單片機(jī)原理及應(yīng)用（6）主講人：陳桂友山東大學(xué)1/30內(nèi)容提綱一單片機(jī)C語(yǔ)言程序中的常用運(yùn)算二C51對(duì)ANSIC的擴(kuò)展三STC8A8K64S4A12單片機(jī)C51程序框架2/30目標(biāo)掌握單片機(jī)C語(yǔ)言程序的設(shè)計(jì)及調(diào)試方法。3/30單片機(jī)C語(yǔ)言程序中的常用運(yùn)算一4/301．關(guān)系運(yùn)算符關(guān)系運(yùn)算符用于比較兩個(gè)常數(shù)或者表達(dá)式的大小。關(guān)系運(yùn)算的結(jié)果只能是0或1。關(guān)系運(yùn)算符的值為真時(shí)，結(jié)果值為1；關(guān)系運(yùn)算符的值為假時(shí)，結(jié)果值為0。C語(yǔ)言提供6種關(guān)系運(yùn)算符，見(jiàn)表6-1。表6-1C語(yǔ)言的關(guān)系運(yùn)算符運(yùn)

算

符名

稱示

例功

能<小于a<ba小于b時(shí)返回真；否則返回假<=小于等于a<=ba小于等于b時(shí)返回真；否則返回假>大于a>ba大于b時(shí)返回真；否則返回假>=大于等于a>=ba大于等于b時(shí)返回真；否則返回假=

=等于a=

=ba等于b時(shí)返回真；否則返回假!=不等于a!=ba不等于b時(shí)返回真；否則返回假特別注意，判斷兩個(gè)常數(shù)或者表達(dá)式相等時(shí)，使用“=

=”，不要使用單個(gè)的“=”。否則，判斷兩個(gè)數(shù)是否相等就變成了賦值語(yǔ)句，編譯時(shí)不會(huì)提示錯(cuò)誤或警告，但執(zhí)行結(jié)果一般是不正確的。5/30邏輯運(yùn)算符包括與（&&）、或（||）、非（!）三種，用于對(duì)包含關(guān)系運(yùn)算符的表達(dá)式進(jìn)行合并或取非。對(duì)于使用邏輯運(yùn)算符的表達(dá)式，返回0表示“假”，返回1表示“真”。與運(yùn)算符（&&）表示兩個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)（即兩個(gè)條件都為真時(shí)），返回結(jié)果才為真。例如，假設(shè)一個(gè)程序在同時(shí)滿足條件a<100和b<=40時(shí)，必須執(zhí)行某些操作，應(yīng)使用關(guān)系運(yùn)算符和邏輯與運(yùn)算符（&&）來(lái)寫這個(gè)條件的代碼：(a<100)&&(b<=40)。類似地，或運(yùn)算符（||）用于檢查兩個(gè)條件中是否有一個(gè)為真的運(yùn)算符，只要有一個(gè)條件為真，運(yùn)算結(jié)果就為真。如果上例改為如果任一語(yǔ)句為真，程序需執(zhí)行某些操作，則條件代碼為：(a<100)||(b<=40)。邏輯非運(yùn)算符（!）表示對(duì)表達(dá)式的真值取反。例如，如果檢測(cè)變量s不大于10，程序需執(zhí)行某些操作，則條件代碼：(!(s>10))。其實(shí)，該條件碼相當(dāng)于(s<=10)。2．邏輯運(yùn)算符6/303．位運(yùn)算符很多應(yīng)用程序常要求在位（bit）一級(jí)進(jìn)行運(yùn)算或處理。Ｃ語(yǔ)言提供了位運(yùn)算的功能，這使得Ｃ語(yǔ)言也能像匯編語(yǔ)言一樣用來(lái)編寫系統(tǒng)程序。Ｃ語(yǔ)言提供了六種位運(yùn)算符，分別為按位與（&）、按位或（|）、按位異或（^）、取反（~）、左移（<<）和右移（>>）。按位運(yùn)算的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與參與運(yùn)算的變量類型有關(guān)。（1）按位與運(yùn)算按位與運(yùn)算符“&”是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)或變量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)位相與。只有對(duì)應(yīng)的兩個(gè)二進(jìn)位均為1時(shí)，結(jié)果位才為1，否則為0。例如：

unsignedchara=9,b=5,c;

c=a&b; //執(zhí)行后c=1。9&5可寫算式為00001001&00000101＝00000001按位與運(yùn)算通常用來(lái)對(duì)某些位清0或保留某些位。例如把無(wú)符號(hào)整型變量a的高八位清0，保留低八位，可作a&255運(yùn)算(255的二進(jìn)制數(shù)為0000000011111111)。7/30（2）按位或運(yùn)算按位或運(yùn)算符“|”是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)或變量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)位相或。只要對(duì)應(yīng)的兩個(gè)二進(jìn)位有一個(gè)為1時(shí)，結(jié)果位就為1。例如：unsignedchara=9,b=5,c;c=a|b;//執(zhí)行后c=13。9|5的算式為00001001|00000101=00001101(十進(jìn)制為13)（3）按位異或運(yùn)算按位異或運(yùn)算符“^”是雙目運(yùn)算符。其功能是參與運(yùn)算的兩個(gè)數(shù)或變量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)位相異或。當(dāng)兩個(gè)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)位相異時(shí)，結(jié)果為1。例如：

unsignedchara=9,b=5,c;

c=a^b; //執(zhí)行后c=12。9^5的算式為00001001^00000101=00001100(十進(jìn)制為12)（4）求反運(yùn)算求反運(yùn)算符“~”為單目運(yùn)算符。其功能是對(duì)參與運(yùn)算的數(shù)的各二進(jìn)位按位求反。例如：unsignedinta=9,c;c=~a; //執(zhí)行后c=65526。~9的算式為~(0000000000001001)=11111111111101108/30（5）左移運(yùn)算左移運(yùn)算符“<<”是雙目運(yùn)算符。其功能是把“<<”左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)位全部左移若干位，由“<<”右邊的數(shù)指定移動(dòng)的位數(shù)，高位丟棄，低位補(bǔ)0。例如：

unsignedchara=3,c;

c=a<<4;//執(zhí)行后c=48。a=00000011(十進(jìn)制3)，左移4位后為00110000(十進(jìn)制48)。（6）右移運(yùn)算右移運(yùn)算符“>>”是雙目運(yùn)算符。其功能是把“>>”左邊的運(yùn)算數(shù)的各二進(jìn)位全部右移若干位，“>>”右邊的數(shù)指定移動(dòng)的位數(shù)。例如：

unsignedchara=15,c;c=a>>2; //執(zhí)行后c=3。a=000001111(十進(jìn)制15)，右移2位后為00000011(十進(jìn)制3)。對(duì)于有符號(hào)數(shù)，在右移時(shí)，符號(hào)位將隨同移動(dòng)。當(dāng)為正數(shù)時(shí)，最高位補(bǔ)0，而為負(fù)數(shù)時(shí)，符號(hào)位為1。9/30C51對(duì)ANSIC的擴(kuò)展二10/301.C51擴(kuò)展的關(guān)鍵字

C51有以下19個(gè)擴(kuò)展關(guān)鍵字：_at_、sbit、sfr、bit、sfr16、idata、bdata、xdata、pdata、data、code、alien、small、compact、large、using、reentrant、interrupt、_task_。下面僅介紹常見(jiàn)的關(guān)鍵字。（1）內(nèi)存區(qū)域的指定1）程序存儲(chǔ)器code關(guān)鍵字表示將變量保存到程序存儲(chǔ)區(qū)?？梢允褂胏ode定義表格常數(shù)，這樣可以節(jié)省內(nèi)部RAM的使用。例如，可以使用下面的代碼保存數(shù)碼LED的顯示字模：

unsignedcharcode

led_buf[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};11/302）內(nèi)部RAM

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用以下關(guān)鍵字說(shuō)明：

data：直接尋址區(qū)，內(nèi)部RAM的低128字節(jié)，地址范圍為00H～7FH。在用戶程序中聲明變量時(shí)，默認(rèn)都保存在該區(qū)域。

idata：間接尋址區(qū)，包括整個(gè)內(nèi)部RAM區(qū)256字節(jié)，地址范圍為00H～0FFH。

bdata：可位尋址區(qū)，地址范圍為20H～2FH。3）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

外部RAM視使用情況可由以下關(guān)鍵字標(biāo)識(shí)：

xdata：可指定多達(dá)64KB的外部直接尋址區(qū)，地址范圍0000H～0FFFFH。在用戶程序中，需要聲明較大的數(shù)組時(shí)，可以使用xdata關(guān)鍵字將變量數(shù)組保存到擴(kuò)展RAM中。例如：

unsignedcharxdataarr[300][2];

pdata：能訪問(wèn)1頁(yè)（256B）的外部RAM（很少用）。12/304）特殊功能寄存器（SFR）STC8A8K64S4A12單片機(jī)的特殊功能寄存器（SFR）尋址區(qū)，用來(lái)控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串口、I/O及其他部件。為了支持SFR及其可尋址位的聲明，引入了sfr、sbit等關(guān)鍵詞，具體如下：

sfr：字節(jié)尋址。語(yǔ)法如下：

sfrsfr_name=int_constant;

“=”后為常數(shù)，并且這個(gè)常數(shù)就是特殊功能寄存器的對(duì)應(yīng)地址。如：

sfrP0=0x80; //0x80為P0口的地址。

sfr16：字尋址，如：

sfr16DPTR=0x82;//指定DPTR的地址DPL=0x82，DPH=0x83

sbit：位尋址。用于聲明可位尋址的特殊功能寄存器的位變量。聲明方法如下：

sbitbitname=sfr_name^bit_number;

其中，sfr_name必須是已定義的SFR的名字,bit_number是位號(hào)（0~7）。如：

sbitCY=PSW^7；//定義CY為PSW的第7位附錄B中提供了STC8A8K64S4A12單片機(jī)的頭文件stc8.h的內(nèi)容，編程時(shí)包含這個(gè)文件即可。13/30（2）變量或數(shù)據(jù)類型C51編譯器支持的數(shù)據(jù)類型見(jiàn)表6-2。表6-2C51支持的數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型含義位數(shù)/bit字節(jié)數(shù)/B取值范圍bit*位型11/80或1signedchar帶符號(hào)字符型81-128~127unsignedchar無(wú)符號(hào)字符型810~255enum

8/161或2-128~127或-32768~32,767signedshort帶符號(hào)短型162-32,768~32,767unsignedshort無(wú)符號(hào)短型1620~65,535signedint帶符號(hào)整型162-32,768~32,767unsignedint無(wú)符號(hào)整型1620~65,53514/30表6-2C51支持的數(shù)據(jù)類型（續(xù)）數(shù)據(jù)類型含義位數(shù)/bit字節(jié)數(shù)/B取值范圍signedlong帶符號(hào)長(zhǎng)整型324-2,147,483,648~2,147,483,647unsignedlong無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型3240~429,4967,295float浮點(diǎn)型324+1.175,494,E38~3.402,823,E+38sbit*11/80~1sfr*810x80-0xffsfr16*1620x80~0xff注：帶*部分為C51所特別支持的變量類型，它們不屬于ANSIC，不能用指針對(duì)它們存取。由表6-2可以看出，C51提供以下幾種擴(kuò)展數(shù)據(jù)類型： l

bit：位變量，值為0或1。 l

sbit：從字節(jié)中定義的位變量（0或1）。 l

sfr：sfr字節(jié)地址（0x80～0xff）。 l

sfr16：sfr字地址（0x80～0xff，其實(shí)是占用兩個(gè)連續(xù)的地址）。

其余的數(shù)據(jù)類型如char、enum、short、int、long、float等與ANSIC相同。sfr、sfr16和sbit 前面已有描述，下面著重介紹位變量及其聲明。15/301）bit型變量bit型變量可用于變量類型和函數(shù)聲明、函數(shù)返回值等，存儲(chǔ)于內(nèi)部RAM的20H～2FH單元中。需要注意：

1）位不能聲明為一個(gè)指針。如bit*bit_poiter；是錯(cuò)誤的。

2）不能有bit數(shù)組如bitarr[5]；是錯(cuò)誤的。2）可位尋址區(qū)說(shuō)明使用sbit聲明可獨(dú)立訪問(wèn)可位尋址對(duì)象的位。sbit聲明要求基址對(duì)象的存儲(chǔ)器類型為“bdata”，否則只有絕對(duì)的位聲明方法是合法的。位的位置（‘^’操作符號(hào)后的數(shù)字）的最大值依賴于指定的基類型，對(duì)于char/unsignedchar而言是0～7，對(duì)于int/unsignedint/short/unsignedshort而言是0～15，對(duì)于long/unsignedlong而言是0～31。例如：

intbdatabittest_at_0x20; //也可以省略“_at_0x20”

sbitbit0＝bittest^0; //0x20單元的第0位

sbitbit15=bittest^15; //0x21單元的第7位可位尋址對(duì)象的位的聲明只能放到main函數(shù)的外部作為全局變量使用，否則編譯出錯(cuò)。16/30（3）KeilC51指針 KeilC51支持一般指針（GenericPointer）和存儲(chǔ)器指針（MemorySpecificPointer）。一般指針的聲明和使用均與標(biāo)準(zhǔn)C相同，同時(shí)還可以說(shuō)明指針的存儲(chǔ)類型。例如，下面的語(yǔ)句都聲明pt為指向保存在外部RAM中unsignedchar數(shù)據(jù)的指針，但pt本身的保存位置卻不同： unsignedcharxdata*pt;

//pt本身依存儲(chǔ)模式存放 unsignedcharxdata*datapt;//pt被保存在內(nèi)部RAM中 unsignedcharxdata*xdatapt;

//pt被保存在外部RAM中

基于存儲(chǔ)器的指針，說(shuō)明時(shí)即指定了存儲(chǔ)類型，例如： chardata*str;

//str指向data區(qū)中char型數(shù)據(jù) intxdata*pow; //pow指向外部RAM的int型整數(shù)

除了和標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言一樣使用指針外，指針還可以用來(lái)訪問(wèn)外部并行擴(kuò)展的器件。例如，為了方便地訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器及I/O端口，在C51中的absacc.h頭文件做了如下定義，利用這些定義可以方便地訪問(wèn)外部I/O端口。 #defineCBYTE((unsignedcharvolatilecode*)0) #defineDBYTE((unsignedcharvolatiledata*)0) #definePBYTE((unsignedcharvolatilepdata*)0) #defineXBYTE((unsignedcharvolatilexdata*)0)17/30

其中，volatile影響編譯器編譯的結(jié)果，volatile告訴編譯器變量是隨時(shí)可能發(fā)生變化的，與volatile變量有關(guān)的運(yùn)算，不要進(jìn)行編譯優(yōu)化，以免出錯(cuò)。這樣，如果變量是一個(gè)寄存器變量或者表示一個(gè)端口，使用volatile可以保證對(duì)特殊地址的穩(wěn)定訪問(wèn)，不會(huì)出錯(cuò)。在stc8.h文件中，對(duì)于位于擴(kuò)展RAM區(qū)域的特殊功能寄存器的聲明就使用了這樣的方法。例如P0口上拉電阻控制寄存器的聲明如下： #defineP0PU(*(unsignedcharvolatilexdata*)0xfe10)若從擴(kuò)展地址為7FF0H的端口中讀取信息，可以使用下面的代碼： #include<absacc.h> #definePORTAXBYTE[0x7FF0] //其中，PORTA為程序定義的I/O端口名稱，7FF0H為PORTA的地址voidmain(void){chara;PORTA=0x81;//輸出81H到端口7ff0Ha=PORTA;//讀端口7ff0H到變量a}18/302.C51對(duì)函數(shù)的擴(kuò)展C51不僅僅支持ANSIC的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，而且擴(kuò)展了函數(shù)的聲明，下面具體介紹。（1）中斷函數(shù)聲明中斷函數(shù)通過(guò)使用interrupt關(guān)鍵字和中斷號(hào)（0～31）來(lái)聲明。中斷號(hào)告訴編譯器中斷服務(wù)程序的入口地址。例如，串行口1的中斷函數(shù)可以聲明如下： voidUART1_ISR(void)interrupt4 { /*中斷服務(wù)程序的代碼

*/ }上述代碼聲明了串行口1中斷服務(wù)函數(shù)。其中，interrupt4說(shuō)明是串行口1的中斷。中斷函數(shù)具體是哪個(gè)中斷的函數(shù)，與中斷號(hào)有關(guān)，而與函數(shù)名無(wú)關(guān)。完整的STC8A8K64S4A12單片機(jī)的中斷號(hào)及相關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)第7章。19/30（2）指定工作寄存器區(qū)當(dāng)需要指定函數(shù)中使用的工作寄存器區(qū)時(shí)，使用關(guān)鍵字using后跟一個(gè)0～3的數(shù)，對(duì)應(yīng)著工作寄存器0～3區(qū)。例如，在下面的函數(shù)中使用了工作寄存器1區(qū)（相當(dāng)于PSW.4=0，PSW.3=1）： unsignedcharGetKey(void)using1 { /*用戶程序代碼*/ }（3）指定存儲(chǔ)模式用戶可以使用small、compact及l(fā)arge說(shuō)明存儲(chǔ)模式。例如： voiddisp_data(void)small { /*用戶程序代碼*/ } small說(shuō)明的函數(shù)內(nèi)部變量全部使用內(nèi)部RAM。關(guān)鍵的、經(jīng)常性的、耗時(shí)的地方可以這樣聲明，以提高運(yùn)行速度。20/30STC8A8K64S4A12單片機(jī)C51程序框架三21/30為了便于學(xué)習(xí)，下面給出一個(gè)通用的STC8A8K64S4A12單片機(jī)的C51程序框架。讀者可以在適當(dāng)?shù)牡胤礁鶕?jù)設(shè)計(jì)任務(wù)需要填入代碼，便可構(gòu)成較完整的C語(yǔ)言程序。 #include“stc8.h”/*stc8.h為單片機(jī)寄存器定義頭文件，具體內(nèi)容參見(jiàn)附錄B*/ voiddelay(longdelaytime);//聲明子函數(shù)，子函數(shù)可以有返回值 voidmain(void) { //此處可存放應(yīng)用系統(tǒng)的初始化代碼

while(1)//主程序循環(huán)

{ //根據(jù)需要填入適當(dāng)?shù)膬?nèi)容

delay(100);//可以調(diào)用用戶自定義的子函數(shù)

} }//---------各個(gè)子函數(shù)的聲明----------- voiddelay(longdelaytime) { while(delaytime>0) delaytime--;//子函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼 }22/30//---------各個(gè)中斷函數(shù)的實(shí)現(xiàn)----------voidINT0_ISR(void)interrupt0//外部中斷0服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidINT1_ISR(void)interrupt2 //外部中斷1服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidINT2_ISR(void)interrupt10 //外部中斷2服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidINT3_ISR(void)interrupt11 //外部中斷3服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidINT4_ISR(void)interrupt16 //外部中斷4服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}23/30voidT0_ISR(void)interrupt1 //定時(shí)器0中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidT1_ISR(void)interrupt3 //定時(shí)器1中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidT2_ISR(void)interrupt12 //定時(shí)器2中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidT3_ISR(void)interrupt19 //定時(shí)器3中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}voidT4_ISR(void)interrupt20 //定時(shí)器4中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼}24/30voidUART1_ISR(void)interrupt4//串口1中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼,注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidUART2_ISR(void)interrupt8//串口2中斷子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidUART3_ISR(void)interrupt17//串口3中斷子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidUART4_ISR(void)interrupt18//串口4中斷子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidSPI_ISR(void)interrupt9//SPI中斷子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}25/30voidADC_ISR(void)interrupt5//ADC模塊中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidLVD_ISR(void)interrupt6//低電壓檢測(cè)中斷子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidCMP_ISR(void)interrupt21//比較器模塊中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼,注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidPCA_ISR(void)interrupt7//PCA中斷子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼，注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidPWM_ISR(void)interrupt22//PWM模塊中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼,注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}26/30voidPWMFD_ISR(void)interrupt23//PWM異常檢測(cè)模塊中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼,注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}voidI2C_ISR(void)interrupt24//I2C中斷服務(wù)子函數(shù){//根據(jù)需要填入程序代碼,注意中斷請(qǐng)求標(biāo)志的清0}沒(méi)有用到的中斷函數(shù)可以不寫到程序中。下面舉例說(shuō)明單片機(jī)