行完毕,则程序结束。,C51与标准C程序结构完全相同,举例：LED闪烁控制功能,预处理命令-,函数说明-,全局变量定义-,主函数-,调用函数-,局部变量定义-,程序体,程序体-,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 1.C51的变量 2.C51的指针3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程,在程序执行过程中，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,在哈佛结构的存储空间中如何建立变量概念？,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,*方括号项可以缺省,C51变量定义的四个要素:,自动变
4、量（auto）在函数内部定义的变量，退出函数后，分配给该变量的存储单元即自行消失（局部变量）。,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,外部变量（extern）在函数外部定义的变量，可始终保持变量的数值（全局变量）。【强调】一个外部变量只能被定义一次，在定义文件之外的地方使用时需用extern进行声明。,静态变量（static）静态局部变量/静态全局变量 寄存器变量（register）以寄存器为存储空间的变量,*若省略存储种类选项，则变量默认为自动变量,数据的不同格式叫做数据类型,*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,C51扩充
5、数据类型：bit、sfr或sfr16、sbit,bit 型,用bit 定义一个位变量，语法规则如下：,bit bit_name=常数01;,例如：bit door=0;/定义一个叫door的变量且初值为0,与标准C的变量定义及初始化用法是一致的，例如：int a=5;unsigned char sum=0 x10;,Sfr或sfr16型,sfr定义特殊功能寄存器SFR，语法规则如下：sfr 或 sfr16 sfr_name=字节地址常数;,例如，sfr P0=0 x80;/定义P0口地址80Hsfr PCON=0 x87;/定义PCON地址87H sfr16 DPTR=0 x82;/定义DPT
6、R的低端地址82H,sbit型,将SFR范围内的位地址（0 x800 xFF）定义为位变量,1）sbit bit_name=位地址常数;将位于SFR字节地址内的绝对位地址定义为位变量名。例如，sbit CY=0 xD7;,2）sbit bit_name=sfr_name 位位置;将已有定义的SFR的07位定义为位变量名。例如:sfr PSW=0 xD0;sbit CY=PSW7;,3）sbit bit_name=sfr字节地址 位位置;将SFR字节地址的相对位地址定义为位变量名。例如:sbit CY=0 xD07;,C51编译器在头文件“reg51.h”中定义了全部sfr/sfr16和sbit
7、变量。,用一条预处理命令#include 把这个头文件包含到C51程序中，无需重定义即可直接使用它们的名称。,应用举例：,51系列单片机有三个逻辑存储空间：,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,片内数据存储器，片外数据存储器和程序存储器。,建立C51存储类型与存储空间的对应关系,data区,xdata区,code区,bdata区,C51的存储类型与存储空间对应关系表,C51编译器指定了三种默认存储类型：,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,C51编译器的三种编译模式：小编译模式（SMALL）、紧凑编译模式（COMPACT）和大编译模式（LARGE）,变量名可以由字母、数字和下划线三种字
8、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,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,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。,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,位与片内RAM区,无符号字符型,自动型,初值为零,unsigned char bdata stat
9、us_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。,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 1.C51的变量 2.C51的指针3 C51与汇编语言的混合编程 4 C51仿真开发环境 5 C51初步应用编程,C51的指针与标准C的指针几乎是一样的
10、，都可以简单理解为“存储地址的变量”，例如：,2.C51的指针,int*b=,int a;/定义一个整型变量a,/定义一个整型指针变量b，其初值为a的地址,在C51里定义指针，还需要额外指明两个问题：1）指针变量自身位于哪个存储区域；2）该指针的值代表的是哪个存储区域里的地址。,以SMALL编译模式（默认data区存储类型）为例：,例1 char xdata a=A;/定义xdata区里的变量a，初值A char*ptr=,解：ptr是一个char型的指针变量，它本身位于data存储区，它的初值是位于xdata区里变量a的地址。,【存储种类】数据类型【存储类型】变量名,解：unsigned c
11、har idata a=A;,例2 若ptr是一个unsigned char型指针变量，它本身位于idata存储区，它的初值是位于idata存储区里的unsigned char型自动变量a（初值为A）的地址。试据此完成相关变量的定义和初始化。,unsigned char*idata ptr=,C51提供两种指针：通用指针和具体指针通用指针 占用3字节 而对于data idata pdata 数据类型，实际只需要2字节。通用指针代码比具体指针代码的执行速度要慢。具体指针 使用者规定指针指向存储区段的指针：Char data*str;指针指向data区中的char型数据 1字节 int xdata
12、*prt；指针指向xdata区中的int型数据 2字节 使用具体指针可节省存储空间，代码执行速度快。,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 3 C51仿真开发环境 1、Keil的编译环境 Vision3 2、Vision3的基本使用方法4 C51初步应用编程,Keil是德国Keil Software公司的51单片机开发软件包，包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理及仿真调试器，通过一个集成开发环境（uVisoin3）组合起来。,Vision3的软件界面包括四大组成部分，即菜单工具栏，项目管理窗口，文件窗口和输出窗口。,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
13、移动。,项目管理窗口用于管理项目文件目录，它由五个子窗口组成，可以通过子窗口下方的标签进行切换，它们分别是：文件窗口，寄存器窗口，帮助窗口，函数窗口，模版窗口。,项目管理窗口：,输出窗口：输出窗口用于编译过程中的信息交互作用，由三个子窗口组成，可以通过子窗口下方的标签进行切换，它们分别是：编译窗口，命令窗口，搜寻窗口。,信息窗口：观察窗口（Watch&Call Statck Windows）输出窗口（Output Windows）存储器窗口（Memory Window）反汇编窗口（Dissambly Window）串行窗口（Serial Window）,1 C51的程序结构 2 C51的数据结
14、构 3 C51仿真开发环境 1、Keil的编译环境 Vision3 2、Vision3的基本使用方法4 C51初步应用编程,输入源程序建立工程对工程进行详细设置 将源程序变为目标代码运行调试。,使用方法,（1）源文件的建立点击新建文件按钮打开一个新的文本编缉窗口，输入程序源代码，以*.c保存该文件。,（2）建立工程文件,点击“Project-New Project”菜单，在编缉框中输入一个名字（设为exam1），无需扩展名。,选择目标CPU（Intel系列的80C51BH）,添加源程序（右击“Source Group1”点击“Add file to Group”Source Group1”添加
15、生成的.c文件）,（3）工程设置,右击Project 窗口的Target 1选择“Project-Option for target target1”工程设置对话框,设置对话框中的OutPut 页面（勾选“Creat Hex file”）,（4）编译、连接产生目标代码（hex文件）,点击F7或工具按钮启动编译、连接功能。,完成后将在命令窗口中显示编译结果,若有语法错误，双击出错提示可指出错误所在行号,(5)一般调试过程,启动调试过程Ctrl+F5、Debug-Start/Stop Debug Session 开始调试详见下页 结束调试、Debug-Stop Running,调试工具栏,复位,运
16、行到光标行,执行完当前子程序,过程单步,单步,暂停,运行,调试菜单栏,快捷键,指向下条运行行,基本调试手段：1、运行到光标行从当前行运行到光标所在行（Ctrl+F10）2、严格单步运行遇到函数时亦单步进行（F11）3、跨函数单步运行遇到函数时将其视作一行语句（F10）4、断点运行 全速运行到断点行停止（双击设置/解除断点）5、监视输出端口打开IO窗口（Peripherals-I/O-Ports）6、监视运行变量打开Watch#1窗口（点击）,将调试通过的*.hex文件加载到*.DSN文件中后即可运行,Keil与Proteus的联合仿真运行（需要关联设置）,1 C51的程序结构 2 C51的数据
17、结构 3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程 1 IO端口的简单应用 1.1 基本输入输出单元与编程 1.2 LED数码管原理与编程 2 IO端口的进阶实践,基本输入输出单元与编程,输出单元：发光二极管（LED）作为输出显示设备具有电路简单、功耗低、寿命长、响应速度快等特点。,低电平驱动,限流电阻R=1001k,高电平驱动,灌电流,拉电流,输入单元：按键或开关是最基本的输入设备。,【强调】P0口为漏极开路结构需要外接上拉电阻 P0 P3为准双向IO口读引脚前需先写1,实例1 独立按键识别,【要求】开机时LED全熄，然后根据按键动作使相应灯亮，并将亮灯保持到下次按键动作时为止。,独立按键
18、每个按键都彼此独立，且各占有一根I/O口线。,按键的闭合电平为0，但LED的驱动电平为1，故不能直接将P0口的状态送到P1口，而应使其先取反再送出；,为使按键抬起后LED能保持先前的点亮状态，需要在按键都未压下期间禁止向P1送出P0状态值。,【分析】,为避免P0口未使用端口产生的不利影响，应对其高4位清零。,参考程序如下,“取反”操作的优先级高于“与”操作,编程界面和运行界面分别如下图,实例2 键控流水灯,【要求】K1为“开始键”，可使K3和K4有效，初值为“自下向上”运动;K2 为“停止键”，可使K3和K4失效，并使全灯关闭；K3和K4为“方向键”,分别对应“自上向下”和“自下向上”运动。,
19、分析整体关系,分析局部关系（获取按键状态）,分析局部关系（修改状态标志）,对应功能：启停=1,启停=0,方向=1,方向=0,switch(表达式）case 常量表达式1：语句1;case 常量表达式2：语句2;case 常量表达式n：语句n;default:语句n+1;,1#4#的键值：0 x0e,0 x0d,0 x0b,0 x07,分析局部关系（LED循环控制）,建立LED显示码数组=01，02，04，08,循环4次？,N,结束,延时,Y,LED环节,自右向左循环输出状态码,循环4次？,N,结束,延时,Y,LED环节,自左向右循环输出状态码,参考程序如下,if(P0,Keil项目和程序界面如
20、下图所示,.1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程 1 IO端口的简单应用 1.1 基本输入输出单元与编程 1.2 LED数码管原理与编程 2 IO端口的进阶实践,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。,com为公共端,共阳极LED,共阴极LED,引脚配置,七段式LED显示器,（7-Segment Display）,LED的亮暗组合（显示码）能形成不同的显示字符,以共阴极为例，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0-9，A-F,实例3 LED数码管显示,在P0口连接一个共阴极数码管，使之
21、循环显示0-9数字。,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：,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）通过循环变量指定待送出的数组元素,参考程序,实例4 计数显示器,对按键动作进行计数和显示，达到99后重新由1开始计数。,个位LED接P2口；十位LED接P0口（上拉电阻）,分析：,读P3.7口，进行加1计数和超界处理；拆分计数器数值个位、十位；查找/输出显示码到P0和P2口。,计数值拆分：取模运算（%）个位整除10运算（/）十位,查找/输出显示码：
22、按拆分值输出相应数组元素,参考程序,（接前页）,程序运行效果,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程 1 IO端口的简单应用 2 IO端口的进阶实践 2.1 数码管动态显示原理与编程 2.2 行列式键盘原理与编程,静态显示接口和动态显示接口,静态显示接口：一个并行口接一个数码管。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,动态显示接口：将所有数码管的段码线对应并联起来接在一个8位并行口上，而每位数码管的公共端分别由一位I/O线控制。,工作原理：轮流显示，即每一时刻只有一只显示器工作。当时间间隔很
23、小（如10ms）时，人眼的暂留特性无闪烁的连续显示。优点：占用资源较少缺点：占用机时较多（需要CPU随时刷新显示值）,实例5 数码管动态显示,采用共阴极动态LED显示原理，实现如下功能：SW1向下拨时显示字符“L2”，向上拨时显示字符“H3”。,分析：Proteus中的双联LED数码管相当于两个并联的数码管。,如果不考虑switch，动态显示“L2”的程序可以如下：,完整的源程序,需要数码管指针led_point和开关状态标志switch_sta的配合才能实现两个显示值的切换功能。,运行效果图,1 C51的程序结构 2 C51的数据结构 3 C51仿真开发环境 4 C51初步应用编程 1 IO
24、端口的简单应用 2 IO端口的进阶实践 2.1 数码管动态显示原理与编程 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IO口线较多，当需要较多按键时可能产生IO资源紧张问题。,独立式键盘,独立式键盘与行列式键盘,行列式键盘将IO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。,行列式键盘,特点：占用IO口线较少，但软件将较为复杂。,键值（按键闭合时的数值），键模（按键代表的数值）,判断哪一行有键压下写端口（0 xf0）：行线电平=0；列线电平=1。读端口进行判断：若P3=0 xf0没有按键压下；若P30 xf0某行有键压下K1,键盘扫描原理（以P3
25、口为例）：,判断哪一列有键压下写端口（0 x0f）：行线电平=1；列线电平=0。读端口进行判断：若P3=0 x0f没有按键压下；若P3 0 x0f某列有键压下K2,将K1与K2相“与”并存于K2（形成键值）闭合键所在行、列的状态均为1，其余皆为0。,整个键盘的键值：0 x11、0 x21、0 x41、0 x810 x12、0 x22、0 x42、0 x820 x14、0 x24、0 x44、0 x840 x18、0 x28、0 x48、0 x88,第一行的键值：00010001、00100001、01000001、10000001,利用查表比对法求出闭合按键的键模。,将各键的键值依次存放在一个
26、数组中，其顺序号就是键模。,利用循环变量i控制比对过程，两者相等时的i就是闭合键的键模。,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,软件消抖做法：延时10ms后再次扫描按键状态；若仍为“闭合”真有键压下；若为“非闭合”误动作。,按键抖动波形,键盘消抖原理：,此法也可用于按键释放处理。,行列式键盘扫描流程,实例6 行列式键盘,按下任意按键后，LED显示器上显示该键的键模（0F）。,分析：需要考虑以下三个关键环节：获得按键的键值 检测流程图获得闭合按键的键模 查表比对获得闭合按键的字模 查表思路,参考程序,/关闭LED数码管,程序运行效果,本章小结,C51的数据类型与变量的定义，都必须考虑单片机的存储结构。在Keil下进行C51开发的基本步骤是：建立项目输入源程序设置编译参数编译连接下载调试。单片机IO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。,
