单片机 C 语言入门教程

51单片机C语言入门教程

学习单片机实在不是件易事，一来要购买高价格的编程器，仿真器，二来要学习编程语言，还有众多种类的单片机选择真是件让人头痛的事。在众多单片机中51架构的芯片风行很久，学习资料也相对很多，是初学的较好的选择之一。51的编程语言常用的有二种，一种是汇编语言，一种是C语言。汇编语言的机器代码生成效率很高但可读性却并不强，复杂一点的程序就更是难读懂，而C语言在大多数情况下其机器代码生成效率和汇编语言相当，但可读性和可移植性却远远超过汇编语言，而且C语言还可以嵌入汇编来解决高时效性的代码编写问题。对于开发周期来说，中大型的软件编写用C语言的开发周期通常要小于汇编语言很多。综合以上C语言的优点，我在学习时选择了C语言。以后的教程也只是我在学习过程中的一些学习笔记和随笔，在这里加以整理和修改，希望和大家一起分享，一起交流，一起学习，一起进步。

第一课建立您的第一个C项目

使用C语言肯定要使用到C编译器，以便把写好的C程序编译为机器码，这样单片机才能执行编写好的程序。KEILuVISION2是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，PLM，汇编和C语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC++的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此很多开发51应用的工程师或普通的单片机爱好者，都对它十分喜欢。

以上简单介绍了KEIL51软件，要使用KEIL51软件，必需先要安装它。KEIL51是一个商业的软件，对于我们这些普通爱好者可以到KEIL中国代理周立功公司的网站上下载一份能编译2K的DEMO版软件，基本可以满足一般的个人学习和小型应用的开发。（安装的方法和普通软件相当这里就不做介绍了）

安装好后，您是不是迫不及待的想建立自己的第一个C程序项目呢？下面就让我们一起来建立一个小程序项目吧。或许您手中还没有一块实验板，甚至没有一块单片机，不过没有关系我们可以通过KEIL软件仿真看到程序运行的结果。

首先当然是运行KEIL51软件。怎么打开？噢，天！那您要从头学电脑了。呵呵，开个玩笑，这个问题我想读者们也不会提的了：P。运行几秒后，出现如图1－1的屏幕。

图1－1启动时的屏幕

接着按下面的步骤建立您的第一个项目：

图1－2NewProject菜单

·

图1－3文件窗口

（2）选择所要的单片机，这里我们选择常用的Ateml公司的AT89C51。此时屏幕如图1－4所示。AT89C51有什么功能、特点呢？不用急，看图中右边有简单的介绍，稍后的章节会作较详细的介绍。完成上面步骤后，我们就可以进行程序的编写了。

如果您看过别的程序书也许也有类似的程序：

voidmain(void)

{

SCON=0x50;//串口方式1,允许接收

TMOD=0x20;//定时器1定时方式2

TCON=0x40;//设定时器1开始计数

TH1=0xE8;//11.0592MHz1200波特率

TL1=0xE8;

TI=1;

TR1=1;//启动定时器

while(1)

{

printf("HelloWorld!\n");//显示HelloWorld

}

}

图1－4选取芯片

图1－5新建程序文件

这段程序的功能是不断从串口输出"HelloWorld!"字符，我们先不管程序的语法和意思吧，先看看如何把它加入到项目中和如何编译试运行。

图1－6把文件加入到项目文件组中

·

单片机C语言入门教程

图1－7编译程序

(6)进入调试模式，软件窗口样式大致如图1－8所示。图中1为运行，当程序处于停止状态时才有效，2为停止，程序处于运行状态时才有效。3是复位，模拟芯片的复位，程序回到最开头处执行。按4我们可以打开5中的串行调试窗口，这个窗口我们可以看到从51芯片的串行口输入输出的字符，这里的第一个项目也正是在这里看运行结果。这些在菜单中也有，这里不再一一介绍大家不妨找找看，其它的功能也会在后面的课程中慢慢介绍。首先

·4打开串行调试窗口，再按运行键，这时就可以看到串行调试窗口中不断的打印"HelloWorld！"。呵呵，是不是不难呀？这样就完成了您的第一个C项目。最后我们要停止程序运行回到文件编辑模式中，就要先按停止按钮再按开启\关闭调试模式按钮。然后我们就可以进行关闭KEIL等相关操作了。

到此为止，第一课已经完结了，初步学习了一些KEILuVision2的项目文件创建、编译、运行和软件仿真的基本操作方法。其中一直有提到一些功能的快捷键的使用，的确在实际的开发应用中快捷键的运用可以大大提高工作的效率，建议大家多多使用，还有就是对这里所讲的操作方法举一反三用于类似的操作中。

图1－8调试运行程序

第二课初步认识51芯片

上一课我们的第一个项目完成了，可能有懂C语言的朋友会说，"这和PC机上的C语言没有多大的区别呀"。的确没有太大的区别，C语言只是一种程序语言的统称，针对不同的处理器相关的C语言都会有一些细节的改变。编写PC机的C程序时，如要对硬件编程您就必须对硬件要有一定的认识，51单片机编程就更是如此，因它的开发应用是不可与硬件脱节的，所以我们先要来初步认识一下51苾片的结构和引脚功能。MSC51架构的芯片种类很多，具体特点和功能不尽相同（在以后编写的附录中会加入常用的一些51芯片的资料列表），在此后的教程中就以Atmel公司的AT89C51和AT89C2051为中心对象来进行学习，两者是AT89系列的典型代表，在爱好者中使用相当的多，应用资料很多，价格便宜，是初学51的首选芯片。嘿嘿，口水多多有点卖广告之嫌了。：P

图2－1AT89C51和AT89C2051引脚功能图

图2－1中是AT89C51和AT89C2051的引脚功能图。而表2－1中则是它们的主要性能表。以上可以看出它们是大体相同的，由于AT89C2051的IO线很少，导致它无法外加RAM和程序ROM，片内Flash存储器也少，但它的体积比AT89C51小很多，以后大家可根据实际需要来选用。它们各有其特点但其核心是一样的，下面就来看看AT89C51的引脚具体功能。

1.电源引脚

Vcc40电源端

GND20接地端

＊工作电压为5V，另有AT89LV51工作电压则是2.7-6V,引脚功能一样。

2.外接晶体引脚

图2－2外接晶体引脚

XTAL119

XTAL218

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。

＊型号同样为AT89C51的芯片，在其后面还有频率编号，有12,16,20,24MHz可选。大家在购买和选用时要注意了。如AT89C5124PC就是最高振荡频率为24MHz,40P6封装的普通商用芯片。

3.复位RST9

在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引腿时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便循环复位。复位后P0－P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的00H处开始运行程序。常用的复位电路如图2－

3所示。

＊复位操作不会对内部RAM有所影响。

图2－3常用复位电路

4.输入输出引脚

(1)P0端口[]P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口，端口置1（对端口写1）时作高阻抗输入端。作为输出口时能驱动8个TTL。

对内部Flash程序存储器编程时，接收指令字节;校验程序时输出指令字节，要求外接上拉电阻。

在访问外部程序和外部数据存储器时，P0口是分时转换的地址(低8位)/数据总线，访问期间内部的上拉电阻起作用。

(2)P1端口[－]P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收低8位地址信息。

(3)P2端口[－]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接收高8位地址和控制信息。

在访问外部程序和16位外部数据存储器时，P2口送出高8位地址。而在访问8位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。

(4)P3端口[－]P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/0端口。输出时可驱动4个TTL。端口置1时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash程序存储器编程时，接控制信息。除此之外P3端口还用于一些专门功能，具体请看表2－2.。

＊P1－3端口在做输入使用时，因内部有上接电阻，被外部拉低的引脚会输出一定的电流。

呼！一口气说了那么多，停一下吧。嗯，什么？什么叫上拉电阻？上拉电阻简单来说就是把电平拉高，通常用4.7－10K的电阻接到Vcc电源，下拉电阻则是把电平拉低，电阻接

·GND地线上。具体说明也不是这里要讨论的，接下来还是接着看其它的引脚功能吧。5.其它的控制或复用引脚

(1)ALE/PROG30访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率输出脉冲信号(此频率是振荡器频率的1/6)。在访问外部数据存储器时，出现一个ALE脉冲。对Flash存储器编程时，这个引脚用于输入编程脉冲PROG

(2)PSEN29该引是外部程序存储器的选通信号输出端。当AT89C51由外部程序存储器取指令或常数时，每个机器周期输出2个脉冲即两次有效。但访问外部数据存储器时，将不会有脉冲输出。

(3)EA/Vpp31外部访问允许端。当该引脚访问外部程序存储器时，应输入低电平。要使AT89C51只访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,这时该引脚必须保持低电平。对Flash存储器编程时，用于施加Vpp编程电压。Vpp电压有两种，类似芯片最大频率值要根据附加的编号或芯片内的特征字决定。具体如表2－3所列。

看到这您对AT89C51引脚的功能应该有了一定的了解了，引脚在编程和校验时的时序我们在这里就不做详细的探讨，通常情况下我们也没有必要去撑握它，除非您想自己开发编程器。下来的课程我们要开始以一些简单的实例来讲述C程序的语法和编写方法技巧，中间穿插相关的硬件知识如串口，中断的用法等等。

第三课生成HEX文件和最小化系统

在开始C语言的主要内容时，我们先来看看如何用KEILuVISION2来编译生成用于烧写芯片的HEX文件。HEX文件格式是Intel公司提出的按地址排列的数据信息,数据宽度为字节,所有数据使用16进制数字表示,常用来保存单片机或其他处理器的目标程序代码。它保存物理程序存储区中的目标代码映象。一般的编程器都支持这种格式。我们先来打开第一课做的第一项目，打开它的所在目录，找到的文件就可以打开先前的项目了。然后右击图3－1中的1项目文件夹，弹出项目功能菜单，选OptionsforTarget'Target1',弹出项目选项

设置窗口，同样先选中项目文件夹图标，这时在Project菜单中也有一样的菜单可选。打开项目选项窗口，转到Output选项页图3－2所示，图中1是选择编译输出的路径，2是设置编译输出生成的文件名，3则是决定是否要创建HEX文件，选中它就可以输出HEX文件到指定的路径中。选好了？好，我们再将它重新编译一次，很快在编译信息窗口中就显示HEX文件创建到指定的路径中了，如图3－3。这样我们就可用自己的编程器所附带的软件去读取并烧到芯片了，再用实验板看结果，至于编程器或仿真器品种繁多具体方法就看它的说明书了，这里也不做讨论。

（技巧：一、在图3－1中的1里的项目文件树形目录中，先选中对象，再单击它就可对它进行重命名操作，双击文件图标便可打开文件。二、在Project下拉菜单的最下方有最近编辑过的项目路径保存，这里可以快速打开最近在编辑的项目。）

图3－1项目功能菜单

。

图3－2项目选项窗口

图3－3编译信息窗口

或许您已把编译好的文件烧到了芯片上，如果您购买或自制了带串口输出元件的学习实验板，那您就可以把串口和PC机串口相联用串口调试软件或Windows的超级终端,将其波特率设为1200，就可以看到不停输出的"HelloWorld!"字样。也许您还没有实验板，那这里先说说AT89C51的最小化系统，再以一实例程序验证最小化系统是否在运行，这个最小化系统也易于自制用于实验。图3－4便是AT89C51的最小化系统,不过为了让我们可以看出它是在运行的，我加了一个电阻和一个LED，用以显示它的状态，晶振可以根据自己的情况使用，一般实验板上是用11.0592MHz或12MHz,使用前者的好外是可以产生标准的串口波特率，后者则一个机器周期为1微秒，便于做精确定时。在自己做实验里，注意的是VCC是+5V的，不能高于此值，否则将损坏单片机，太低则不能正常工作。在31脚要接高电平，这样我们才能执行片内的程序，如接低电平则使用片外的程序存储器。下面，我们建一个新的项目名为OneLED来验证最小化系统是否可以工作（所有的例程都可在我的主页下面下载到，网址：）。程序如下：

//预处理命令

voidmain(void)//主函数名

{

unsignedinta;//定义变量a为unsignedint类型unsignedcharb;//定义变量b为unsignedchar类型

do

{//dowhile组成循环

for(a=0;a65535;a++)

P1_0=0;//65535次设口为低电平，点亮LED

P1_0=1;//设口为高电平，熄灭LED

for(a=0;a30000;a++);//空循环

for(b=0;b255;b++)

P1_1=0;//255次设口为低电平，点亮LED

P1_1=1;//设口为高电平，熄灭LED

for(a=0;a30000;a++);//空循环

}

while(1);

}

同样编译烧写，上电运行您就可以看到结果了。很明显D1点亮的时间长于D2点亮的时间。程序中的循环延时时间并不是很好确定，并不太适合要求精确延时的场合，关于这方面我们以后也会做讨论。这里必须要讲的是，当定义一个变量为特定的数据类型时，在程序使用该变量不应使它的值超过数据类型的值域。如本例中的变量b不能赋超出0～255的值，如for(b=0;b255;b++)改为for(b=0;b256;b++),编译是可以通过的，但运行时就会有问题出现，就是说b的值永远都是小于256的，所以无法跳出循环执行下一句P1_1=1，从而造成死循环。同理a的值不应超出0～65535。大家可以烧片看看实验的运行结果，同样软件仿真也是可以看到结果的。

3．long长整型

long长整型长度为四个字节，用于存放一个四字节数据。分有符号long长整型signedlong和无符号长整型unsignedlong，默认值为signedlong类型。signedint表示的数值范围是-2147483648～+2147483647，字节中最高位表示数据的符号，"0"表示正数，"1"表示负数。unsignedlong表示的数值范围是0～4294967295。

4．float浮点型

float浮点型在十进制中具有7位有效数字，是符合IEEE－754标准的单精度浮点型数据，占用四个字节。因浮点数的结构较复杂在以后的章节中再做详细的讨论。

5．*指针型

指针型本身就是一个变量，在这个变量中存放的指向另一个数据的地址。这个指针变量-

要占据一定的内存单元，对不同的处理器长度也不尽相同，在C51中它的长度一般为1～

3个字节。指针变量也具有类型，在以后的课程中有专门一课做探讨，这里就不多说了。

6．bit位标量

bit位标量是C51编译器的一种扩充数据类型，利用它可定义一个位标量，但不能定义位指针，也不能定义位数组。它的值是一个二进制位，不是0就是1，类似一些高级语言中的Boolean类型中的True和False。

7．sfr特殊功能寄存器

sfr也是一种扩充数据类型，点用一个内存单元，值域为0～255。利用它可以访问51单片机内部的所有特殊功能寄存器。如用sfrP1=0x90这一句定P1为P1端口在片内的寄存器，在后面的语句中我们用以用P1=255（对P1端口的所有引脚置高电平）之类的语句来操作特殊功能寄存器。

＊AT89C51的特殊功能寄存器表请看附录二

8．sfr1616位特殊功能寄存器

sfr16占用两个内存单元，值域为0～65535。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寄存器，好定时器T0和T1。

9．sbit可录址位

sbit同位是C51中的一种扩充数据类型，利用它可以访问芯片内部的RAM中的可寻址位或特殊功能寄存器中的可寻址位。如先前我们定义了

sfrP1=0x90;//因P1端口的寄存器是可位寻址的，所以我们可以定义

sbitP1_1=P1＾1;//P1_1为P1中的引脚

//同样我们可以用的地址去写,如sbitP1_1=0x91;

这样我们在以后的程序语句中就可以用P1_1来对引脚进行读写操作了。通常这些可以直接使用系统提供的预处理文件，里面已定义好各特殊功能寄存器的简单名字，直接引用可以省去一点时间，我自己是一直用的。当然您也可以自己写自己的定义文件，用您认为好记的名字。

关于数据类型转换等相关操作在后面的课程或程序实例中将有所提及。大家可以用所讲到的数据类型改写一下这课的实例程序，加深对各类型的认识。

第五课常量

上一节我们学习了KEILC51编译器所支持的数据类型。而这些数据类型又是怎么用在常量和变量的定义中的呢？又有什么要注意的吗？下面就来看看吧。晕！你还区分不清楚什么是常量，什么是变量。常量是在程序运行过程中不能改变值的量，而变量是可以在程序运行过程中不断变化的量。变量的定义可以使用所有C51编译器支持的数据类型，而常量的数据类型只有整型、浮点型、字符型、字符串型和位标量。这一节我们学习常量定义和用法，而下一节则学习变量。

常量的数据类型说明是这样的

1．整型常量可以表示为十进制如123,0，－89等。十六进制则以0x开头如0x34,-0x3B

等。长整型就在数字后面加字母L，如104L，034L，0xF340等。

2．浮点型常量可分为十进制和指数表示形式。十进制由数字和小数点组成，如

0.888,3345.345,0.0等，整数或小数部分为0，可以省略但必须有小数点。指数表示形式为[±]数字[.数字]e[±]数字，[]中的内容为可选项，其中内容根据具体情况可有可无，但其余部分必须有,如125e3,7e9,-3.0e-3。

3．字符型常量是单引号内的字符，如'a','d'等，不可以显示的控制字符，可以

在该字符前面加一个反斜杠"\"组成专用转义字符。常用转义字符表请看表5－1。4．字符串型常量由双引号内的字符组成，如"test","OK"等。当引号内的没有字符时，为空字符串。在使用特殊字符时同样要使用转义字符如双引号。在C中字符串常量是做为字符类型数组来处理的，在存储字符串时系统会在字符串尾部加上\o转义字符以作为该字符串的结束符。字符串常量"A"和字符常量'A'是不同的，

前者在存储时多占用一个字节的字间。

5．位标量，它的值是一个二进制。

常量可用在不必改变值的场合，如固定的数据表，字库等。常量的定义方式有几种,下面来加以说明。

difineTrue0x1;//这里定义False为0,True为1

//在程序中用到False编译时自动用0替换，同理True替换为1unsignedintcodea=100;//这一句用code把a定义在程序存储器中并赋值constunsignedintc=100;//用const定义c为无符号int常量并赋值

以上两句它们的值都保存在程序存储器中，而程序存储器在运行中是不允许被修改的，所以如果在这两句后面用了类似a=110，a++这样的赋值语句，编译时将会出错。

说了一通还不如写个程序来实验一下吧。写什么程序呢？跑马灯！对，就写这个简单易懂的吧，这个也好说明典型的常量用法。先来看看电路图吧。它是在我们上一课的实验电路的基础上增加6个LED组成的，也就是用P1口的全部引脚分别驱动一个LED，电路如图5－1所示。

新建一个RunLED的项目，主程序如下：

#//预处理文件里面定义了特殊寄存器的名称如P1口定义为P1

voidmain(void)

{

//定义花样数据

constunsignedchardesign[32]={0xFF,0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F,

0x7F,0xBF,0xDF,0xEF,0xF7,0xFB,0xFD,0xFE,0xFF,

0xFF,0xFE,0xFC,0xF8,0xF0,0xE0,0xC0,0x80,0x0,

0xE7,0xDB,0xBD,0x7E,0xFF};

unsignedinta;//定义循环用的变量

unsignedcharb;//在C51编程中因内存有限尽可能注意变量类型的使用

//尽可能使用少字节的类型，在大型的程序中很

受用

do{

for(b=0;b32;b++)

{

for(a=0;a30000;a++);//延时一段时间

P1=design[b];//读已定义的花样数据并写花样数据到P1口

}

}while(1);

}

程序中的花样数据可以自以去定义,因这里我们的LED要AT89C51的P1引脚为低电平才会点亮，所以我们要向P1口的各引脚写数据O对应连接的LED才会被点亮，P1口的八个引脚刚好对应P1口特殊寄存器的八个二进位，如向P1口定数据0xFE,转成二进制就是11111110,最低位D0为0这里引脚输出低电平，LED1被点亮。如此类推，大家不难算出自己想要做的效果了。大家编译烧写看看，效果就出来，显示的速度您可以根据需要调整延时a的值，不要超过变量类型的值域就很行了。哦，您还没有实验板？那如何可以知道程序运行的结果呢？呵，不用急，这就来说说用KEILuVision2的软件仿真来调试IO口输出输入程序。

图5－1八路跑马灯电路

编译运行上面的程序，然后按外部设备菜单Peripherals－I/OPorts－Port1就打开Port1的调试窗口了，如图5－3中的2。这时程序运行了，但我们并不能在Port1调试窗口上看到有会什么效果，这时我们可以用鼠标左击图5－3中1旁边绿色的方条，点一下就有一个小红方格在点一下又没有了，哪一句语句前有小方格程序运行到那一句时就停止了，就是设置调试断点，同样图5－2中的1也是同样功能，分别是增加/移除断点、移除所有断点、允许/禁止断点、禁止所有断点，菜单也有一样的功能，另外菜单中还有Breakpoints可打开断点设置窗口它的功能更强大，不过我们这里先不用它。我们在"P1=design[b];"这一句设置一个断点这时程序运行到这里就停住了，再留意一下Port1调试窗口，再按图5-2中的2的运行键，程序又运行到设置断点的地方停住了，这时Port1调试窗口的状态又不同了。也就是说Port1调试窗口模拟了P1口的电平状态，打勾为高电平，不打勾则为低电平，窗口中P1为P1寄存器的状态，Pins为引脚的状态，注意的是如果是读引脚值必须把引脚对应的寄存器置1才能正确读取。图5－2中2旁边的｛｝样的按钮分别为单步入，步越，步出和执行到当前行。图中3为显示下一句将要执行的语句。图5－3中的3是Watches窗口可查看各变量的当前值，数组和字串是显示其头一个地址，如本例中的design数组是保存在code存储区的首地址为D:0x08,可以在图中4Memory存储器查看窗口中的Address地址中打入D:0x08就可以查看到design各数据和存放地址了。如果你的uVision2没有显示这些窗口，可以在View菜单中打开在图5－2中3后面一栏的查看窗口快捷栏中打开。

图5－2调试用快捷菜单栏

图5－3各调试窗口

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