Transcript 第4章 AT89S51汇编语言程序设计

第3章
单片机C语言
程序设计基础
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第3章
目录
3.1 编程语言Keil C51简介
3.1.1 Keil C51简介
3.1.2 Keil C51的开发环境
3.1.3 C51与标准C的主要区别
3.2 C51语言程序设计基础
3.2.1 C51语言中的数据
3.2.2 C51的位变量定义
3.3 C51的运算符
3.4 C51的分支与循环程序结构
3.5 一个简单的C51程序
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内容概要
本章在假定读者已掌握标准C语言前提下，初步介绍
如何使用C51来编写AT89C51单片机的应用程序。
C51是在标准C的基础上，根据单片机存储器硬件结
构及内部资源，扩展了相应的数据类型和变量，而C51在
语法规定、程序结构与设计方法上，都与标准C相同。
本章重点介绍C51对标准C所扩展的部分，并通过一
些例程来介绍C51的程序设计思想。最后还对C51的集成
开发环境Keil µVision3以及C51与汇编语言的混合编程作
以介绍。
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3.1 编程语言Keil C51简介
目前51系列单片机编程的C语言都采用Keil C51(简称
C51)，Keil C51是在标准C语言基础上发展起来的。
3.1.1 Keil C51简介
C语言是美国国家标准协会（ANSI）制定的编程语言
标准，1987年ANSI公布87 ANSI C，即标准C语言。
Keil C51语言是在ANSI C的基础上针对51单片机的硬件
特点进行的扩展，并向51单片机上移植，经过多年努力，
C51语言已经成为公认的高效、简洁而又贴近51单片机硬
件的实用高级编程语言。
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目前大多数的51单片机用户都在使用C51语言来进行
程序设计。
用C51进行单片机软件开发，有如下优点：
（1）可读性好。C51语言程序比汇编语言程序的可读性
好，因而编程效率高，程序便于修改。
（2）模块化开发与资源共享。用C51开发出来的程序模
块可以不经修改，直接被其他项目所用，这使得开发者能
够很好地利用已有的大量的标准C程序资源与丰富的库函
数，减少重复劳动。
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（3）可移植性好。为某种型号单片机开发的C语言程序，
只需将与硬件相关之处和编译连接的参数进行适当修改，
就可以方便地移植到其他型号的单片机上。例如，为51单
片机编写的程序通过改写头文件以及少量的程序行，就可
以方便地移植到PIC单片机上。
（4）代码效率高。当前较好的C51语言编译系统编译出
来的代码效率只比直接使用汇编语言低20%左右，如果使
用优化编译选项，效果会更好。
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3.1.2 Keil C51的开发环境
Keil C51是德国Keil software公司开发的用于51系列
单片机的C51语言开发软件。Keil C51在兼容ANSI C的基
础上，又增加很多与51单片机硬件相关的编译特性，使得
开发51系列单片机程序更为方便和快捷，程序代码运行速
度快，所需存储器空间小，完全可以和汇编语言相媲美。
它支持众多的MCS-51架构的芯片，同时集编辑、编译、
仿真等功能于一体，具有强大的软件调试功能，是众多的
单片机应用开发软件中最优秀的软件之一。
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Keil公司目前已推出V7.0以上版本的C51编译器，为
51单片机软件开发提供了全新的C语言环境，同时保留了
汇编代码高效、快速的特点。
现在，Keil C51已被完全集成到一个功能强大的全新
集成开发环境（IDE）µVision3中，该环境下集成了文件
编辑处理、编译链接、项目（Project）管理、窗口、工具
引用和仿真软件模拟器以及Monitor51硬件目标调试器等
多种功能，这些功能均可在Keil µVision3环境中极为简便
地进行操作。
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本章经常用到Keil C51和Keil µVision3两个术语。
Keil C51一般简写为C51，指的是51单片机编程所用的C
语言；而Keil µVision3，可简写为µVision3，指的是用于
51单片机的C51程序编写、调试的集成开发环境。
µVision3内部集成了源程序编辑器，并允许用户在编
辑源文件时就可设置程序调试断点，便于在程序调试过程
中快速检查和修改程序。此外，µVision3还支持软件模拟
仿真（Simulator）和用户目标板调试(Monitor51)两种工
作方式。在软件模拟仿真方式下不需任何51单片机及其外
围硬件即可完成用户程序仿真调试。
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在用户目标板调试方式下，利用硬件目标板中的监控
程序可以直接调试目标硬件系统，使用户节省购买硬件仿
真器的费用。
3.1.3 C51与标准C的主要区别
不同的嵌入式处理器的C编译系统与标准C的不同之
处，主要是它们所针对的嵌入式处理器的硬件系统不同。
Keil C51的基本语法与标准C相同，但对标准C进行了扩展。
深入理解Keil C51对标准C的扩展部分是掌握Keil C51
的关键之一。
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C51与标准C的主要区别如下：
（1）头文件的差异。51系列单片机厂家有多个，它们的
差异在于内部资源如定时器、中断、I/O等数量以及功能
的不同，而对使用者来说，只需要将相应的功能寄存器的
头文件加载在程序内，就可实现所具有的功能。因此，
Keil C51系列的头文件集中体现了各系列芯片的不同资源
及功能。
（2）数据类型的不同。51系列单片机包含位操作空间和
丰富的位操作指令，因此Keil C51与ANSI C相比又扩展了
4种类型，以便能够灵活地进行操作。
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（3）数据存储类型的不同。C语言最初是为通用计算机
设计的，在通用计算机中只有一个程序和数据统一寻址的
内存空间，而51系列单片机有片内、外程序存储器，还有
片内、外数据存储器。标准C并没有提供这部分存储器的
地址范围的定义。此外，对于AT89C51单片机中大量的特
殊功能寄存器也没有定义。
（4）标准C语言没有处理单片机中断的定义。
（5）Keil C51与标准C的库函数有较大的不同。
由于标准C的中的部分库函数不适于嵌入式处理器系统，
因此被排除在Keil C51之外，如字符屏幕和图形函数。
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有一些库函数可以继续使用，但这些库函数都必须针
对51单片机的硬件特点来作出相应的开发，与标准C库函
数的构成与用法有很大的不同。例如库函数printf和scanf，
在标准C中，这两个函数通常用于屏幕打印和接收字符，
而在Keil C51中，它们主要用于串行口数据的收发。
（6）程序结构的差异。由于51单片机的硬件资源有限，
它的编译系统不允许太多的程序嵌套。其次，标准C所具
备的递归特性不被Keil C51支持，在C51中，要使用递归
特性，必须用reentrant进行声明才能使用。
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但是从数据运算操作、程序控制语句以及函数的使用
上来说，Keil C51与标准C几乎没有什么明显的差别。如
果程序设计者具备了有关标准C的编程基础，只要注意
Keil C51与标准C的不同之处，并熟悉AT89S51单片机的
硬件结构，就能够较快地掌握Keil C51的编程。
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3.2 C51语言程序设计基础
本节介绍C51语言程序设计的有关基础知识。
3.2.1 C51语言中的数据
1. 数据类型
Keil C51的基本数据类型如表14-1所示。针对
AT89S51单片机的硬件特点，C51在标准C的基础上，扩
展了4种数据类型（见表中最后4行）。
注意：扩展的4种数据类型，不能使用指针对它们存
取。
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表14-1 Keil C51支持的数据类型
数据类型
signed char
位数
8
字节数
1
取值范围
-128~+127，有符号字符变量
unsigned char
8
1
0~255，无符号字符变量
signed int
16
2
-32768~+32767，有符号整型数
unsigned int
16
2
0~65535，无符号整型数
signed long
32
4
unsigned long
32
4
0~+4294967295，无符号长整型数
float
32
4
±3.402823 E+38，浮点数(精确到7位)
double
64
8
±1.175494E-308，浮点数(精确到15位)
*
bit
sfr
sfr16
sbit
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1
8
16
1
1~3
对象指针
0或1
0~255
0~65535
可进行位寻址的特殊功能寄存器
的某位的绝对地址
1
2
-2147483648~+2147483647，有符号长
整型数
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2. C51的扩展数据类型
下面对表14-1中扩展的4种数据类型进行说明。
（1）位变量bit
bit的值可以是1（true）, 也可以是0（false）。
（2）特殊功能寄存器sfr
AT89S51特殊功能寄存器在片内RAM区的80H~FFH
之间，“sfr” 数据类型占用一个内存单元。利用它可访
问AT89S51内部的所有特殊功能寄存器。
例如：sfr P1=0x90这一语句定义P1口在片内的寄存
器，在后面语句中可用“P1=0xff”(使P1的所有引脚输出
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为高电平)之类的语句来操作特殊功能寄存器。
（3）特殊功能寄存器sfr16
“sfr16”数据类型占用两个内存单元。sfr16和sfr一样
用于操作特殊功能寄存器。所不同的是它用于操作占两个字
节的特殊功能寄存器。
例如： sfr16 DPTR=0x82语句定义了片内16位数据指
针寄存器DPTR，其低8位字节地址为82H。在后面的语句中
可以对DPTR进行操作。
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（4）特殊功能位 sbit
sbit 是指AT89S51片内特殊功能寄存器的可寻址位。
例如：
sfr PSW=0xd0
；/*定义PSW寄存器地址为0xd0*/
sbit PSW ^2 = 0xd2
；/*定义OV位为PSW.2*/
符号“^”前面是特殊功能寄存器的名字，“^”的后
面数字定义特殊功能寄存器可寻址位在寄存器中的位置，
取值必须是0~7。
注意，不要把bit与sbit混淆。bit用来定义普通的位变
量，值只能是二进制的0或1。而sbit定义的是特殊功能
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寄存器的可寻址位， 其值是可进行位寻址的特殊功能寄
存器的位绝对地址，例如PSW寄存器OV位的绝对地址
0xd2。
3. 数据的存储类型
C51完全支持51单片机硬件系统的所有部分。在51单
片机中，程序存储器与数据存储器是完全分开的，且分为
片内和片外两个独立的寻址空间，特殊功能寄存器与片内
RAM统一编址，数据存储器与I/O端口统一编址。C51编
译器通过将变量、常量定义成不同存储类型的方法将它们
定义在不同的存储区中。
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C51存储类型与AT89S51的实际存储空间的对应关系
见表14-2。下面对表14-2作以说明。
（1）片内数据存储器
片内RAM可分为3个区域：
data：片内直接寻址区，位于片内RAM的低128字节。
bdata：片内位寻址区，位于片内RAM位寻址区
20H~2FH。
idata：片内间接寻址区，片内RAM所有地址单元
（00H~FFH）。
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（2）片外数据存储器
pdata：片外数据存储器页，一页为256字节。
xdata：片外数据存储器RAM的64KB空间。
（3）片外程序存储器
code：外部程序存储器的64KB空间。
对单片机编程，正确地定义数据类型以及存储类型，是所
有编程者在编程前都需要首先考虑的问题。在资源有限的
条件下，如何节省存储单元并保证运行效率，是对开发者
的一个考验。只有对C51中的各种数据类型以及存储类型
非常熟练的掌握，才能运用自如。
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定义变量类型应考虑如下问题：程序运行时该变量可
能的取值范围，是否有负值，绝对值有多大，以及相应需
要的存储空间大小。在够用的情况下，尽量选择8位即一
个字节的char型，特别是unsiged char。对于51系列这样
的定点机而言，浮点类型变量将明显增加运算时间和程序
长度，如果可以的话，尽量使用灵活巧妙的算法来避免浮
点变量的引入。
定义数据的存储类型通常遵循如下原则：只要条件满
足，尽量选择内部直接寻址的存储类型data，然后选择
idata即内部间接寻址。对于那些经常使用的变量要使用内
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部寻址。在内部数据存储器数量有限或不能满足要求的情
况下才使用外部数据存储器。选择外部数据存储器可先选
择pdata类型，最后选用xdata类型。
需指出，扩展片外存储器，原理上虽很简单，但在实
际开发中，很多时候，会带来不必要的麻烦，如可能降低
系统稳定性、增加成本、拉长开发和调试周期等，推荐充
分利用片内存储空间。
另外，通常的单片机应用都是面对小型的控制，代码
比较短，对于程序存储区的大小要求很低，常常是片内
RAM很紧张而片内Flash ROM很富裕，因此如果实时性
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要求不高，可考虑使用宏，以及将一些子函数的常量数据
做成数据表，放置在程序存储区，当程序运行时，进入子
函数动态调用下载至RAM即可，退出子函数后立即释放该
内存空间。
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3.2.2 C51的位变量定义
由于AT89C51能够进行位操作，C51扩展了“bit”数
据类型用来定义位变量，这是C51与标准C的不同之处。
C51中位变量bit的具体定义如下：
1. 位变量的C51定义方法
C51通过关键字“bit”来定义位变量，格式为：
bit bit-name
；
例如：bit ov-flag
；/* 将ov-flag定义为位变量*/
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2. C51程序函数的“bit”参数及返回值
C51程序函数可以包含类型为“bit”的参数，也可将
其作为返回值。例如：
bit func(bit b0, bit b1)；
/* 位变量b0，b1作为函数func的参数*/
{
……
return(b1)；
/* 位变量b1作为函数的返回值*/
}
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3. 位变量的限制
位变量不能用来定义指针和数组。例如：
bit *ptr
；/* 错误，不能用位变量来定义指针*/
bit a-array[ ]
；/* 错误，不能用位变量来定义数组*/
在定义位变量时，允许定义存储类型，位变量都被放
入一个位段，此段总是位于AT89S51片内RAM中，因此
其存储器类型限制为bdata，data 或idata，如果将位变量
定义成其他类型都会在编译时出错。
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关于循环，需说明的是，在无操作系统的控制器和处
理器上运行的程序，主体通常采用轮询方式，即把所有的
操作包含在一个while(1){}中，如例14-1。这样的无限循环
在面向通用计算机的软件设计中是不被允许的，然而嵌入
式系统软件设计中，则由于其硬件构成和使用需求，常常
采用这种无限循环。
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