單片機原理及應用第4章

第4章 C51語言,4.1 C51的程序結構 4.2 C51的數據結構 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發環境 4.5 C51初步應用編程,第4章單片機的C51語言,4.1 C51的程序結構 4.2 C51的數據結構 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發環境 4.5 C51初步應用編程,第4章單片機的C51語言,51匯編語言能直接操作單片機的系統硬件，指令執行速度快。但其程序可讀性差，且編寫、移植困難。,51單片機操作數的簡記符,實驗2匯編源代碼,第4章單片機的C51語言,C51是為51系列單片機設計的一種C語言，其特點：,C51語言已成為51系列單片機程序開發的主流軟件方法。,結構化語言，代碼緊湊效率可與匯編語言媲美 接近真實語言，程序可讀性強易于調試、維護 庫函數豐富，編程工作量小產品開發周期短 機器級控制能力，功能很強適合于嵌入式系統開發 與匯編指令無關，易于掌握在單片機基礎上上手快,第4章單片機的C51語言,C51與標準C語言對比 相同之處：語法規則、程序結構、編程方法,舉例：LED閃爍控制功能,;匯編程序 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章單片機的C51語言,預處理命令-,函數說明-,全局變量定義-,主函數-,自定義函數-,局部變量定義-,函數體,函數體-,/C51程序,第4章單片機的C51語言,C51與標準C語言對比 不同之處： 數據結構（第4章）、中斷處理（第5章）、端口擴 展（第8章） 教學思路： 學習C51的數據結構知識（理論部分） 學習C51軟件開發方法（Keil C軟件用法） 學習I/O口典型應用編程（入門與進階兩個層次）,第4章單片機的C51語言,4.1 C51的程序結構 4.2 C51的數據結構 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發環境 4.5 C51初步應用編程,第4章單片機的C51語言,1. C51的變量,在C語言編程中，數值可以發生改變的量稱為變量。,變量名與存儲單元地址相對應，變量值與存儲單元的內容相對應。,例如,在51單片機多存儲空間中如何確定變量與地址的關系？,第4章單片機的C51語言,【存儲種類】數據類型【存儲類型】 變量名,（標準C）,（標準C）,* 括號項可以缺?。ǖ栌腥笔≈担?C51變量定義的四要素:,（C51特有）,（標準C+C51）,第4章單片機的C51語言,【存儲種類】數據類型【存儲類型】變量名,存儲種類用于說明變量的作用范圍： 1、auto（自動型）變量的作用范圍在定義它的函數體或語句塊內。執行結束后，變量所占內存即被釋放。 2、extern（外部型） 在一個源文件中被定義為外部型的變量，在其它源文件中需要通過extern說明方可使用。 3、static（靜態型） 利用static可使變量定義所在的函數或語句塊執行結束后，其分配的內存單元繼續保留。 4、register（寄存器型） 目前已不推薦使用。,缺省存儲種類為auto (自動)型變量,第4章單片機的C51語言,數據類型用于表示數據存放格式,* 有符號數類型可以忽略signed標識符,標準C語言的數據類型,【存儲種類】數據類型 【存儲類型】變量名,除上述常規格式外，51單片機還有三種新的存儲格式：,第4章單片機的C51語言,bit型存儲格式,sfr型存儲格式,sfr bit型存儲格式,bit、sfr或sfr16、sbit,C51擴充的3種數據類型：,bit 型,關鍵詞bit用于定義一個位變量，語法規則：,bit bit_name = 0或1;,例如：bit door = 0 ; /定義一個叫door的位變量且初值為0,與標準C的數據類型聲明的語法規則是一致的，如： int int_name = 常數;,第4章單片機的C51語言,sfr或sfr16型,關鍵詞sfr或sfr16用于定義SFR字節地址變量，語法規則： sfr sfr_name = 字節地址常數; sfr16 sfr_name = 字節地址常數;,第4章單片機的C51語言,例如, sfr P0 = 0 x80; /定義P0口地址80H sfr PCON = 0 x87; /定義PCON地址87H sfr16 DPTR=0 x82; /定義DPTR的低地址82H,注意：C語言中十六進制整數是數值前加0 x或0X前綴,sbit型,絕對位地址,相對位地址,字節地址,位地址表達形式：絕對位地址、相對位地址,第4章單片機的C51語言,關鍵詞sbit用于定義SFR位地址變量,1）將SFR的絕對位地址定義為位變量名 sbit bit_name = 位地址常數; 例如， sbit CY = 0 xD7;,3）將SFR的相對位位置定義位變量名 sbit bit_name = sfr_name 位位置; 例如， sbit CY = PSW7;,2）將SFR的相對位地址定義為位變量名 sbit bit_name = sfr字節地址 位位置; 例如， sbit CY = 0 xD07;,可用三種定義形式：,sbit型,第4章單片機的C51語言,C51編譯器在頭文件“REG51.H”中定義了全部sfr/sfr16和sbit變量。,用一條預處理命令#include 把這個頭文件包含到C51程序中，無需重新定義即可直接使用它們的名稱。,第4章單片機的C51語言,第4章單片機的C51語言,編程舉例：,【存儲種類】數據類型【存儲類型】變量名,存儲類型體現了變量的存放區域。51系列單片機共有6個存儲類型（分布在3個邏輯存儲空間中）。,第4章單片機的C51語言,不同存儲類型的特點,編譯模式,第4章單片機的C51語言,三種編譯模式分別對應于三種缺省存儲類型：,約定：若無特殊聲明，一般均為“SMALL編譯模式”,變量名可以由字母、數字和下劃線三種字符組成，且第一個字符必須為字母或下劃線，變量名長度隨編譯系統而定。,變量名具有字母大小寫的敏感性，如SUM和sum代表不同的變量。 強調：頭文件中定義的變量都是大寫的，若程序采取小寫變量則需要重新定義。,【存儲種類】數據類型【存儲類型】變量名,第4章單片機的C51語言,C51擴展的若干關鍵字一覽表,變量名不得使用標準C語言和C51語言的關鍵字。,第4章單片機的C51語言,unsigned char data system_status = 0;,/定義system_status為無符號字符型自動變量，該變量位于data區中且初值為0。,數據結構定義舉例,變量名為system_status,位于片內RAM區,無符號字符型,自動型,初值為零,第4章單片機的C51語言,unsigned char bdata status_byte;,unsigned int code unit_id2=0 x1234, 0 x89ab;,static char m, n;,/定義status_byte為無符號字符型自動變量，該變量位于bdata區,/定義unit_id2為無符號整型自動變量，該變量位于code區中，是長度為2的數組，且初值為0 x1234和0 x89ab。,/定義m和n為2個位于data區中的有符號字符型靜態變量。,第4章單片機的C51語言,2. C51的指針,C語言指針的一般定義形式為： 數據類型 *指針變量名 = 這表示p1是一個指向int型變量的指針變量，此時p1的值為int型變量a的地址，而a和p1兩個變量都位于C編譯器默認的內存區中。,第4章單片機的C51語言,對于C51，除了數據類型外，指針定義中還應能說明: 1）指針變量自身位于哪個存儲區中？ 2）被指向變量位于哪個存儲區中？,C51指針的一般定義形式： 數據類型 存儲類型1 * 存儲類型2 變量名 = char *ptr = ,解：ptr是一個指向char型變量的指針，它本身位于SMALL編譯模式默認的data存儲區里，此時它指向位于xdata存儲區里的char型變量a的地址。,數據類型 存儲類型1 * 存儲類型2 變量名 = char *ptr = ,解：以char *ptr形式定義的指針變量，既可指向位于xdata存儲區的char型變量a的地址，也可指向位于idata存儲區的char型變量b的地址（由賦值操作關系決定）。,前兩句與例1相同 char xdata a = A; char *ptr = ,第4章單片機的C51語言,例3：試解釋以下指針定義的含義 char xdata a = A; char xdata *ptr = 【解】ptr是位于data存儲區且固定指向xdata存儲區的char型變量的指針變量，此時ptr的值為變量a的地址（不能像例2那樣再將idata存儲區的char型變量b的地址賦予ptr）。,第4章單片機的C51語言,例4：試解釋以下指針定義的含義 char xdata a = A; char xdata *idata ptr = 【解】ptr是固定指向xdata存儲區的char型變量的指針變量， 它自身存放在idata存儲區中，此時ptr指向位于xdata存儲區中的char型變量a的地址。,第4章單片機的C51語言,第4章單片機的C51語言,4.1 C51的程序結構 4.2 C51的數據結構 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發環境 4.5 C51初步應用編程,第4章單片機的C51語言,C51語言編程可勝任單片機的基本測量與控制任務。 對于某些特殊的I/O 接口處理、中斷處理、強調程序執行速度等場合，仍希望采用匯編程序。 C51 編譯器提供了與匯編語言程序的接口規則，可方便地實現C51 與匯編語言程序的相互調用。 本節僅討論在C51中調用匯編函數和在C51中嵌入匯編代碼兩種方法。,概要,第4章單片機的C51語言,1. 在C51中調用匯編程序,1）程序的尋址，main.c中調用的max函數，如何與匯編文件中的相應代碼對應起來；,2）參數傳遞，main.c中傳遞給max()函數的參數a和b，存放在何處可使匯編程序能夠獲取到它們的值；,3）返回值傳遞，匯編語言計算得到的結果，存放在何處可使C語言程序能夠獲取到。,C51程序中調用匯編語言，需要解決三個問題：,第4章單片機的C51語言,舉例：在兩個數據中選出較大的數據，并賦值給變量c。其中，要求選數任務采用匯編子程序完成。,1）程序的尋址問題,第4章單片機的C51語言,通過在匯編文件中定義同名的“函數”來實現。,第4章單片機的C51語言,2）參數傳遞問題,第4章單片機的C51語言,3）返回值傳遞問題,2. C51中嵌入匯編代碼,程序中需要用到一些簡短的匯編指令時，可以通過語句 “# pragma”嵌入匯編代碼的辦法實現。,第4章單片機的C51語言,#include void main(void) unsigned char i=0; /定義變量i #pragma asm/嵌入匯編代碼 MOV R0,#0AH LOOP:INC A/累加器循環加1 DJNZ R0,LOOP #pragma endasm i=+ACC;/輸出累加結果 ,說明： 匯編代碼必須放在兩條預處理命令#pragma asm和#pragma endasm之間，預處理命令必須用小寫字母，匯編代碼則大小寫不限。 本實例可實現用匯編語句進行累加器A循環加1和將累加結果傳遞給C51變量的功能。,實例：,第4章單片機的C51語言,嵌入匯編代碼時需要對編譯器Keil進行一定設置，具體方法可結合教材P67和下圖完成（說明略）。,第4章單片機的C51語言,4.1 C51的程序結構 4.2 C51的數據結構 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發環境 4.5 C51初步應用編程,第4章單片機的C51語言,1. Keil的編譯環境 Vision3,Keil是德國Keil Software公司的51單片機開發軟件包，包括C編譯器、匯編編譯器、連接器、庫管理及仿真調試器，通過一個windows下的uVisoin3集成開發環境組合起來。,第4章單片機的C51語言,在uVisoin3可以通過建立工程文件，將多個不同源程序文件組合起來（包括.ASM和.C文件），而Proteus中只能有1個.ASM源程序。,第4章單片機的C51語言,Vision3的軟件界面包括4大組成部分，即菜單工具欄，工程管理窗口，文件窗口和輸出窗口。,第4章單片機的C51語言,Vision3中共有11個下拉菜單。工具欄的位置和數量可以通過設置選定和移動。,第4章單片機的C51語言,工程管理窗口用于管理工程文件目錄，它由5個子窗口組成：文件窗口，寄存器窗口，幫助窗口，函數窗口，模版窗口。,工程管理窗口：,第4章單片機的C51語言,輸出窗口： 輸出窗口用于編譯過程中的信息交互作用，由3個子窗口組成：編譯窗口，命令窗口，搜尋窗口。,第4章單片機的C51語言,信息窗口： 觀察窗口（Watch 按壓按鍵后為低電平。,實例1 獨立按鍵識別,【要求】采用獨立按鍵方式實現下述功能：開機時LED全熄，然后根據按鍵動作使相應燈亮，并將亮燈狀態保持到按壓其它鍵時為止。,第4章單片機的C51語言,獨立按鍵每個按鍵都彼此獨立地各占有一位I/O口線。特點是電路簡單，但占用I/O口線較多。,第4章單片機的C51語言,為使按鍵抬起后LED能保持先前的點亮狀態，需要在按鍵未壓下期間禁止向P2輸出P0狀態值。,【分析】,參考程序如下：,第4章單片機的C51語言,void main( ) char key = 0; /定義按鍵變量 while(1) key = P0 /有按鍵動作時，P0狀態值送P2 ,第4章單片機的C51語言,編程界面和運行界面分別如下圖,第4章單片機的C51語言,實例1運行效果,實例2 鍵控流水燈,第4章單片機的C51語言,【要求】 K1為“啟動鍵”，首次按壓K1可產生“自下向上” 的流水燈運動; K2 為“停止鍵”，按壓K2可終止流水燈的運動； K3和K4為“方向鍵”,分別產生 “自上向下”和 “自下向上” 運動。,第4章單片機的C51語言,思路分析：設立狀態標志變量根據鍵值修改標志值根據標志值控制燈的亮滅,總體關系流程圖,第4章單片機的C51語言,按鍵狀態值： 無按鍵 xxxx 1111B 按壓K1xxxx 1110B 按壓K2xxxx 1101B 按壓K3xxxx 1011B 按壓K4xxxx 0111B,按鍵動作判斷（P0 ,for (i=0; i=3; i+) P2 = led i; /移動,for (i=3; i=0; i- ) P2 = led i; /移動,查 表 方法,第4章單片機的C51語言,else,第4章單片機的C51語言,實例2原理圖與程序界面圖,實例2程序運行效果,第4章單片機的C51語言,實例3 混合編程,將實例2中C51的delay函數改用匯編語言實現，并完成系統的混合編程。,程序說明,分別編寫匯編語言（delay.asm）與C51語言（實例3.c）兩個程序文件，并將其添加到Keil的同一項目中。,第4章單片機的C51語言,C51部分與實例2基本相同,#include reg51.h unsigned char led=0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7;/LED燈的花樣數據 void delay(unsigned char time); void main() bit dir=0,run=0;/標志位定義及初始化 char i; while(1) switch (P0 /若run=0，燈全滅 ,第4章單片機的C51語言,delay.asm,與實例3.c文件中函數delay同名的子程序,匯編子程序的頭部格式,;延時處理函數(匯編語言) PUBLIC _DELAY DE SEGMENT CODE RSEG DE _DELAY:MOV R0,#225 DEL2: DJNZ R0,DEL2 DJNZ R7,_DELAY RET END,第4章單片機的C51語言,實例3的全部程序及運行效果,第4章單片機的C51語言,4.5.1.2 LED數碼管原理與編程,LED顯示元件人機交互輸出設備，其作用是指示中間運行結果與運行狀態。,第4章單片機的C51語言,引腳配置,七段式LED數碼管,（Proteus：7-Segment Display）,公共端接“0”,公共端接“1”,字符的顯示碼或字模與數碼管的類型有關,第4章單片機的C51語言,共陰極型部分字符的顯示碼（字模）為：,七段LED數碼管的標準顯示字符為09，AF,顯示字符,顯示碼（共陰）,其它字符：,0011 1000B = 0 x38,“L”字符的顯示碼,“H”字符的顯示碼,0111 0110B = 0 x76,第4章單片機的C51語言,實例4 LED數碼管顯示,在P0口連接一個共陰極數碼管，使之循環顯示09數字，間隔為500循環步。,分析： 將顯示碼循環輸出到P0口即可實現循環顯示。但由于數字09的顯示段碼沒有規律可循，需要采取查表方式進行操作：,第4章單片機的C51語言,將顯示碼按序存放在一個數組中, 順序號與代表的顯示字符相對應（如，char led_mod =x1,x2,.,xn）； 通過查表語句（如，P0=led_modei）輸出顯示碼。,第4章單片機的C51語言,參考程序,第4章單片機的C51語言,實例4仿真運行效果,第4章單片機的C51語言,實例5 （實驗1 ）,根據如下共陰極型數碼管電路，編程實現計數顯示功能，即以十進制形式顯示擊鍵次數，次數大于99后重新由0開始。,個位LED接P2口，十位LED接P0口,按鈕接P3.7，抬起時為1電平，按壓時為0電平。,第4章單片機的C51語言,編程分析：,兩個新問題： 問題1：如何將計數值拆解成個位和十位兩個數？ 問題2 ：如何避免按鍵壓下時被連續計數？,第4章單片機的C51語言,初始化： P2 = P0 = table0;,取模運算（%10）個位 整除10運算（/10）十位,P2 = tablecount%10;,P0 = tablecount/10;,拆解計數值方法,第4章單片機的C51語言,避免連續計數,方案1：更新后處理連擊,方案2：更新前處理連擊,第4章單片機的C51語言,參考程序,程序運行效果,第4章單片機的C51語言,第4章單片機的C51語言,4.1 C51的程序結構 4.2 C51的數據結構 4.3 C51與匯編語言的混合編程 4.4 C51仿真開發環境 4.5 C51初步應用編程 4.5.1 I/O端口的簡單應用 4.5.2 I/O端口的進階實踐,第4章單片機的C51語言,4.5.2.1 數碼管動態顯示原理與編程,兩種顯示接口：靜態顯示接口和動態顯示接口,靜態顯示接口：一個數碼管的引腳獨立占據一根I/O口線。 優點：被顯示數據只要送入并行口后就不再需要CPU干預，因而顯示效果穩定。 缺點：占用資源較多,第4章單片機的C51語言,所有數碼管的輸入端（段碼線）對應并聯在一個IO口上，而每位數碼管的公共端（位碼線）分別由一位IO線控制； 由IO口輸出的顯示碼可被所有數碼管收到，但只有滿足位碼線電平要求的數碼管可被驅動。,動態顯示接口,第4章單片機的C51語言,動態顯示編程原理： 快速（如10ms）切換段碼值和位碼值，使每一時刻只有一只數碼管被驅動。利用視力暫留特性，可獲得連續顯示效果。 優點：占用IO口資源較少（節省空間） 缺點：需要CPU不斷進行干預（占用機時）,第4章單片機的C51語言,實例6,根據下圖共陰極型數碼管動態顯示電路，編程實現顯示字符“L2”的功能。,第4章單片機的C51語言,分析： Proteus中的雙聯LED數碼管相當于兩個并聯的數碼管。,7SEG-MPX2-CC-BLUE,Blue,2 Digit,7-segment Cathode Display,第4章單片機的C51語言,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章單片機的C51語言,#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章單片機的C51語言,第4章單片機的C51語言,運行效果圖,第4章單片機的C51語言,4.5.2.2 行列式鍵盤原理與編程,獨立式鍵盤的電路簡單，易于編程，但占用的I/O口線較多，當需要較多按鍵時可能產生IO口資源緊張問題。,獨立式鍵盤電路,第4章單片機的C51語言,行列式鍵盤將I/O口分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，列線通過上拉電阻接正電源。,44行列式鍵盤,行列式鍵盤的特點：占用I/O口線少，但軟件過程復雜。,第4章單片機的C51語言, 鍵盤列掃描,各行電平同時置1，各列電平輪流清0。,掃描碼：key_scan = 0 xef, 0 xdf, 0 xbf, 0 x7f; 寫P2: P2=key_scani;,行列式鍵盤編程原理（以P2口接44鍵盤為例）,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,掃描輸出碼,第4章單片機的C51語言,如果 (P2 ,第4章單片機的C51語言, 查找閉合鍵鍵號,for (j = 0 ; j 16 ;j+) if (P2= key_buf j) return j; ,鍵值數組 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;,鍵號按照一定規則給按鍵分配的編號,閉合鍵鍵號: 閉合鍵值與鍵值數組相等時的查詢號,第4章單片機的C51語言,實例7,功能要求：開機黑屏按下任意按鍵后，數碼管上顯示該鍵的鍵號（0F）若沒有新鍵按下，維持前次按鍵結果。,行列式鍵盤+共陰極數碼管,第4章單片機的C51語言,主程序流程圖,void main(void) char key = 0; P0 = 0 x00; /開機黑屏 while(1) key = getKey(); /獲得閉合鍵號 if (key != -1) P0 = led_modkey;/顯示閉合鍵號 ,第4章單片機的C51語言,獲取鍵號流程圖,第4章單片機的C51語言,實例7完整程序,第4章單片機的C51語言,程序運行效果,第4章單片機的C51語言,按鍵在閉合和斷開瞬間會因彈簧開關的變形產生電壓波動,軟件消抖法： 延時10ms后再次掃描按鍵狀態。若仍判為“閉合”說明確有鍵壓下；若為“非閉合”說明是誤動作。,按鍵抖動波形,鍵盤消抖原理：,本章小結,C51變量定義必須考慮單片機的多空間存儲結構。其一般定義格式為：【存儲種類】數據類型【存儲類型】變量名。 在Keil下進行C51編程的基本步驟是：建立工程輸入源程序添加源程序【工程設置】編譯源程序【動態調試 】 運行。 單片機I/O口基本編程應用包括按鍵（或開關）狀態檢測、發光二極管輸出控制、數碼管動態顯示以及行列式鍵盤掃描編程等內容。,第4章單片機的C51語言,