零基础学嵌入式—单片机篇【第二课—C与8051单片机】

只看该作者 · 2014-4-10 22:48

本帖最后由 51armfpga 于 2014-4-10 22:55 编辑

1. 8051的编程语言

对于8051单片机而言，支持4种语言，BASIC、PL/M、C、汇编。

BASIC 是属于高阶程式语言的一种，是一种在计算机发展史上应用最为广泛的程式语言。一个新变量名定义后可在程序中做变量使用，非常易学，根据解释行就可以找到错误，而不是程序执行完才能显示出来。BASIC主要用于编程简单而对编程效率或执行速度要求不高的场合。

PL/M是Intel从8080微处理器开始为其系列产品开发的编程语言，是一种结构化语言，使用关键字定义结构。对于8051系列单片机来说，PL/M不支持复杂的算数运算，浮点变量，也无丰富的函数库支持。

C语言是一种源于编写UNIX操作系统的语言，是一种结构化语言，可产生紧凑代码。C语言相对汇编来说具有如下优点：

Ø 对单片机指令系统不要求了解，仅要求对8051的存储器结构初步了解

Ø 寄存器的分配、不同存储器的寻址及数据类型等细节可由编译器控制

Ø 程序有规范的结构，可分为不同的函数，可使程序结构化

Ø 具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性

Ø 关键字及运算函数可用近似人的思维过程方式使用

Ø 编程及程序调试时间显著缩短，提高效率

Ø 提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力

Ø 已编译好的程序容易植入新程序

8051的汇编语言与其他汇编语言基本一样，如果掌握汇编语言可以避免生成庞大的、效率低的的程序。学习单片机编程，最好是由汇编语言转用C语言的人，而不是原来用过标准C语言的人。

2. Cx51编译器

8051单片机的C语言编译器有很多，包括American Automation、IAR、Avocet、Bso/Tasking、Dunfield Shareware、Keil等。Keil比较常用，下面主要介绍一下Keil开发工具的安装，keil的使用会在后面章节中介绍。首先下载Keil安装包。如图2-1所示：

图2-1

打开C51文件夹，双击c51v903.exe文件，如图2-2所示：

图2-2

一直单击“Next”直到出现图2-3，点击Finish，完成安装。

图2-3

安装完成后，还需要进行注册，双击桌面上的Keil图标，或者从开始菜单找到Keil图标，点击File—>License Management，复制图2-4中的CID：

图2-4

双击文件夹keygen中的KEIL_Lic.exe，把刚刚复制的CID粘贴到打开的CID图框中，如图2-5所示：

图2-5

点击Generate，生成License ID，如：VG6Z9-4GUKV-D6KQ2-9G774-N90MN-G0GAB，将生成的ID复制粘贴到刚刚Keil打开的对话框New License ID Code中，点击Add LIC，如图2-6所示：

图2-6

出现此图，表示**成功。

只看该作者 · 2014-4-10 22:49

本帖最后由 51armfpga 于 2014-4-10 23:04 编辑

3. Cx51程序结构
Cx51程序结构与一般C语言没什么区别。一个Cx51程序大体上是一个函数定义的集合，在这个集合中仅有一个名为main的主函数，主函数是程序的入口，主函数中的所有语句执行完毕，则程序执行结束。
Cx51语言的基本结构分为顺序结构、选择结构、循环结构。
3.1顺序结构
顺序结构是一种最基本、最简单的编程结构。在这种结构中，程序由低地址顺序执行指令代码。如图2-7所示，先执行A操作，然后再执行B操作，两者是顺序执行的关系。

图2-7

3.2选择结构
如果计算机只能做像顺序结构那样简单的基本操作，那么它的用途将十分有限。计算机功能强大的原因在于它具有决策能力，或者说具有选择能力。C语言的一个基本判断(条件选择)语句就是if语句，它是串行多分子结构的关键语句，它的基本结构如下所示：
if(表达式)                               //基本条件判断
{语句;}                               //基本任务
else if(表达式)             //补充条件(可选)
{语句;}                               //补充条件下的任务
else                                     //条件之外情况(可选)
{语句;}                               //条件之外任务
      if语句还可以多层嵌套：
      if(表达式)                                     //基本条件判断
      {                                                       //嵌套条件语句
               if(表达式)                               //嵌套基本条件判断
               {语句;}                               //嵌套基本任务
                  else if(表达式)             //嵌套补充条件(可选)
         {语句;}                               //嵌套补充任务
      }
else if(表达式)                      //补充条件(可选)
      {语句;}                                     //补充条件下的任务
else                                              //条件之外情况(可选)
      {语句;}                                     //条件之外任务
在如图2-8所示地选择结构中，程序首先对一个条件(P)进行检测，当条件为真(Y)时执行任务A，反之(N)则执行任务B。

图2-8

在串行多分支结构中，以单选择结构中的某一条件(P)为真的分支方向作为串行多分支方向继续进行选择结构的操作；假如条件为假，则执行另外的操作A。最终程序在若干种选择之中选出一种操作来执行，并从一个共用的出口退出，如图2-9。

图2-9

      实际应用中常常会遇到多分支选择问题。例如，以一个变量的值作为判断条件，进行多路并行任务的跳转。switch/case语句是并行多分支结构的关键语句，其结构如下所示：
      switch(表达式)                               //基本条件判断
{
case 值0:                                     //条件0
         {语句;break;}                      //条件0任务
case 值1:                                     //条件1
         {语句;break;}                      //条件1任务
default:                                     //所有条件外
         {语句;}                                     //所有条件外任务
}
和if语句一样，switch/case语句也可以多层嵌套：
switch(a)                                     //基本条件判断
      {  case 0:                                     //条件0
                  {c=0;break;}             //条件0任务
            case 1:                                     //条件1
                  {c=2; break;}             //条件1任务
            default:                               //条件外情况(可选)
               {
switch(a)             //嵌套基本条件判断
                  {
case 0:                               //嵌套条件0
                              {c=10;break;}             //任务0
                     case 2:                               //嵌套条件1
                                 {c=20; break;}       //嵌套任务1
                     default:                               //嵌套条件外情况
                           {c=30;}                      //嵌套条件之外任务
}
}
3.3循环结构
所有的分支机构都使程序流程一直向前执行，除非使用了定向跳转语句goto，而使用循环结构可以使分支程序重复地执行。
while语句的一般形式为：
while(表达式)
      {语句； /*循环体*/ }
其中表达式是while语句能否继续的条件，而语句部分则是循环体，用来完成某些任务。只要表达式为真，就重复执行其中的循环体，直到表达式结果为假时，中断这个循环，继续执行循环体之外的其它任务。若表达式一开始就是假的，那么就没有机会执行循环体内的任务；反之加入表达式一直为真，那么就不会从循环体跳出，出现死循环。while结构的最大特点在于，其循环测试条件处于循环体的开头，若想进入循环体这必须首先进行循环条件测试。若测试条件一开始就不合格，则循环体内语句就一次都不会执行。while循环体内的语句必须使用花括号{  }括起来，表示整个花括号内的内容是一个统一的循环体。否则循环体只是紧接着while语句后的第一个语句。
“while”型循环结构如图2-10所示。

2-10.jpg (21 KB )

下载附件

2014-4-10 22:58 上传

图2-10
do while语句的一般形式为：
do
      { 语句； /*循环体*/ }
      while ( 表达式 )
其中表达式仍然是while语句能否继续的条件，语句部分同样是循环体，用来完成某些任务。只要表达式为真，就重复执行其中的循环体，直到表达式结果为假时，中断这个循环，继续执行循环体之外的其它任务。

“do while”型循环结构如图2-11所示。

2-11.jpg (19.25 KB )

下载附件

2014-4-10 22:58 上传

图2-11

这两种循环结构非常类似，唯一的区别在于执行A的次数。在“while”循环中，当条件P一开始就为假时，就没有任何机会执行A；而在“do while”循环中，即便条件P一开始就为假，也至少有一次执行A的机会。
for语句的一般形式为：
for ( 初始语句; 循环条件P; 结尾语句 )
{ 语句；/*循环体*/ }
C语言中for循环语句
可以用于循环次数已确定的情况，
可以用于循环次数不确定的情况。
for循环语句中:
初始语句:用来给定进入循环体之前所需要初始化的变量，
循环条件P: 给定继续执行循环体的条件，
结尾语句:则给定循环体执行完毕后，在继续执行循环的条件判断之前需要执行的变量改变(尺度增量) 。
通常情况下for循环语句都会有一个循环变量，它在初始语句中被初始化，条件语句给出循环变量的变化范围，而结尾语句则给定每次循环后该循环变量的改变方式。
for循环语句的语法流程如图2-12所示：

2-12.jpg (18.76 KB )

下载附件

2014-4-10 22:58 上传

图2-12
4.       Protues简介
Proteus 是一款非常不错的单片机模拟软件。虽然电子模拟软件不少，但是能很好的模拟单片机的只有 Proteus 软件。该软件能模拟51 单片机，avr单片机，pic 单片机，以及部分 arm 芯片。支持的外围器件也很多包括LED发光二极管，数码管，按键，温度，时钟，A/D，D/A，LCD1602，LCD12864(不带字库)等元器件。对初学者来说，是非常好的入门工具。当然，实际的开发板在学习中还是很有必要的，毕竟这个软件只是模拟。调试程序时可以使用Protues进行仿真，仿真成功后再用实际电路进行验证。一般在开发板做过很多程序的工程师用起来Protues会得心应手，但是只会熟练Protues仿真的工程师不在真实环境上验证的，只能说是纸上谈兵，因为在仿真中可能会成功，在实际电路中并以一定可行，仿真中有些条件可以都是可以忽略的，比如单片机你不画电源，不画地，不画晶振，不管EA脚电平，仿真都是没问题的，但是在真实环境中，有一个地方忽略，你不会得到想要的结果，所以大家学习Protues的同时，不能完全依赖它，而是利用它的优点，与实际电路一起来学习单片机，这样的话就如虎添翼了。下面介绍一下Protues软件的安装方法。
      先从21IC网站下载Protues软件，软件的版本是Protues7.5，软件的下载地址是：https://bbs.21ic.com/icview-443664-1-1.html
      解压缩后，打开Protues文件夹，双击Proteus 7.5 SP3 Setup.exe，单击下一步，直至Finish。然后进入crack文件夹，双击LXK Proteus 7.5 SP3 v2.1.3.exe，出现一安装路径，此路径要与安装Protues的路径保持一致。至此，Protues安装成功。下面接单介绍一下Protues的使用方法及技巧。
      单击屏幕左下方的“开始”→“程序”→“Proteus 7 Professional” →“ISIS 7 Professional”，出现如图2-13所示屏幕，表明进入Proteus ISIS集成环境。

2-13.jpg (40.54 KB )

下载附件

2014-4-10 22:58 上传

图2-13

   打开后就进入Protues的工作界面，如图2-14所示，Protues工作界面是一种标准的Windows界面，包括：标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口。

2-14.jpg (72.14 KB )

下载附件

2014-4-10 22:58 上传

图2-14

从下一课开始就进入Protues仿真与程序调试了，不再是纯理论的知识，学习起来会更有趣一些。