單片機(jī)-第五章：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)分解

單片機(jī)--第五章：C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)分解第一頁(yè)，共41頁(yè)。5.1C語(yǔ)言與MCS-51單片機(jī)

C語(yǔ)言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，代碼效率高，數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算符豐富，有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，是目前使用較廣的單片機(jī)編程語(yǔ)言。本章重點(diǎn)介紹在單片機(jī)上使用MCS-51C語(yǔ)言的特殊數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)模式、程序的結(jié)構(gòu)、混合編程。第二頁(yè)，共41頁(yè)。5.1.1C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)過(guò)程一般的C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)套件中，包括編譯器、連接器和符號(hào)轉(zhuǎn)換程序。編譯器將源程序翻譯為可重定位的目標(biāo)代碼文件(也可產(chǎn)生等價(jià)的匯編語(yǔ)言程序)；連接器將目標(biāo)代碼文件連接為絕對(duì)目標(biāo)文件；符號(hào)轉(zhuǎn)換程序可將絕對(duì)目標(biāo)文件轉(zhuǎn)換為IntelHEX格式文件，編程到程序存儲(chǔ)器中運(yùn)行。若使用提供了集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IntegratedDevelopmentEnvironment，IDE)的套件，則編輯、編譯、連接、符號(hào)轉(zhuǎn)換、甚至調(diào)試可在一個(gè)窗口中完成。如AmericanAutomation、Auocet、BSO/TASKING、DUNFIELDSHAREWARE、KEIL/Franklin等。第三頁(yè)，共41頁(yè)。5.1.2C語(yǔ)言的特點(diǎn)C語(yǔ)言是一種模塊化、結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，符合ANSIC標(biāo)準(zhǔn)，可以產(chǎn)生緊湊的目標(biāo)碼，具體優(yōu)點(diǎn)：(1)不必詳細(xì)了解單片機(jī)的指令系統(tǒng)(2)僅要求對(duì)MCS-51存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解(3)寄存器分配、不同存儲(chǔ)器區(qū)域的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)由編譯程序管理(4)程序具有規(guī)范的結(jié)構(gòu)和固有的模塊化思想(5)運(yùn)算符和關(guān)鍵字用接近于自然語(yǔ)言的方式表示(6)提供包含大量標(biāo)準(zhǔn)子程序的函數(shù)庫(kù)，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力(7)在對(duì)執(zhí)行效率要求較高的場(chǎng)合，可以嵌入?yún)R編，也可以與匯編語(yǔ)言協(xié)同開(kāi)發(fā)第四頁(yè)，共41頁(yè)。5.1.3單片機(jī)C語(yǔ)言的移植C語(yǔ)言在單片機(jī)中的應(yīng)用移植面臨的具體問(wèn)題：(1)MCS-51存儲(chǔ)器的哈佛結(jié)構(gòu)，加上內(nèi)部有位尋址空間，對(duì)存儲(chǔ)器變量的使用提出了挑戰(zhàn)。(2)內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器空間相對(duì)太小，而外部還可擴(kuò)展存儲(chǔ)容量，編譯程序如何根據(jù)實(shí)際情況合理使用這些空間(3)內(nèi)部各功能單元采用特殊功能寄存器集中管理，在C語(yǔ)言中如何實(shí)現(xiàn)寄存器訪問(wèn)(4)MCS-51單片機(jī)派生種類繁多，硬件配置不統(tǒng)一，但是要求必須能夠使用C語(yǔ)言操控所有硬件資源(5)MCS-51內(nèi)部只有一個(gè)堆棧，且存儲(chǔ)空間有限，傳統(tǒng)的利用堆棧傳遞參數(shù)的方法難以奏效第五頁(yè)，共41頁(yè)。5.2單片機(jī)C語(yǔ)言的擴(kuò)充MCS-51單片機(jī)有著與通用CPU截然不同的體系結(jié)構(gòu)、硬件資源和運(yùn)算特性針對(duì)單片機(jī)獨(dú)有的一些功能特點(diǎn)，絕大多數(shù)的MCS-51的C語(yǔ)言編譯程序?qū)?biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言進(jìn)行了一些擴(kuò)充第六頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.1

C語(yǔ)言運(yùn)算符算術(shù)運(yùn)算符：+,-,*,/,%關(guān)系運(yùn)算符：>,<,>=,<=,==,!=邏輯運(yùn)算符：!,&&,||賦值運(yùn)算符：*=、/=、%=、+=、-=、<<=、>>=、&=、Λ=、|=、++、--(位移動(dòng)、異或、位或)強(qiáng)制運(yùn)算符強(qiáng)制轉(zhuǎn)換表達(dá)式中的類型轉(zhuǎn)換算術(shù)表達(dá)式中的運(yùn)算轉(zhuǎn)換賦值轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換函數(shù)調(diào)用轉(zhuǎn)換第七頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.1

C語(yǔ)言運(yùn)算符intunsignedintlongintdoublefloatchar,short存儲(chǔ)長(zhǎng)度較短存儲(chǔ)長(zhǎng)度較長(zhǎng)總趨勢(shì)：算術(shù)表達(dá)式中的類型轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換規(guī)則第八頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.2數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型位數(shù)字節(jié)數(shù)范圍bit1

0～1signedchar81-128～+127unsignedchar810～255enum枚舉變量

8/161/2-128～+127或-32768～+32767signedshort162-32768～+32767unsignedshort1620～65535signed

int162-32768～+32767unsigned

int1620～65535signed

long324-2147483648～+21473647unsignedlong3240～4294967295float/double32/644/8±1.175494E-38～±3.402823E+38sbit1

0～1sfr810～255sfr161620～65535第九頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.2數(shù)據(jù)類型例：unsigned char in_data; 8位unsignedlong log_time;32位bit ok_flag; 1位第十頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.3存儲(chǔ)器類型存儲(chǔ)器類型與硬件存儲(chǔ)器空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系code程序存儲(chǔ)器；使用MOVC@A+DPTR指令訪問(wèn)data直接尋址的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；訪問(wèn)速度最快(128字節(jié))idata間接訪問(wèn)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；可以訪問(wèn)所有的內(nèi)部存儲(chǔ)器空間(256字節(jié))bdata可位尋址的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；可以字節(jié)方式也可以位方式訪問(wèn)(16字節(jié))xdata外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(64KB)，通過(guò)MOVX@DPTR指令訪問(wèn)pdata外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的一頁(yè)(256字節(jié))，使用MOVX@Ri指令訪問(wèn)第十一頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.3存儲(chǔ)器類型例指出以下變量的存儲(chǔ)位置chardata var1;charcode text[]="ENTERPARAMETER";unsignedlongxdata array[100];floatidata x,y,z;unsignedintpdata dimension;unsignedcharxdata vector[10][4][4];charbdata flags;第十二頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.4存儲(chǔ)模式1.SMALL模式：所有的變量默認(rèn)存放于內(nèi)部RAM中，相當(dāng)于定義時(shí)使用了data類型所有對(duì)象(包括堆棧)必須能夠存入內(nèi)部RAM的128字節(jié)第十三頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.4存儲(chǔ)模式2.COMPACT模式：所有變量默認(rèn)存放于外部RAM的一頁(yè)中，相當(dāng)于定義時(shí)使用了pdata類型這種存儲(chǔ)模式可以滿足最多256字節(jié)的變量對(duì)變量的訪問(wèn)必須使用間接尋址方式編譯程序產(chǎn)生的機(jī)器碼使用@R0和@R1作為變量的指令操作數(shù)第十四頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.4存儲(chǔ)模式3.LARGE模式：所有變量默認(rèn)存放于外部RAM中，最多可以有64KB，相當(dāng)于定義時(shí)使用了xdata類型數(shù)據(jù)指針DPTR用來(lái)尋址變量這種訪問(wèn)方式效率不高，特別是當(dāng)變量長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)字節(jié)時(shí)第十五頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.4存儲(chǔ)模式現(xiàn)在常用的C編譯程序通常允許使用混合模式不管存儲(chǔ)模式如何，把經(jīng)常使用的變量強(qiáng)制存放于內(nèi)部RAM。大塊數(shù)據(jù)則存放于外部RAM，而將其指針存放于內(nèi)部RAM中，可以使用存儲(chǔ)器類型說(shuō)明符指定第十六頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.5硬件資源訪問(wèn)1.特殊功能寄存器：使用sfr、sfr16和sbit數(shù)據(jù)類型訪問(wèn)特殊功能寄存器特殊功能寄存器中的位使用sbit類型可以定義可位尋址SFR中的位sfr P0=0x80; 地址sfr ACC=0xE0; 實(shí)際地址sbit CY=0xD7; 位地址第十七頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.5硬件資源訪問(wèn)2.內(nèi)部RAM中的位尋址資源定義一個(gè)變量時(shí)若指定了bdata存儲(chǔ)器類型，C編譯程序會(huì)在內(nèi)部RAM的位尋址區(qū)為其分配存儲(chǔ)空間這個(gè)變量中的位也可以單獨(dú)訪問(wèn)，但必須先行定義

unsignedcharbdata data8;位尋址區(qū)變量sbit lsb=data8^0 ;data8的最低位第十八頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.5硬件資源訪問(wèn)3.指定絕對(duì)地址的變量使用_at_滿足這一要求，其格式如下。[存儲(chǔ)器類型]變量類型變量名_at_地址常數(shù);xdata unsignedcharbuff_at_0x2000;第十九頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.5硬件資源訪問(wèn)4.存儲(chǔ)器絕對(duì)地址的訪問(wèn)absacc.h中包含了一些宏定義，使用這些宏可以顯示使用存儲(chǔ)器絕對(duì)地址，如#define CBYTE ((unsignedcharvolatilecode*)0)CBYTE代表程序存儲(chǔ)器地址0000H的字節(jié)單元

把每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)定義成一個(gè)字節(jié)或字?jǐn)?shù)組，對(duì)指定地址的訪問(wèn)使用數(shù)組元素引用的形式第二十頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.6指針1.基于存儲(chǔ)器的指針與源程序中存儲(chǔ)器類型有關(guān)，編譯時(shí)即可確定其長(zhǎng)度。這種指針的長(zhǎng)度可以為1個(gè)字節(jié)(data*、idata*、pdata*)或2個(gè)字節(jié)(code*、xdata*)char data *str; 指向data字符的指針

int xdata*num；指向整形數(shù)據(jù)

long code *pow;指向長(zhǎng)整形代碼第二十一頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.6指針char data *str; 指向data字符的指針

int xdata*num；指向整形數(shù)據(jù)

long code *pow;指向長(zhǎng)整形代碼上述三個(gè)指針變量長(zhǎng)度分別為1、2、2字節(jié)。指針變量自身所占用的存儲(chǔ)位置還能定義

char data *xdata str;

int xdata*data num；

long code *idata pow;第二十二頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.6指針2.通用指針與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言指針的定義相同使用3個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)指針內(nèi)容(地址值)。第一個(gè)字節(jié)存放存儲(chǔ)器類型，第二和第三節(jié)分別存放該指針?biāo)笇?duì)象地址的高字節(jié)和低字節(jié)第二十三頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.6指針2.通用指針

一般指針包括3個(gè)字節(jié)：1個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)類型和2個(gè)字節(jié)偏移地址，即地址+0+1+2內(nèi)容存儲(chǔ)器類型偏移地址高位字節(jié)偏移地址低位字節(jié)其中，第一字節(jié)代表了指針的存儲(chǔ)器類型，存儲(chǔ)器類型編碼如下：存儲(chǔ)器類型idataxdatapdatadatacode值12345第二十四頁(yè)，共41頁(yè)。5.2.6指針char *str; 指向字符的指針

int *num; 指向整形數(shù)據(jù)的指針第1字節(jié)放存儲(chǔ)器類型，2、3字節(jié)放該指針?biāo)笇?duì)象地址的高、低字節(jié)。xdata int x ;x位于外部RAM中int *datapx,*datapy;px=&x ;賦值語(yǔ)句，px指向xpy=0x021234;py指向外部RAM的1234H單元*px=1000 ;單元內(nèi)容賦值1000*py=-1 ;單元內(nèi)容賦值FFFFH第二十五頁(yè)，共41頁(yè)。5.3C語(yǔ)言程序結(jié)構(gòu)單片機(jī)C語(yǔ)言程序與標(biāo)準(zhǔn)C程序一樣，具有固有的模塊化思想各種功能由函數(shù)實(shí)現(xiàn)整體上就是一個(gè)函數(shù)逐級(jí)調(diào)用的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)程序的入口為main函數(shù)，在每個(gè)函數(shù)內(nèi)部可以使用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)的三種結(jié)構(gòu)第二十六頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)1.函數(shù)定義[返回值類型] 函數(shù)名稱(參數(shù)表)[{small|compact|large}][reentrant][interruptn][usingn]若省略返回值類型部分，默認(rèn)為整型(int)可以指定該函數(shù)的存儲(chǔ)模式，以取代默認(rèn)值若使用了using，編譯程序?qū)a(chǎn)生切換工作寄存器組的代碼對(duì)于有返回值的函數(shù)，不能使用using，因?yàn)榉祷刂凳峭ㄟ^(guò)寄存器傳遞的第二十七頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)char或字節(jié)指針int或2字節(jié)指針long或float通用指針1R7R6、R7R4～R7R1～R32R7

R5R4、R5R6、R7R4～R7R1～R33R7R5

R3R2、R3R4、R5R6、R7

R1～R32.參數(shù)傳遞

參數(shù)用于向函數(shù)傳遞數(shù)據(jù)，作為函數(shù)的輸入。

傳統(tǒng)C語(yǔ)言中參數(shù)是通過(guò)堆棧傳遞的，單片機(jī)中是通過(guò)存儲(chǔ)器或寄存器傳遞的。傳遞參數(shù)的寄存器分配第二十八頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)3.返回值總是通過(guò)寄存器送回的返回值類型寄存器描述bitCY標(biāo)志–char，unsignedchar，或1字節(jié)指針R7–int，unsignedint，或2字節(jié)指針R6&R7最高有效位在R6中，最低有效位在R7中l(wèi)ong或unsignedlongR4～R7最高有效位在R4中，最低有效位在R7中floatR4～R732位IEEE格式通用指針R1～R3存儲(chǔ)器類型在R3中，最高有效位在R2中，最低有效位在R1中第二十九頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)4.內(nèi)部函數(shù)和外部函數(shù)

如果一個(gè)函數(shù)只能在其定義的文件中被調(diào)用，稱之為內(nèi)部函數(shù)定義內(nèi)部函數(shù)時(shí)，需用static存儲(chǔ)類說(shuō)明符。內(nèi)部函數(shù)也稱作靜態(tài)函數(shù)定義內(nèi)部函數(shù)可以使它只局限于所在的文件，當(dāng)在不同文件中有同名的函數(shù)時(shí)互不干擾允許在其他文件中調(diào)用的函數(shù)為外部函數(shù)，可以使用extern存儲(chǔ)類說(shuō)明符指明。函數(shù)定義時(shí)，默認(rèn)為外部函數(shù)。第三十頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)5.可重入函數(shù)C編譯程序通常將函數(shù)的局部變量分配在存儲(chǔ)器的固定位置如果正在執(zhí)行該函數(shù)時(shí)發(fā)生了中斷，而中斷服務(wù)程序中也調(diào)用該函數(shù)，先前的局部變量值便會(huì)被破壞。類似的情況在實(shí)現(xiàn)函數(shù)遞歸調(diào)用時(shí)也會(huì)發(fā)生定義為可重入函數(shù)后，編譯程序產(chǎn)生能夠保護(hù)局部變量的代碼reentrant第三十一頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)6.中斷處理函數(shù)中斷服務(wù)程序，是CPU響應(yīng)中斷后要執(zhí)行的一段程序，在C語(yǔ)言中組織成一個(gè)函數(shù)的形式編寫(xiě)中斷處理函數(shù)時(shí)，程序員僅需關(guān)心中斷類型號(hào)和寄存器組的選擇，編譯程序會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生中斷向量和返回地址的入棧及出棧代碼interruptusing第三十二頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.1函數(shù)7.intrinsic函數(shù)一些常用的只進(jìn)行簡(jiǎn)單處理的函數(shù)，LCALL或ACALL的執(zhí)行代價(jià)太高intrinsic函數(shù)是一類用匯編語(yǔ)言代碼實(shí)現(xiàn)的短小函數(shù)，若有對(duì)intrinsic函數(shù)的調(diào)用，編譯程序?qū)?huì)直接用被調(diào)用函數(shù)代碼替換函數(shù)調(diào)用語(yǔ)句第三十三頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.2流程控制1.分支if語(yǔ)句switch-case結(jié)構(gòu)2.循環(huán)goto語(yǔ)句while結(jié)構(gòu)do…while結(jié)構(gòu)for結(jié)構(gòu)break和continue語(yǔ)句第三十四頁(yè)，共41頁(yè)。5.3.3輸入與輸出一些C開(kāi)發(fā)環(huán)境提供了流式輸入/輸出函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)串行口或用戶自定義I/O接口的輸入/輸出操作，例如getchar、gets、scanf、putchar、puts、printf等輸入/輸出功能需要調(diào)用_getkey和putchar兩個(gè)函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是通過(guò)串行口實(shí)現(xiàn)的如果使用輸入/輸出函數(shù)，還需要在程序中加入一些代碼，以便調(diào)用時(shí)已經(jīng)對(duì)串行口進(jìn)行了適當(dāng)?shù)某跏蓟ぷ鞯谌屙?yè)，共41頁(yè)。5.3.4程序的入口在main函數(shù)執(zhí)行之前，已經(jīng)做了一些初始化若有在main函數(shù)執(zhí)行之前就應(yīng)當(dāng)初始化的資源，或者需要將存儲(chǔ)區(qū)初始化為特定的值，可以在STARTUP.A51中修改或添