KEIL C 单片机设计与项目实践

KEIL C单片机设计与项目实践

课程内容

项目二霓虹灯控制系统 2. 1 项目说明城市的霓虹灯为美化城市夜景作出了不可磨灭的贡献。本项目的任务是利用51单片机驱动8个发光二极管模拟霓红灯控制系统。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 1、变量的定义变量定义的一般格式如下： [存储种类] 数据类型说明符 [存储类型] 变量名l[=初值],变量名2[=初值] （1）数据类型说明符在定义变量时，必须通过数据类型说明符指明变量的数据类型，也就是规定了变量在存储器中占用的字节数。例如： typedef unsigned int WORD； #define BYTE unsigned char BYTE A=0x34； WORD a2=0x3534

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量（2）变量名变量名是C51为了区分不同变量，为变量取的名称。在C51中规定变量名由3种字符组成：字母、数字和下画线，且第一个字母必须是字母或下画线。变量名有两种：普通变量名和指针变量名。它们的区别是指针变量名前面要带“*”号。（3）存储种类存储种类是指变量在程序执行过程中的作用域。C51变量的存储种类有4种，分别是自动(auto)、外部(extern)、静态(static)与寄存器(register)。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量（4）存储类型存储类型是用于指明变量存放在单片机的哪个存储器中。C51编译器会选择默认的存储类型。默认的存储类型由SMALL、COMPACT和LARGE存储模式决定。C51编译器能识别的存储器类型如表2-1所示。表2-1

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 2、存储模式变量的存储器模式确定了变量在内存中的地址空间，C51编译器允许采用三种存储模式：小编译模式SMALL、紧凑编译模式COMPACT、大编译模式LARGE。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 #pragma small //存储模式为small unsigned char data i,j,k; int xdata m, n; unsigned char a=0x99,b=0x88; unsigned char xdata ram[128]; unsigned int func1(int i, int j) large { return(i+j); } unsigned int func2(int i, int j) { return(i-j); }

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量由于为SMALL模式，故a、b、i、j、k都存储在片内数据存储器中。不同的存储器类型访问速度是不一样的，如： unsigned char data var1; unsigned char pdata var1; unsigned char xdata var1; 定义变量时也可以省略“存储器类型”，省略时C51编译器将按编译模式默认存储器类型。单击图2-1所圈图标或选择Project\Build Target，出现如图2-1所示窗口，单击第二个选项“Target”，“Memory”用于选择数据存储类型；“Code Rom Size”用于选择程序存储类型，选择好后，单击“确定”。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量图2-1 C51编译器存储模式

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 3、特殊功能寄存器变量 51系列单片机片内有许多特殊功能寄存器，在C51中，允许用户对这些特殊功能寄存器进行访问，访问时需通过sfr或sfrl6类型说明符进行定义，定义时需指明它们在片内RAM中对应单元的地址。格式为： sfr/sfrl6 特殊功能寄存器名称=字节地址;

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 sfr用于对51系列单片机中单字节（8位）的特殊功能寄存器进行定义，sfr16用于对双字节（16位）特殊功能寄存器(DPTR)进行定义。特殊功能寄存器名一般用大写字母表示，地址一般采用直接地址形式，如： sfr PSW=0xD0; //定义程序状态字PSW的地址为D0H sfr TMOD=0x89; //定义定时/计数器方式寄存器TMOD的地址为89H sfr Pl=0x90; //定义Pl端口的地址为90H

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 4、位变量在C51中，允许用户通过位类型符定义位变量。关键字有两个：bit和sbit。 bit用于定义一般的可进行位处理的位变量，位地址由编译器在编译时分配，位地址位于片内RAM中的20H~27H单元。它的格式为： bit 位变量名; 在格式中可以加上各种修饰，但严格来说只能是bdata，如： bit bdata a1; 而bit pdata a3是错误的。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 sbit用于定义可位寻址特殊功能寄存器中的某一位，定义时需指明其位地址，可以是直接位地址、特殊功能寄存器字节地址值带位号或特殊功能寄存器名带位号。格式为： sbit 位地址名=位地址; 如位地址为直接位地址，其取值范围为0x7F～0xFF中可位寻址的位地址；如采用特殊功能寄存器名称带位号时，需在定义位地址之前用sfr/sfr16对特殊功能寄存器进行定义，且字节地址与位号之间、特殊功能寄存器名称与位号之间一般用“^”作间隔。如： sbit led1=0x80; //直接位地址 sbit led1=0x80^0; //特殊功能寄存器字节地址值带位号 sbit led1=P0^0; //特殊功能寄存器名称带位号这三条指令都可将P0口最低位的位地址定义为led1。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.1 变量 5、局部变量与全局变量局部变量是指在在函数内部定义的变量；全局变量是指在函数外部定义的变量，也称外部变量。全局变量和局部变量体现了变量能被有效引用的范围即变量的作用域。它们的区别是：局部变量只在当前函数中有效，即当该函数被调用时，为函数内定义的变量分配存储单元，在该函数执行完后，在它内部定义的所有变量将自动销毁、分配的存储单元自动释放，当下次再被调用时，编译器重新为其分配新的存储单元；而编译器为全局变量分配存储单元后，它将永远占据这些存储单元。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 C语言中运算符和表达式数量之多，应用之灵活，是其它高级语言所没有的。C51中常用运算符主要有：算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、位运算符、赋值运算符。这些运算符按其所在表达式中参与运算的操作数的个数，可分为：单目运算符、双目运算符和三目运算符。 C51运算符的优先级是不相同的。一个表达式中包含若干运算符时，先进行高优先级、后进行低优先级的运算，而当一个运算量两侧的运算符优先级相同时，则按运算符的结合性所规定的结合方向处理。运算符的结合性一般有两种，即左结合性(自左至右)和右结合性(自右至左)。用各运算符和括号将运算对象或操作数（常量、变量和函数等）连接起来的、符合C语法规则的式子就称为表达式。每个表达式都有一个值和类型，求表达式的值时，按运算符的优先级和结合性所规定的顺序进行，当一个操作数两侧运算符的优先级相同时，再按C语言规定的结合方向（结合性）进行。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 1.算术运算符和算术表达式加法运算符+ 双目运算符，应有两个量参与加法运算，具有左结合性。减法运算符- 双目运算符，具有左结合性。乘法运算符* 双目运算符，具有左结合性。除法运算符/ 双目运算符，具有左结合性。当参与运算的操作数为整型量时，结果也为整型量，舍去小数；操作数中有一个是实型，则结果为实型。例如10/4=2；10/4.0=2.5。求余运算符% 双目运算符，具有左结合性，要求参与运算的量均为整型，求余运算的结果等于两数相除后的余数。如10%3=1。自增运算符++ 单目运算符，使变量的值自增1。自减运算符-- 单目运算符，使变量的值自减1。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 2.赋值运算符与赋值表达式 “=”是赋值运算符，作用是将一个表达式的值赋给一个变量。由“=”连接的式子称为赋值表达式。一般格式为：变量=表达式例如： x=m+n y=sin(a)+sin(b)

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 3.关系运算符和关系表达式关系运算是双目运算，用于比较两个操作数的大小。C51提供了6种关系运算符，即小于<，小于等于<=，大于>，大于等于>=，等于==，不等于!=。这6个关系运算符分为两个优先级，前四种高于后两种。将两个表达式（可以是算术表达式、赋值表达式、关系表达式等）用关系运算符连接起来就构成了关系表达式。关系表达式的值是逻辑值“真”或“假”。但是C51中没有逻辑型变量和常量，也没有专门的逻辑值，故以“非0”代表“真”，以“0”代表“假”。当关系表达式成立时，表达式的值为真，否则表达式的值为假。如5>3，则该表达式为真，即该关系表达式的值为1；8==12，该表达式的值为0，即为假。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 4.逻辑运算符和逻辑表达式逻辑运算用于判断运算对象的逻辑关系，运算对象为关系表达式或逻辑量。C51提供了逻辑与&&、逻辑或||、逻辑非!三种逻辑运算。（1）逻辑非一般格式：!表达式功能:单目运算符，其结果为表达式逻辑值的“反”。若表达式值为0，则“!表达式”值为1；表达式值为非0，“!表达式”值为0。例如：x=3,由于3是非0，因此x为真，所以!x=0，即为假。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式（2）逻辑与一般格式：表达式1&&表达式2 功能：若参加运算的两个表达式的值均为非0，则结果为1；有任一表达式的值为0，则结果为0。例如：若x=3、y=3、z=0，则x&&y=1，x&&z=0。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式（3）逻辑或一般格式：表达式1 || 表达式2 功能：若参加运算的两个表达式的值均为0，则结果为0；有任一表达式的值为1，则结果为1。例如：若x=3、y=3、z=0，则x||y=1，x||z=1。三个逻辑运算符中，逻辑非!是单目运算符，优先级最高；逻辑与&&的优先级比逻辑或||高。逻辑运算常用于分支或循环结构的条件中。 x&&y=1 x||z=1 !y=0 即逻辑与的运算规则为：全为真时，相与的结果为真；逻辑或的运算规则为：有任一为真时，相或的结果为真；逻辑非的运算规则为：真的非为假、假的非为真。它们与数字电路中的逻辑运算完全一致。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 5.位运算符和位表达式（1）按位与按位与&是双目运算符，功能是将参与运算的两个操作数各对应的二进位相与。只有对应的两个二进位均为1时，结果位才为1；否则为0。如：11001001&00001111=00001001 按位与应用： ① 清零某些位。例如，a为unsigned char型，将a的最高位保留，其余位清0，可通过表达式a&0x80实现。 ② 取某操作数中指定位。例如，x为unsigned char型，要取出其低四位，即使其高半字节为零，低半字节保持，可用表达式x&0x0f实现。　

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式（2）按位或按位或运算符“|”是双目运算符，功能是将参与运算的两个操作数各对应的二进位相或。只要对应的二个二进位有一个为1时，结果位就为1。如： 10011101|11000111=11011111 按位或应用：按位或运算常用来将操作数的某些位置为1。例如：x为unsigned char型，如果是使x的最高位为1，其余位不变，可通过表过式x|0x80实现。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式（3）按位异或按位异或运算符“^”是双目运算符，功能是将参与运算的两个操作数各对应的二进位相异或。当两个对应的二进位不相同时，结果为1；相同时，结果为0。如： 10110101^00111011=10001110 按位异或应用： ① 交换两个值，不用临时变量例如：a=3，二进制数为011B；b=4，二进制数为100B，想将a和b互换，可用以下赋值语句实现： a=a^b; b=b^a; a=a^b; ② 取反某数与0xFF按位异或时，相当于对该数取反。例如，0x88^0xFF=0x77

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式（4）按位非按位非运算符~为单目运算符，具有右结合性。其功能是对参与运算的操作数的各二进位按位求反。如~11000011=00111100。（5）左移左移运算符<<是双目运算符，功能是把<<左边的操作数的各二进位全部左移若干位，由<<右边的操作数指定移位的位数，移位时溢出的高位丢弃，低位补0。如，a=11000011，执行 a<<2=00001100。左移应用：左移1位相当于该数乘以2，左移2位相当于该数乘以4，左移n位相当于该数乘以2n。但此结论只适用于该数左移时被溢出舍弃的高位中不包含1的情况。例如：a<<4 指把a的每个二进位向左移动4位。如a=00000011(十进制3)，左移4位后为00110000(十进制48)。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式（6）右移右移运算符“>>”是双目运算符，功能是把>>左边的操作数的各二进位全部右移若干位，>>右边的操作数指定移动的位数。移到右端的低位被舍弃，对于无符号数，高位补0；对于有符号数，算术移位是在左边用符号位填补，逻辑移位则是在左边补0。例如，a=00110011，执行 a>>2=00001100。右移应用：右移1位相当于该数除2，右移2位相当于该数除4，右移n位相当于该数除2n。但此结论只适用于该数右移时被舍弃的低位中不包含1的情况。设a为 unsigned uchar类型，且a=12，表示把000001100右移2位为00000011（十进制3）即a>>2=3。对于左边移出的空位，在C51中填入0。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式 6.复合运算符在赋值运算符“=”的前面加上其他运算符，组成复合赋值运算符。下面是C51中支持的复合赋值运算符： +=加法赋值； -=减法赋值；*=乘法赋值；／=除法赋值；％=取模赋值； &=按位与赋值；|=按位或赋值； ^=按位异或赋值；～=逻辑非赋值；>>=右移赋值；<<=左移赋值复合赋值运算的一般格式为：变量复合运算赋值符表达式相当于变量=变量运算符表达式

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.2 C51的运算符与表达式它的处理过程是：先把变量与其后的表达式进行某种运算，然后将运算的结果赋给前面的变量。其实这是C51中简化程序的一种方法，大多数二目运算都可以用复合赋值运算符简化表示。例如：a+=6相当于a=a+6；a%=5相当于a=a%5；b&0x55相当于b=b&0x55；x>>=2相当于x=x>>2。　

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句 1.C51语句概述（1）表达式语句表达式语句由表达式加上分号“；”组成。其一般格式为：表达式；（2）函数调用语句将函数调用作为一个语句。函数调用的一般格式为：函数名(实际参数表); 执行函数调用语句就是调用函数体并把实际参数赋予函数定义中的形式参数，然后执行被调函数体中的语句，求取函数值；调用无参函数时，无需实际参数表。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句（3）复合语句把多个语句用括号{}括起来组成一条复合语句。在程序中应把复合语句看成是单条语句，而不是多条语句，例如 { x=y+z; a=b+c; z=x/c; } 复合语句内的各条语句都必须以分号“;”结尾，在括号“}”后不能加分号。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句（4）控制语句控制语句用于控制程序的流程，实现程序的各种结构方式。共有九种，它们是： if( )…else 条件语句 switch 多分支选择语句 for( ) 循环语句 while( ) 循环语句 do … while( ) 循环语句 continue 结束本次循环语句 break 中止执行swith或循环语句 goto 转向语句 return 函数的返回语句括号（）中表示条件，…表示内部语句。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句（5）空语句只有分号“;”组成的语句称为空语句。空语句是什么也不执行的语句，在程序中空语句可用来作循环体、内部语句。如while(1);就是用空语句作循环体，它的作用是无数遍执行空语句。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句 2.for语句 for语句是C语言所提供的功能强大，使用广泛的一种循环语句。其一般格式为： for(表达式1;表达式2;表达式3) { 循环体语句; } 表达式1用于给循环变量赋初值，一般为赋值表达式，也允许在for语句外给循环变量赋初值；表达式2是循环结束条件，可以是关系表达式或逻辑表达式；表达式3用于修改循环变量的值，一般是赋值语句；循环体语句可以为空语句。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句表达式1-3都可以是逗号表达式，即每个表达式都可由多个表达式组成；三个表达式都是任选项，都可以省略，但分号不能省略。 for语句的执行过程是：第一步：计算表达式1。第二步：计算表达式2，若值为真(非0)，则执行循环体语句，然后执行第三步；否则结束for语句，跳出循环，不再执行第三步。第三步：计算表达式3。第四步：转至第二步重复执行。在整个for的执行过程中，表达式1只计算一次，表达式2和表达式3则可能多次计算；循环体可能执行多次，也可能一次都不执行；for语句的执行过程如图2-2所示。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句说明：“表达式”为循环条件，“语句”为循环体。特点：先执行循环体语句，后判断表达式。 do-while语句的执行过程是先执行循环体语句一次，再判别表达式的值，若为真（非0）则继续执行循环体语句；若为假则终止循环。流程如图2-3所示。 do-while语句和while语句的区别在于do-while是先执行后判断，因此do-while至少要执行一次循环体；而while是先判断后执行，如果条件不满足，则一次循环体语句也不执行。while语句和do-while语句可以相互替换。 3.do-while语句 do-while语句也是C51中常用的循环语句，它的一般格式为： do { 语句; } while(表达式)；

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.3 C51语句图2-2 for语句执行流程图2-3 o-while语句的执行流程

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 1.函数分类（1）从函数定义的角度，可分为库函数和用户定义函数 ① 库函数 ② 用户定义函数（2）从有无返回值这个角度，可把函数分为有返回值函数和无返回值函数 ① 有返回值函数 ② 无返回值函数（3）从主调函数和被调函数之间数据传送的角度，可分为无参函数和有参函数 ① 无参函数 ② 有参函数

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 2.函数定义与调用（1）无参函数的定义与调用 ① 无参函数的定义无参函数定义的一般格式为：类型说明符函数名( ) { 类型说明语句；语句； } ② 无参函数的调用在C51中，无参函数调用的一般格式为：函数名( );

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数（2）有参函数的定义与调用 ① 有参函数的定义有参函数定义的一般格式为：类型说明符函数名(形参类型1 参数1,…,形参类型n 参数n) { 类型说明语句; 语句; }

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 ② 有参函数的调用在C51中，有参函数调用的一般格式为：函数名(实际参数表); 函数的调用方式灵活，常用的还有以下两种方式： a. 函数表达式函数作为表达式中的一部分出现在表达式中，函数返回值参与表达式的运算。采用这种调方式时，被调用的函数必须有返回值。例如max(x,y)为求x，y之间的最大值，z=max(x,y)是一个赋值表达式，把调用max函数的返回值赋予变量z。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 b. 函数实参函数作为另一个函数调用的实际参数出现，这种情况是把该函数的返回值作为实参进行传送，因此被调函数也必须是有返回值的。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 3.函数的声明在C51中除主函数外的其它函数在定义时，可以写在主函数的前面也可以写在主函数的后面，但是不可以写在主函数的内部。当函数写在主函数的后面时，必须要在主函之前对函数进行声明，声明的作用是为了编译器在编译主函数时，当遇到函数调用时，知道有这样一个函数存在，才能够根据它的类型和参数等信息，为它分配必要的存储空间。函数声明语句的一般格式为：无参函数：类型说明符函数名( ); 如：void delay500ms( ); 有参函数：类型说明符函数名(类型1,…, 类型n );

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 a. 当被调函数的函数定义出现在主调函数之前时，在主调函数中可以不对被调函数再作说明而直接调用。 b. 所有函数定义之前，在函数外预先说明各个函数的类型，则在以后的各主调函数中，可不再对被调函数作说明。例如：char str(int a); //声明有参函数str void f( ); //声明无参函数f main( ) { } char str(int a) { }

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 void f( ) { } 其中第1、2行对str函数和f函数预先作了声明，因此在以后各函数中无须对str和f函数再作声明就可直接调用。 c. 对库函数的调用不需要再作声明，但在源程序的开始处用#include命令包含所需的头文件。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.4 函数 4.函数的值有返回值的函数被调用后，会向主调函数返回一个数值，称为函数的值或称函数返回值。关于函数的值有以下一些说明：（1）函数的值只能通过return语句返回主调函数。return语句的一般形式为： return 表达式; 或：return (表达式); 该语句的功能是计算表达式的值，并返回给主调函数。在函数中允许有多个return语句，但每次调用只能有一个return语句被执行，因此只能返回一个函数值。（2）函数值的类型和函数定义中函数的类型应保持一致，如果两者不一致，则以函数类型为准，自动进行类型转换。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.5 一个发光二极管闪烁 1.闪烁原理控制一个发光二极管点亮→延时→熄灭→延时→点亮，就会形成闪烁的效果，可得如图2-4所示流程图。闪烁的效果与发光二极管点亮、熄灭的时间有关，如果时间太短，人的眼睛无法分辨；时间太长时，发光二极管闪烁的速度会太慢，影响效果。因此发光二极管点亮或熄灭的时间一般控制在100ms-1s之间。图2-4 发光二极管闪烁原理

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.5 一个发光二极管闪烁 2.for语句实现延时（1）由for构成的延时语句 C51中的循环语句均可实现延时，但for语句用得最多。由for构成的延时语句为： unsigned int i; for(i=0;i<1827;i++); 如果要延时1s，可以以10ms为基准，采用双重循环来实现。由于1s=100×10ms，内层循环实现10ms延时，外层再循环100次，就可以达到延时1s的要求。1s的延时语句为： unsigned int i,j; for(i=0;i<100;i++)

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.5 一个发光二极管闪烁 for(j=0; j<1827;j++); 定义两个变量i、j用于控制双层循环的次数。第一个for语句的后面没有分号，它的循环体就是第二个for语句；第二个for语句的循环体是空语句，因此第二个for语句为内层循环，由变量j控制循环1827次，延时10ms；第一个for语句为外层循环，由变量i控制循环100次，延时1s。

项目二霓虹灯控制系统 2. 2 基础知识 2.2.5 一个发光二极管闪烁（2）举例例2 编程使图1-18中发光二极管LED0闪烁，点亮和熄灭的时间均为1s。解：只要单片机上电，发光二极管LED0就要不停地闪烁，即无休止地点亮1s、熄灭1s；控制一个LED闪烁时，字节寻址与位寻址均可；本例中采用位寻址。源程序 #include <reg51.h> //包含51系列单片机的头文件 #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit LED0=P2^0; //定义P2.0为LED0

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