第3章单片机C51语言程序设计基础.ppt

第3章 单片机C51语言程序设计基础,3.1 语句与流程控制 3.2 函数 3.3 本章小结 3.4 实训三 简易十字路口交通信号灯控制,返回首页,教学提示,C51 语言程序是由函数组成的。函数是C51 语言的基本模块。用C51语言设计程序就是编写函数。从来源看，函数可分为用户自定义函数和标准库函数两大类。在一个C51 语言程序中有且只能有一个名为main的主函数。C51 语言程序的执行部分是由语句组成的。程序的各种主要功能都是由语句实现的。C 语言的语句可分为流程控制语句、表达式语句、复合语句、空语句。本章重点介绍C51语言中语句的使用方法以及C51语言中新增的函数类型中断函数和重入函数。,教学要求,掌握C51语言基本语句的使用方法，包括赋值语句、函数调用语句、复合语句、空语句；掌握C51语言分支语句的使用方法，包括if语句、switch语句；掌握C51语言循环语句的使用方法，包括while语句、dowhile语句、for语句；掌握辅助控制语句break、continue的使用方法；理解中断函数和重入函数的使用方法；掌握常用标准库函数的使用方法。,3.1 语句与流程控制,3.1.1 基本语句 3.1.2 分支语句 3.1.3 循环语句 3.1.4 辅助控制语句,3.1.1 基本语句,基本语句主要用于顺序结构程序的编写。在C51语言中，语句的结束符为分号。,1.赋值语句,在任何合法的赋值表达式的尾部加上一个分号就构成了赋值语句。赋值语句的一般形式为变量=表达式;,赋值语句的作用是先计算赋值号右边表达式的值，然后将该值赋给赋值号左边的变量。,赋值语句是一种可执行语句，应当出现在函数的可执行部分。,在C51语言中，若函数仅进行某些操作而不返回函数值，这时函数的调用可作为一条独立的语句，称为函数调用语句。其一般形式为函数名(实际参数表);,2.函数调用语句,【例3.1】从键盘输入一个3位整数，将其反向输出。例如，输入127，输出应为721。,在C51语言中，把多条语句用一对大括号括起来组成的语句称为复合语句。复合语句又称为“语句块”，其一般格式为 语句1；语句2；语句n；,3.复合语句,注意：大括号之后不再加分号。,复合语句虽然可由多条语句组成，但它是一个整体，相当于一条语句，凡可以使用单一语句的位置都可以使用复合语句。在复合语句内，不仅可以有执行语句，还可以有变量定义(或说明)语句。,如果一条语句只有语句结束符号“；”则称为空语句。,4.空语句,空语句在执行时不产生任何动作，但仍有一定的作用。比如，预留位置或用来作为空循环体。但是，在程序中随意加分号也会导致逻辑上的错误，需要慎用。,3.1.2 分支语句,为了便于理解，图3.2给出一个简单的单片机应用系统。,图3.2 简单的单片机应用系统,1.if语句,if语句的一般形式为：if(表达式)语句;其中，if 是关键字，表达式两侧的圆括号不可少，最后的语句可以是C51语言任意合法的语句。,图3.3给出了if语句的执行过程。可见，if语句是一种单分支语句。,【例3.2】基于图3.2，编程实现下列功能：按下K1键，发光二极管全亮；弹起K1键后，发光二极管全灭。,图3.3 if语句的执行过程,2.if-else语句,if-else语句的一般形式为：if(表达式)语句1；else 语句2；其中，语句1、语句2可以是C51语言中任意合法的语句。,注意：else不是一条独立的语句，只是if语句的一部分，在程序中else必须与if配对，共同组成一条if-else 语句。,【例3.3】基于图3.2，编程实现下列功能：开机后，全部发光二极管不亮。只有当K1键与K2键同时按下，发光二极管才全亮；否则发光二极管全灭。,图3.4给出了if-else语句的执行过程。可见，if-else语句是一种二分支语句。,图3.4 if-else语句的执行过程,3.if-else-if语句,if-else-if语句的一般形式：if(表达式1)语句1;else if(表达式2)语句2;else语句3;if-else-if语句又称为嵌套的if-else语句，其中，语句1、语句2、语句3可以是C51语言中任意合法的语句。,图3.5给出了if-else-if语句的执行过程。可见，只要一直嵌套下去，if-else-if语句可实现多分支程序设计要求。,【例3.4】基于图3.2，编程实现下列功能：分别用按键K1、K2、K3、K4控制发光二极管D0、D1、D2、D3的亮灭。当键按下时点亮对应的发光二极管；当键弹起时熄灭对应的发光二极管。4个按键的优先权从K1到K4依次减小，若4个按键都按下，则只有D0亮。,图3.5 if-else-if语句的执行过程,4.switch语句,switch语句的一般形式：switch(表达式)case 常量表达式1:语句1;case 常量表达式2:语句2;case 常量表达式n:语句n;default:语句n+1;,图3.6给出了switch语句的执行过程。,图3.6 switch语句的执行过程,【例3.5】基于图3.2，编程实现下列功能：开机后，全部LED 不亮。D0的亮灭仅受K1键控制，与其他按键无关，即不管其他按键处在什么状态，只要按下K1键就点亮D0，弹起K1键就熄灭D0。同理，要求D1的亮灭仅受K2键控制，D2的亮灭仅受K3键控制，D3的亮灭仅受K4键控制。,5.在switch 语句中使用break 语句,break 语句又称为间断语句，其作用是使程序的执行立即跳出switch 语句，从而使switch 语句真正起到分支的作用。,为了解决【例3.5】中存在的问题，必须在switch 语句中使用break 语句，即在每个语句的后面添加一条“break;”语句。,使用break 语句后，switch 语句的一般格式：switch(表达式)case 常量表达式1：语句1;break;case 常量表达式2：语句2;break;case 常量表达式n：语句n;break;default：语句n+1;,使用break 语句后，switch 语句的执行过程如图3.7所示。,【例3.6】在switch语句中使用break语句，对例3.5进行改写。,图3.7 使用break语句后switch语句的执行过程,3.1.3 循环语句,在程序设计中经常会遇到需要重复执行的操作，如延时、累加、累乘、数据传递等，利用循环结构来处理各类重复操作既简单又方便。C51 语言中提供了3种语句来实现循环结构，分别是while 语句、do-while 语句和for 语句。其中，while语句又称为“当”型循环，do-while语句又称为“直到”型循环。,1.while 语句,while 语句的一般形式：while(表达式)循环体其中，“表达式”可以是C51语言中任意合法的表达式，其作用是控制循环体是否执行；“循环体”是循环语句中需要重复执行的部分，可以是一条简单的可执行语句，也可以是用大括号括起来的复合语句。,while 语句的执行过程如图3.8所示。while 语句的特点是：先判断，后执行。,(1)要定义循环控制变量。(2)要确定循环变量的初值、终值、增量(步长)。(3)要保证每执行一次循环体，循环控制变量的值按增量向终值靠近一些，即要避免死循环。,图3.8 while 语句的执行过程,【例3.7】基于图3.2，编程实现下列功能：开机后，全部发光二极管不亮；按下K1键，D0闪烁；松开K1键，D0停止闪烁并熄灭。,while 语句的使用注意事项：,2.do-while 语句,do-while 语句的一般格式：do 循环体 while(表达式);其中，“表达式”可以是C51语言中任意合法的表达式，其作用是控制循环体是否执行；“循环体”可以是C51语言中任意合法的可执行语句；最后的“;”不可丢，表示do-while 语句结束。,do-while 语句的执行过程如图3.9所示。do-while 语句的特点是：先执行，后判断。,【例3.8】基于图3.2编写程序，用do-while语句实现下列功能：开机后，全部发光二极管不亮；按下K1键，D0闪烁；松开K1键，D0停止闪烁并熄灭。,图3.9 do-while 语句的执行过程,3.for 语句,for 语句的典型应用形式：for(循环变量初值;循环条件;循环变量增值)循环体,for语句的一般形式：for(表达式1;表达式2;表达式3)循环体其中，“表达式1”、“表达式2”、“表达式3”可以是C51语言中任意合法的表达式，3个表达式之间用“;”隔开，其作用是控制循环体是否执行；循环体可以是C51语言中任意合法的可执行语句。,for 语句的执行过程如图3.10所示。,(1)for 语句中的表达式可以部分或全部省略，但两个“；”不可省略。例如：for(;)D0=!D0;3个表达式均被省略，因缺少条件判断，循环将会无限制地执行，形成无限循环(通常称为死循环)。,在使用for语句时应注意以下两点：,图3.10 for语句的执行过程,(2)所谓省略，只是在for 语句中的省略。实际上是把所需表达式放在for的循环体中或for的语句前面。下面几种for 语句的表达方式是等价的。,表达方式1(正常情况)：sum=0；for(i=1；i=100；i+)sum+=i；表达方式2(省略表达式1)：sum=0；i=1；for(；i=100；i+)sum+=i；表达方式3(省略表达式3)：sum=0；for(i=1；i=100；)sum+=i；i+；表达方式4(省略表达式1和表达式3)：sum=0；i=1；for(；i=100；)sum+=i；i+；,【例3.9】基于图3.2编程实现下列功能：开机后，全部LED不亮；按下K1键，D0闪烁；松开K1键，D0停止闪烁并熄灭。,4.循环的嵌套,在编写程序时，嵌套循环的书写要采用缩进形式，使程序层次分明，例如：for(i=1；i=10;i+)/外层循环 for(j=1；j=10;j+)/中层循环 for(k=1；k=10；k+)/内层循环循环语句,在一个循环体内又完整地包含了另一个循环称为循环嵌套。循环的嵌套可以有多层，但每一层循环在逻辑上必须是完整的。,在进行循环嵌套时，应注意以下几点：,【例3.10】利用双层循环打印99乘法表。,(1)内外循环的循环变量不应相同。(2)内外循环不应交叉。(3)只能从循环体内转移到循环体外，反之不行。,5.几种循环的比较,(1)3种循环可相互替代处理同一问题。(2)do-while循环至少执行一次循环体，而while及for 循环则不然。(3)while 及do-while 循环多用于循环次数不可预知的情况，而for 循环多用于循环次数可以预知的情况。,3.1.4 辅助控制语句,在循环过程中，有时不一定要执行完所有的循环后才终止，每次循环也不一定要执行完循环体中的所有语句，可能在一定的条件下跳出循环或进入下一轮循环。为了方便对程序流程的控制，除了前面介绍的流程控制语句外，C51 语言还提供了两种辅助控制语句：break 和continue 语句。,1.break 语句,【例3.11】求其平方数小于100 的所有整数。,break 语句的一般形式：break;break 语句的功能是：终止所在的switch 语句；跳出本层循环体，从而提前结束本层循环。,2.continue 语句,【例3.12】求1100之间不能被3整除的数。,continue 语句的一般形式：continue;continue 语句的功能是：用于循环体内结束本次循环，接着进行下一次循环的判定。,3.2 函数,3.2.1 中断函数 3.2.2 重入函数 3.2.3 标准库函数,C51语言程序是由一个个函数构成的。所谓函数，是指可以被其他程序调用的具有特定功能的一段相对独立的程序。引入函数的主要目的有两个：一是为了解决代码的重复；二是结构化模块化编程的需要。,C51语言中函数定义的一般格式：,其中，大括号以外的部分称为函数头；大括号以内的部分称为函数体。如果函数体内无语句，则称之为空函数。空函数不执行任何操作，定义它的目的只是为了以后程序功能的扩充。,returntypefuncname(args)small|compact|largereentrantinterrupt nusing n局部变量定义可执行语句,用C51语言设计程序，就是编写函数。在构成C51语言设计程序的若干个函数中，有且仅有一个是主函数main()。因为C51 语言程序的执行都是从main()函数开始的，也是在main()函数中结束整个程序运行的，其他函数只有在执行main()函数的过程中被调用才能被执行。,从函数的定义格式可以看出，C51语言在4个方面对标准C语言的函数进行了扩展：指定函数的存储模式；指定函数是可再入的；指定函数是一个中断函数；指定函数所用的工作寄存器组。,同变量一样，函数也必须先定义后使用。所有函数在定义时都是相互独立的，一个函数中不能再定义其他函数，但可以相互调用。函数调用的一般规则是：主函数可以调用其他普通函数；普通函数之间可以相互调用；普通函数不能调用主函数。,从用户使用的角度看，函数可以分成两大类：标准库函数和用户自定义函数。下面重点介绍C51语言中新增的中断函数、重入函数和常用的标准库函数。,3.2.1 中断函数,51系列单片机通常有5个中断源，为了方便使用，C51语言对它们进行了编号，见表3-1。,表3-1 51系列单片机的中断源及其编号,当CPU正在执行一个特定任务时，可能有更紧急的事情需要CPU处理，这就涉及中断优先级。高优先级中断可以中断正在处理的低优先级中断程序，因此最好给每种不同优先级程序分配不同的工作寄存器组，以达到压栈保护的目的。,中断函数的定义格式：函数类型 函数名()interrupt 中断编号 using 工作寄存器组编号 可执行语句,例如，下列程序片段为定时器/计数器0的中断服务程序，指定使用第2组工作寄存器。unsigned int CNT1;unsigned char CNT2;void Timer()interrupt 1 using 2if(+CNT1=1000)/CNT1计数到1000CNT2+;/CNT2开始计数CNT1=0;/CNT1清零,在编写中断函数时，应特别注意以下几点：(1)中断函数为无参函数，即不能在中断函数中定义任何变量，否则将导致编译错误。(2)中断函数没有返回值，即应将中断函数定义为void类型。(3)中断函数不能直接被调用，否则将导致编译错误。(4)中断函数使用浮点运算时要保存浮点寄存器的状态。(5)如果在中断函数中调用了其他函数，则被调用函数所使用的寄存器组必须与中断函数相同。(6)由于中断的产生不可预测，中断函数对其他函数的调用可能形成递归调用，必要时可将被中断函数调用的其他函数定义成再入函数。,有关51系列单片机的中断控制及中断函数编写，将在第4章详细讲述。,3.2.2 重入函数,在主函数和中断函数中都可调用的函数容易产生问题。51系列单片机一般使用寄存器传递函数参数，局部变量一般存放在片内RAM中。由于片内RAM的容量很小(只有128B)，函数再入时会破坏或覆盖上次调用的数据。为此，C51语言提供了关键字reentrant，用于将相应的函数指定为可重入函数。所谓重入函数，是指可以在函数体内间接调用其自身的函数。,重入函数可以被递归调用和多重调用，而不用担心变量被覆盖，因为每次函数调用中的局部变量都会被单独保存起来。,【例3.13】重入函数的定义与使用。,重入函数的定义格式：函数类型 函数名(形参列表)reentrant局部变量说明可执行语句,3.2.3 标准库函数,根据51系列单片机本身的特点，C51语言编译系统在C语言的基础上又扩展了以下几种库函数：(1)C51S.LIB：Small模式，无浮点运算。(2)C51FPS.LIB：Small模式，有浮点运算。(3)C51C.LIB：Compact模式，无浮点运算。(4)C51FPC.LIB：Compact模式，有浮点运算。(5)C51L.LIB：Large模式，无浮点运算。(6)C51FPL.LIB：Large模式，有浮点运算。,所谓标准库函数，是指由编译系统提供的、用户可以直接调用的函数。在程序设计中，多使用库函数使程序代码简单，结构清晰，易于调试和维护。,每个库函数都在相应的头文件中给出了函数原型声明。在使用库函数时，必须在源程序的开头处用#include命令将有关的头文件包含进来，例如：#include#include void main(),值得注意的是，C51语言中的某些库函数的参数和调用格式与标准C语言有所不同，如isdigit()函数的返回值类型是bit而不是int。,在C51语言中，调用标准库函数的方式有以下两种：(1)作为表达式的一部分。例如，求y=|x|+3可以通过调用abs()函数来实现：y=abs(x)+3;(2)作为独立的语句完成某种操作。例如：printf(*n);可以在标准输出设备上输出一行5个连续的“*”号。,Keil C51提供了相当丰富的标准库函数，并把它们分门别类地归属到不同的头文件中（表3-2）。标准库函数的原型、功能描述、返回值、重入属性以及应用举例在Keil C51集成开发环境提供的帮助文档中均可以查到。,以数学类库函数abs()为例，查阅标准库函数的方法,(1)在Keil C51集成开发环境下，单击工程管理器中的Books标签，即可看到Keil C51提供的帮助文档，如图3.15所示。,图3.15 Keil C51的帮助文档,(2)在图3.15所示的界面中，双击C51库函数（C51 Library Functions）选项，打开C51库函数帮助窗口，如图3.16所示。,图3.16 Keil C51的库函数,(3)在图3.16的左侧窗口找到abs并单击，则在图3.16的右侧窗口中可以看到有关库函数abs()的介绍内容，包括该函数所属的头文件、函数原型、功能描述、再入属性以及应用举例等，如图3.17所示。,图3.17 库函数abs()的帮助文档,限于篇幅，对Keil C51的标准库函数在此不一一进行介绍，感兴趣的读者可以参阅有关的专业书籍。,【例3.16】标准输入函数scanf()的使用。,【例3.17】标准库函数的综合使用。,【例3.15】字符串复制函数strcpy()、字符串合并函数strcat()的使用。,【例3.14】标准输出函数printf()的使用。,3.3 本章小结,2.C51语言的基本语句有赋值语句、函数调用语句、复合语句、空语句。,1.作为结构化程序设计语言的一种，C51语言同样具有顺序、分支、循环3种基本结构，并提供了丰富的可执行语句形式来实现这3种基本结构。,3.C51语言的流程控制语句有if语句、switch语句、while语句、do-while语句、for语句。,4.C51语言的辅助控制语句有break、continue。,5.所谓函数，是指可以被其他程序调用的具有特定功能的一段相对独立的程序。引入函数的主要目的有两个：一是为了解决代码的重复问题；二是结构化模块化编程的需要。C51语言在4个方面对标准C语言的函数进行了扩展：指定函数的存储模式；指定函数是可再入的；指定函数是一个中断函数；指定函数所用的工作寄存器组。,6.C51语言提供了丰富的标准库函数。,3.4 实训三 简易十字路口交通信号灯控制,简易十字路口交通信号灯控制仅考虑以下简单情况：若东西方向为放行线，则南北方向为禁止线；反之亦然。交通信号灯的变化是固定的，变化规律见表3-3。,表3-3 简易十字路口交通信号灯的变化规律,1.硬件电路设计,图3.23 系统硬件电路,2.软件设计,根据图3.23，当Pl口有关引脚输出高电平1时，则点亮相应的“信号灯”；当Pl口有关引脚输出低电平0时，则熄灭相应的“信号灯”。为了实现交通运行状态的控制要求，Pl口输出的控制码有4种，见表3-4。,表3-4 不同运行状态时的控制码,根据交通灯的运行状态，主程序流程图如图3.24所示。,图3.24 主程序流程图,思考与练习,1.C51语言中有几种基本语句？2.C51语言中有几种流程控制语句？简述它们的执行过程。3.C51语言中的辅助控制语句break、continue的作用是什么？4.在使用中断函数时应注意哪些事项？5.在什么情况下应将函数定义为再入函数？6.在实训三中，放行线的实际情况是黄灯亮时绿灯灭，要实现这一功能应如何修改程序？7.在实训三中，如果让黄灯闪烁，应如何修改程序？,第3章 结束,