1、单片机C语言及程序设计单片机C语言及程序设计4.1 C51概述“C51”概念：为了与ANSI C区别，把“单片机C语言”称为“C51”，也称为“Keil C”。 用汇编语言编写单片机程序时，必须要考虑其存储器的结构，尤其要考虑其片内数据存储器、特殊功能寄存器是否正确合理的使用，以及按照实际地址端口数据的处理。 4.1.2 C语言与ANSI 的区别用C51编写程序，虽然不像汇编语言那样需要具体地组织、分配存储器资源，但是C51对数据类型和变量的定义，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C51编写单片机程序，与用ANSI C编写程序的不同之处是，需要根据单片机存储器结
2、构及内部资源，定义相应的数据类型和变量。 其它的语法规定、程序结构及程序设计方法，都与ANSI C相同。所以本章主要介绍C51各种变量的定义、指针定义、函数定义和混合编程。 4.1.3 C51扩展的关键字由于单片机在结构及编程上的特殊要求，C51有自己的特殊关键字，称之为C51扩展的关键字，下面给出常用的C51扩展的关键字。 _at_ bdata bit code data idata interrupt pdata reentrant sbit sfr sfr16 using volatile xdata 4.2 C51数据类型及存储表4-1 C51数据类型、长度和数值范围数据类型表示方法长
3、 度数 值 范 围无符号字符型unsigned char1字节0255有符号字符型signed char1字节-128127无符号整型unsigned int2字节065535有符号整型signed int2字节-3276832767无符号长整型unsigned long4字节0有符号长整型signed long4字节-浮点型float4字节1.1755E-383.40E+38特殊功能寄存器型Sfrsfr161字节2字节0255065535位类型bit、sbit1位0或1数据类型转换 1）自动转换 转换规则是向高精度数据类型转换、向有符号数据类型转换。如字符型变量与整型变量相加时，则位变量先转
4、换字符型或整型数据，然后相加。 2）强制转换 像ANSI C一样，通过强制类型转换的方式进行转换。如： unsigned int b; float c; b=(int)c; 4.2.2 C51数据的存储MCS-51单片机只有bit和unsigned char两种数据类型支持机器指令，而其它类型的数据都需要转换成bit或unsigned char型进行存储。 为了减少单片机的存储空间和提高运行速度，要尽可能地使用unsigned char型数据。 一、位变量的存储 bit和sbit型位变量，直接存于RAM的位寻址空间，包括低128位和特殊功能寄存器位。 二、字符变量的存储 字符变量（char）：
5、无论是unsigned char数据还是signed char数据，均为1个字节，能够被直接存储在RAM中，可以存储在00x7f区域，也可以存储在0x800xff区域，与变量的定义有关。 unsigned char数：可直接被MSC-51接受地址低高:3412: signed char数据：用补码表示。需要额外的操作来测试、处理符号位，使用的是两种库函数，代码量大，运算速度降低。 三、整型变量的存储 整型变量（int）：不管是unsigned int数据还是signed int数据，均为2个字节，其存储方法是高位字节保存在低地址（在前面），低位字节保存在高地址（在后面） 。例如，整型变量的值为
6、0x1234，在内存中的存放如右图所示。 signed int数据用补码表示。四、长整型变量的存储 长整型变量（long）为4个字节，其存储方法与整型数据一样，是最高位字节保存的地址最低（在最前面），最低位字节保存的地址最高（在最后面）。如长整型变量的值为0x，在内存中的存放方法如右图所示。地址低高:78563412:不管是unsigned long数据还是signed long数据。五、浮点型变量的存储 浮点型变量（fload）占4个字节，用指数方式表示，其具体格式与编译器有关。 对于Keil C，采用的是IEEE-754标准，具有24位精度，尾数的最高位始终为1，因而不保存。具体分布为：1
7、位符号位，8位阶码位，23位尾数，如下图所示。 字节地址0123浮点数内容SEEEEEEEEMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM符号和阶码尾数高位尾数低位符号位S：1表示负数，0表示正数。地址低高:000048C1: 阶码：用移码表示。如，实际阶码-126用1表示，实际阶码0用127表示，即实际阶码数加上127得到阶码的表达数。阶码数值范围：-126+128。例如浮点数-12.5 符号位为1，12.5的二进制数为1100.1=1.1001E+0011，阶码数值为3+127=130=B，尾数为1001。 因此，其十六进制数为0xC，则存储结构如右图所示。 4.3 C51变量的定义及数据
8、存储区域4.3.1 C51变量的定义C51变量定义的一般格式为： 存储类型 数据类型 存储区变量名1=初值 ,变量名2=初值 ,或 存储类型 存储区 数据类型 变量名1=初值 ,变量名2=初值 , 可见变量（非位变量）的定义由4部分组成，即在变量定义时，指定变量4种属性。 数据类型：在前面的4.2中已经叙述过，对于变量名也无须多说，下面主要解释“存储类型”和“存储区”等概念。 4.3.2 C51变量的存储类型存储类型这个属性我们仍沿用ANSI C的说法，尽量不改变原来的含义。 按照ANSI C，C语言的变量有4种存储类型： 动态存储（auto） 静态存储（static） 全局存储（extern
9、） 寄存器存储（register） 一、动态存储 动态（存储）变量：用auto定义的为动态变量，也叫自动变量。 作用范围：在定义它的函数内或复合语句内部。 当定义它的函数或复合语句执行时，C51才为变量分配存储空间，结束时所占用的存储空间释放。 定义变量时，auto可以省略，或者说如果省略了存储类型项，则认为是动态变量。动态变量一般分配使用寄存器或堆栈。 二、静态存储 静态（存储）变量：用static定义的为静态变量。分为内部静态和外部静态变量。 内部静态变量：在函数体内定义的为内部静态变量。 在函数内可以任意使用和修改，函数运行结束后会一直存在，但在函数外不可见，即在函数体外得到保护。 外部
10、静态变量：在函数体外部定义的为外部静态变量。在定义的文件内可以任意使用和修改，外部静态变量会一直存在，但在文件外不可见，即在文件外得到保护。 三、外部存储 外部（存储）变量：用extern声明的变量为外部变量，是在其它文件定义过的全局变量。 用extern声明后，便可以在所声明的文件中使用。 需要注意的是：在定义变量时，即便是全局变量，也不能使用extern定义。 四、寄存器存储 寄存器（存储）变量：用register定义的变量为寄存器变量。 寄存器变量存放在CPU的寄存器中，这种变量处理速度快，但数目少。 C51中的寄存器变量： C51的编译器在编译时，能够自动识别程序中使用频率高的变量，并
11、将其安排为寄存器变量，用户不用专门声明。 4.3.3 C51变量的存储区域变量的存储区属性是单片机扩展的概念，非常重要，它涉及到7个新的关键字。 MCS-51单片机有四个存储空间，分成三类，它们是片内数据存储空间、片外数据存储空间和程序存储空间。 MCS-51单片机有更多的存储区域：由于片内数据存储器和片外数据存储器又分成不同的区域，所以单片机的变量有更多的存储区域。 在定义变量时，必须明确指出是存放在哪个区域。表4-2 C51存储区与存储空间的对应关系关键字对应的存储空间及范围codeROM空间，64KB全空间data片内RAM，直接寻址，低128字节bdata片内RAM，位寻址区0x200
12、x2f，可字节访问idata 片内RAM，间接寻址，256字节，与 Ri 对应pdata片外RAM，分页寻址的256字节(P2不变)， P2改变可寻址64KB全空间，与MOVX Ri 对应xdata片外RAM，64KB全空间bit片内RAM位寻找区，位地址0x000x7f，128位4.3.4 C51变量定义举例1）定义存储在data区域的动态unsigned char变量： unsigned char data sec=0, min=0, hou=0; 2）定义存储在data区域的静态unsigned char变量： static unsigned char data scan_code=0x
13、fe; 3）定义存储在data区域的静态unsigned int变量： static unsigned int data dd; 4）定义存储在bdata区域的动态unsigned char变量： unsigned char bdata operate, operate1; /定义指示操作的可位寻址的变量 5）定义存储在idata区域的动态unsigned char数组： unsigned char idata temp20; 6）定义在pdata区域的动态有符号int数组： int pdata send_data30; /定义存放发送数据的数组 7）定义存储在xdata区域的动态unsign
14、ed int数组： unsigned int xdata receiv_buf50; /定义存放接受数据的数组 8）定义存储在code区域的unsigned char数组： unsigned char code dis_code10= 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /定义共阴极数码管段码数组4.3.5 C51变量的存储模式存储模式：如果在定义变量时缺省了存储区属性，则编译器会自动选择默认的存储区域，也就是存储模式。 变量的存储模式也就是程序（或函数）的编译模式。 编译模式分为三种：小模式（small）、紧凑模式（
15、compact）和大模式（large）。编译模式由编译控制命令决定。存储模式（编译模式）决定了变量的默认存储区域和参数的传递方法。 一、small模式 在small模式下，变量的默认存储区域是“data”、“idata”，即未指出存储区域的变量保存到片内数据存储器中，并且堆栈也安排在该区域中。 small模式的特点：存储容量小，但速度快。 在small模式下参数的传递：通过寄存器、堆栈或片内数据存储区完成的。 二、compact模式 在compact模式下，变量的默认存储区域是“pdata”，即未指出存储区域的变量保存到片外数据存储器的一页中，最大变量数为256字节，并且堆栈也安排在该区域中。
16、 compact模式的其特点：是存储容量较small模式大，速度较small模式稍慢，但比large模式要快。 在compact模式下参数的传递：通过片外数据区的一个固定页完成的。 三、large模式 在large模式下，变量的默认存储区域是“xdata”，即未指出存储区域的变量保存到片外数据存储器，最大变量数可达64KB，并且堆栈也安排在该区域中。 large模式的特点：存储容量大，速度慢 large模式下参数的传递方式：参数的传递也是通过片外数据存储器完成的。 C51支持混合模式：即可以对函数设置编译模式，所以在large模式下，可以对某些函数设置为compact模式或small模式，从而
17、提高运行速度。 默认编译模式：如果文件或函数未指明编译模式，则编译器按small模式处理。 编译模式控制命令： “#pragma small(或compact、large)”应放在文件的开始。 4.3.6 C51变量的绝对定位C51有三种方式可以对变量（I/O端口）绝对定位：绝对定位关键字_at_ 、指针、库函数的绝对定位宏。 对于后两种方式，在后面指针一节介绍。 C51扩展的关键字_at_专门用于对变量作绝对定位，_at_使用在变量的定义中，其格式为： 存储类型 数据类型 存储区 变量名1 _at_ 地址常数，变量名2 举例说明_at_的使用方法 1）对data区域中的 unsigned c
18、har变量aa作绝对定位： unsigned char data aa _at_ 0x30; 2）对pdata区域中的 unsigned int数组cc作绝对定位： unsigned int pdata cc10 _at_ 0x34; 3）对xdata区域中的 unsigned char变量printer_port作绝对定位： unsigned char xdata printer_port _at_ 0x7fff; 对变量绝对定位的几点说明： 1）绝对地址变量在定义时不能初始化，因此不能对code型变量绝对定位； 2）绝对地址变量只能够是全局变量，不能在函数中对变量绝对定位； 3）绝对地址变
19、量多用于I/O端口，一般情况下不对变量作绝对定位； 3）位变量不能使用_at_绝对定位。4.4 C51位变量的定义4.4.1 bit型位变量的定义常说的位变量指的就是bit型位变量。C51的bit型位变量定义的一般格式为： 存储类型 bit 位变量名1=初值 ，位变量名2=初值 ， bit位变量被保存在RAM中的位寻址区域（字节地址为0x200x2f，16字节）。 例如： bit flag_run，receiv_bit=0； static bit send_bit； 两点说明： 1）bit型位变量与其它变量一样，可以作为函数的形参，也可以作为函数的返回值，即函数的类型可以是位型的； 2）位变量
20、不能定义指针，不能定义数组。 4.4.2 sbit型位变量的定义对于能够按位寻址的特殊功能寄存器、定义在位寻址区域的变量（字节型、整型、长整型），可以对其各位用sbit定义位变量。 为了方便起见，分开讨论按位寻址的特殊功能寄存器中位变量的定义、按位寻址的变量中位变量的定义。一、特殊功能寄存器中位变量定义 能够按位寻址的特殊功能寄存器中位变量定义的一般格式为： sbit 位变量名 位地址表达式 这里的位地址表达式有三种形式： 直接位地址 特殊功能寄存器名带位号 字节地址带位号1、用直接位地址定义位变量 这种情况下位变量的定义格式为： sbit 位变量名 位地址常数 这里的位地址常数范围为0x80
21、0xff，实际是定义特殊功能寄存器的位。例如： sbit P0_0=0x80; sbit P1_1=0x91; sbit RS0=0xd3; /定义PSW的第3位 sbit ET0=0xa9; /定义IE的第1位 2、特殊功能寄存器名带位号定义 这时位变量的定义格式为： sbit 位变量名 特殊功能寄存器名号常数 这里的位号常数为07。例如： sbit P0_3=P03; sbit P1_4=P14; sbit OV=PSW2; /定义PSW的第2位 sbit ES=IE4; /定义IE的第4位 3、寄存器地址带位号定义位变量 在这种情况下位变量的定义格式为： sbit 位变量名 特殊功能寄存
22、器地址位号常数 这里的位号常数同上，为07。例如： sbit P0_6=0x806; sbit P1_7=0x907; sbit AC=0xd06; /定义PSW的第6位 sbit EA=0xa87; /定义IE的第7位 4、几点说明 1）用sbit定义的位变量，必须能够按位操作，而不能够对无位操作功能的位定义位变量。 2）用sbit定义位变量，必须放在函数外面作为全局位变量，而不能在函数内部定义。 3）用sbit每次只能定义一个位变量。 4）对其它模块定义的位变量（bit型或 sbit型）的引用声明，都使用bit。 5）用sbit定义的是一种绝对定位的位变量（因为名字是与确定位地址对应的），
23、具有特定的意义，在应用时不能像bit型位变量那样随便使用。二、位寻址区变量的位定义 对bdata型变量（字节型、整型、长整型） ，被保存在RAM中的位寻址区，因此可以对bdata型变量各位作位变量定义。 这样，既可以对bdata型变量作字节（或整型、长整型）操作，也可以作位操作。 bdata型变量的位定义格式： sbit 位变量名 bdata型变量名位号常数 bdata型变量为在此之前应该是定义过的，位号常数可以是07（8位字节变量），或015（16位整型变量），或031（32位字长整型变量）。例如： unsigned char bdata operate; 对operate的低4位作位变量定
24、义： sbit flag_key=operate0; /键盘标志位 sbit flag_dis=operate1; /显示标志位 sbit flag_mus=operate2; /音乐标志位 sbit flag_run=operate3; /运行标志位 4.5 C51特殊功能寄存器的定义4.5.1 8位特殊功能寄存器的定义定义的一般格式为： sfr 特殊功能寄存器名 地址常数 地址常数范围：0x800xff。 特殊功能寄存器定义例子（见reg51.h、reg52.h等文件）： sfr P0=0x80; /定义P0寄存器 sfr P1=0x90; /定义P1口寄存器 sfr PSW=0xd0;
25、/定义PSW sfr IE=0xa8; /定义IE 4.5.2 16位特殊功能寄存器的定义定义的一般格式为： sfr16 特殊功能寄存器名 地址常数 地址常数范围：0x800xff。 例如（见reg51.h、reg52.h等文件）： sfr16 DPTR=0x82; sfr16 T2=0xcc; /含TL2和TH2 sfr16 RCAP2=0xca; /含RCAP2L /和RCAP2H, 0xca为RCAP2L的地址几点说明： 1）定义特殊功能寄存器中的地址必须在0x800xff范围内。 2）定义特殊功能寄存器，必须放在函数外面作为全局变量。 3）用sfr或sfr16每次只能定义一个特殊功能寄
26、存器。 4）像sbit一样，用sfr或sfr16定义的是绝对定位的变量（因为名字是与确定地址对应的），具有特定的意义，在应用时不能像一般变量那样随便使用。 4.6 C51指针的定义4.6 C51指针的定义由于MCS-51单片机有三种不同类型的存储空间，并且还有不同的存储区域，因此C51指针的内容更丰富。 指针除了具有像变量的四种属性（存储类型、数据类型、存储区、变量名）外，按存储区，将指针分为通用指针和不同存储区域的专用指针。 4.6.1 通用指针所谓通用指针，就是通过该类指针可以访问所有的存储空间。 在C51库函数中通常使用这种指针来访问。 通用指针用3个字节来表示： 第一个字节：表示指针所
27、指向的存储空间 第二个字节：为指针地址的高字节 第三个字节：为指针地址的低字节通用指针的定义与一般C语言指针的定义相同，其格式为： 存储类型 数据类型 *指针名1，*指针名2 ，通用指针的特点： 定义简单 访问所有空间 访问速度慢 例如： unsigned char *cpt; int *dpt; long *lpt; static char *ccpt; 4.6.2 存储器专用指针所谓存储器专用指针，就是通过该类指针，只能够访问规定的存储空间区域。 指针本身占用1个字节（data *，idata *，bdata *，pdata *）或2个字节（xdata *，code *）。 存储器专用指针
28、的一般定义格式为： 存储类型 数据类型 指向存储区 *指针存储区 指针名1 ,*指针存储区 指针名2, 指向存储区： 是指针变量所指向的数据存储空间区域。不能够缺省。 指针存储区： 是指针变量本身所存储的空间区域。 缺省时认为指针存储区在默认的存储区域，其默认存储区域决定于所设定的编译模式。 指向和指针存储区，两者可以是同一个区域，但多数情况下不会是同一个区域。 存储器专用指针例子： unsigned char data *cpt1, *cpt2; signed int idata *dpt1, *dpt2; unsigned char pdata *ppt; signed long xdat
29、a *lpt1, *lpt2; unsigned char code *ccpt; 上面所定义的指针虽然所指向的空间不同，但指针变量本身都存储在默认的存储区域。 又如： 1)unsigned char data *idata cpt1,*idata cpt2; 2)signed int idata *data dpt1, *data dpt2; 3)unsigned char pdata *xdata ppt; 4)signed long xdata *lpt1, *xdata lpt2; 5)unsigned char code *data ccpt; 前关键字为指针所指向的存储区 后关键字为指针本身所存储的区域注意：（1）要区分指针变量指向的空间区域和指针变量本身所存储的区域；（2）定义时，前者不能缺省，而后者可以缺省；（3）指针变量的长度：指向不同的区域，占用的字节数不同。 说明：指针
