2.2 相关的C51语言知识精讲

2.2.1 数据类型概述

数据在单片机内部都是以二进制的形式存储的。C51的数据类型如下：1.基本类型

C51的基本数据类型有字符型、整型、实型等，见表2-1。

表2-1 C51的数据类型

注：1.3.4e-38即为3.4乘以10的负38次方，3.4e38就是3.4乘以10的38次方。

2.bit型是C51语言特有的类型。

2.其他数据类型

除基本类型外，还有构造类型（含数组、结构体、共用体）、指针类型、空类型（void）等。在这里只需先了解一点，在后续的章节中根据需要来详细、深入地学习。

2.2.2 常量和变量

1.常量

在程序运行过程中，其值不能被改变的量称为常量。

（1）整型常量。整型常量通常可以表示为以下几种形式：

十进制整数：如1234、-5678、0等。

十六进制整数：以0x开头的数是十六进制数，如程序中出现的0x123表示十六进制数123H，相当于十进制数291。x用小写或大写都可以。

（2）字符型常量。详见第五章知识链接。

（3）实型常量。如110.38，3.14e-3等。由于实型数据占用的存储空间较大，一般尽量避免采用实型。本书不作介绍。

注意：符号常量

编程时常用一些符号来代替常量的值，这样的符号叫做“符号常量”。符号常量的可用英文的全称或简写，也可用汉语拼音，但不能用系统的关键词。要尽量做到“见名知意”，这样有利于阅读。符号常量须用关键字“const”来修饰，定义格式示例如下：

const doubleP1=3.14.5926；

编译时，符号量被视为一个常量，不被分配内存空间。在程序执行过程，遇到该符号常量，将用其定义时的初值来代替。所以声明符号常量时须赋初值。

用宏定义也可以定义符号常量，如下：

#define LEDON 0xfe

上述语句就是宏定义语句，编译时，LEDON都会用0xfe代替。这样做的好处是：见名知意（例如我们用LEDON表示LED点亮，名字的意义很清楚。注：本例中0xfe为点亮LED的具体数据。硬件的连接不同，则数据不一样）。

2.变量

变量在程序的执行过程，会占用单片机内存（RAM）的空间。

（1）变量是在程序执行过程中其值可以改变的量。C语言程序中的每一个变量都必须有一个标识符作为它的变量名。在使用一个变量之前，必须先对该变量进行定义，指出它的数据类型和存储模式，以便编译系统为它分配相应的存储单元。

（2）C51中对变量进行定义的格式如下：

[存储种类]数据类型[存储器类型]变量名表；

解释如下：

1）“存储种类”和“存储器类型”是可选项。变量的存储种类有四种：自动变量（auto）、全局变量、静态变量（static）、寄存器（register），详见表2-2。

2）变量的数据类型有位（bit）、有符号字符型（signed char）、无符号字符型（un-signed）、有符号整型（signed int）、无符号整型（unsigned int）和浮点型等。

表2-2 变量的4种存储种类

（续）

3）存储器类型。C51编译器还允许说明变量的存储器类型。KeilC51编译器完全支持8051系列单片机的硬件结构，可以访问其硬件系统的所有部分。对每个变量可以准确地赋予其存储器类型，从而可使其能在单片机系统内准确地定位。如果省略存储器类型，则默认将存储器类型定义为“date”型，在该类型下，可直接访问单片机内部数据存储器，访问速度最快。一般都是将变量定义为“date”型。

例如：unsigned intx，y；该语句定义了无符号整形变量x和y，省略了存储种类和存储器类型。

定义变量注意事项：

定义变量时，只要值域（数值范围）够用，就应尽量定义使用较小的数据类型，如char型、bit型，因为较小的数据类型占用的内存单元较小。例如，若x的值是1，当将x定义为unsignedint型时，占用两个字节的存储空间，若定义为unsignedchar型，则只占用1B的存储空间，若定义为bit型，则只占用1bit的存储空间。

51系列单片机是8位机，进行8位数据运算要比16位及更多位数的数据的运算快得多，所以要尽量用char型。

如果满足需要，尽量使用unsigned（即无符号）的数据类型，因为单片机处理有符号的数据时，要对符号进行判断和处理，运算速度会变慢。由于单片机的速度比不上PC，单片机又是工作在实时状态，所以任何可以提高效率的措施都要重视。

4）变量名可用任意合法的标识符。

2.2.3 标识符和关键字

1.标识符

在编程时，标识符用来表示自定义对象名称，其中自定义对象可以是常量、变量、数组、函数、语句标号等。

标识符必须以字母或下划线开头，后面可使用若干字母、下划线或数字的组合，但长度一般不超过32个，不能使用系统关键字，例如，area、PI、a_array、s123、P101p都是合法的标识符，而456P、code-y、a&b都是非法的。标识符是区分大小写的，例如A1和a1表示两个不同的标识符。

为了便于阅读，标识符应尽量简单，并且能清楚地看出其含义。一般可用英文单词的简写、汉语拼音或汉语拼音的简写。

2.关键字

关键字是C51编译器保留的一些特殊标识符，具有特定的定义和用法。

单片机C51程序语言继承了ANSIC标准定义的32个关键字，同时又结合自身的特点扩展了一些C51中的关键词，详见附录。

2.2.4 C51的函数简介^[1]

1.函数的基本类型

就是具有特定功能的代码段。函数的分类详见表2-3。

表2-3 函数的分类

①定义可理解为写出具体内容。

2.函数的特点

C51单片机语言支持库函数和自定义函数，这是C51强大功能的直接体现。库函数添加在头文件里，编程开始，包含了头文件后，就可以使用头文件里的库函数了，这就可以达到简化代码设计、减轻工作量的目的。使用自定义函数则可以使代码结构化、模块化。

在C51语言中，对函数的个数没有限制。但是，对这么多个函数，究竟从哪个函数开始执行呢？C51语言中，提供了一个特殊的函数，即main函数，又称为主函数，主函数中可以调用其他函数（注：为了区别，将除主函数之外的其他函数叫做子函数），其他函数（子函数）之间可以相互调用，但不能调用主函数。程序首先从该函数的第一个语句开始执行，然后再依次逐句执行。在执行过程中如果遇到调用子函数的语句，则转到相应的子函数去逐条执行子函数内部的语句，子函数执行完毕，则返回到原调用的位置继续向下执行。

注意：

①在一个函数体的内部，不能再定义另一个函数，即不能嵌套定义。

②函数可以自己调用自己，称为递归调用。

③函数之间允许嵌套调用。

④同一个函数可以被一个或多个函数调用任意次。

2.2.5 单片机C语言程序的基本结构

单片机C语言程序有清晰的结构和条理。一般包含六个部分，详见表2-4。

表2-4 单片机C语言的基本结构

2.2.6 再论局部变量与全局变量

1.局部变量

在函数内部定义的变量叫局部变量，它只在本函数范围内有效，只有在调用该函数时才给该变量分配内存单元，调用完毕则将内存单元收回。

注意：

①主函数中定义的变量只在主函数中有效，在主函数调用的子函数中无效。

②不同的子函数中可以使用相同名字的变量，但它们代表的对象不同，互不干扰。

③函数的形式参数也是局部变量，只能在该函数中使用。

④在{}内的复合语句中可以定义变量，但这些变量只能在本复合语句中使用。

2.全局变量

一个源文件可以包含一个或多个函数。在函数之外定义的变量称为全局变量，全局变量在该源文件内可供所有的函数使用。

注意：

①一个函数既可以使用本函数中定义的局部变量，又可以使用函数之外定义的全局变量。

②如果不是十分必要，应尽量少用全局变量。理由有：a）全局变量在程序执行的全部过程一直占用存储单元，而不是像局部变量那样仅在需要时才占用存储单元。b）全局变量会降低函数的通用性。我们在编写函数时，都希望函数具有很好的可移植性，以便其他程序可以方便地使用。c）使用全局变量过多，整个程序的清晰性变差。因为在调试程序时如果一个全局变量的值与设想的不同，则不能很快地判断是哪个函数出了问题。

③在同一源文件中，如果全局变量与局部变量同名，则在局部变量的作用范围内，全局变量会被屏蔽。

2.2.7 C语言的算术运算符和算术表达式

C语言的运算符范围很宽，除了控制语句和输入、输出语句外，大多数基本操作均为运算符处理。运算符较多，其中算术运算符和算术表达式的知识详见表2-5。

表2-5 C语言算术运算符和算术表达式

2.2.8 关系运算符和关系表达式

1.关系运算符

C语言一共提供了6种关系运算符，详见表2-6。

2.关系表达式

用关系运算符将两个运算对象连接起来形成的式子叫关系表达式，如a+b>b+c，a==b<c。

注意：关系表达式如果成立，则该表达式的值为1，若不成立则该表达式的值为0。

例如，对表达式“a=c>b”的理解是：当c的值大于b的值时，关系表达式“c>b”的值为1，该值赋给a，所以a的值为1，否则，若c的值小于b，则“c<b”的值为0，所以a的值为0。

表2-6 C语言的关系运算符

2.2.9 自增减运算符

自增减运算符的作用是使变量的值加1或减1，详见表2-7。

表2-7 自增减运算符

2.2.10 单片机的几个周期介绍

学习单片机，需要掌握时钟周期、机器周期和指令周期三个概念，详见表2-8。

表2-8 单片机的时钟周期、机器周期和指令周期

2.2.11 while循环语句和for循环语句

1.while语句是一个循环语句

while语句的形式是：

while（条件表达式）

{若干条程序语句；}

while语句的执行过程是：判断（）内的条件表达式是否成立，若不成立（即表达式的值为0），则{}内的语句不被执行，直接跳到执行{}后的语句。若表达式成立（即表达式的值为1），则执行{}内的各条程序语句，执行完毕后再返回判断条件表达式是否成立，若仍然成立则执行{}内的语句，若不成立则执行{}后的语句，如图2-3所示。

图2-3 while循环语句执行的流程图

【示例】 用while循环语句可写成延时函数，如下：

执行过程是：首先判断i>0是否成立，只要是成立的，就执行i=i-1；直到i减小到0时，i>0不成立，则跳出循环，不成立执行后面的语句，这样起到了延时作用。

注意：给变量赋的值必须在变量类型的取值范围内，否则会出错。例如第02行，若写成i=70000，则会出错，因为i是unsigned int型变量，其取值范围是0～65535。给它赋值为70000，超出了取值范围。

while语句（）中的条件表达式可以是一个常数（如1）、一个运算式或者一个带返回值的函数。

2.for循环语句

for循环语句的一般结构是：

for（给循环变量赋初值；条件表达式；循环变量增或减）

{若干条程序语句；}

执行过程是：

第一步：给循环量赋初值。

第二步：判断条件表达式是否成立，若不成立，则{}内的语句不被执行，直接跳出for循环，执行{}以后的语句。若条件表达式成立，则执行{}内部的程序语句，执行完毕后，返回到for后面的（）内执行一次循环变量的增或减，然后再判断条件表达式是否成立，若不成立，则跳出for循环语句而执行{}以后的语句，若成立则执行{}以内的语句。这样不断地循环，直到跳出循环为止，如图2-4所示。

图2-4 for循环语句的执行流程图

注意：for循环语句的{}内的语句可以为空，这时{}就可以不写，即for循环语句就可写成：for（给循环变量赋初值；条件表达式；循环变量增或减）；注意：分号不能少。

例如用for循环语句可写成延时函数，如下：

执行过程是：先给i赋初值，再判断i>0是否成立，若不成立则跳出for循环，若成立，由于后面没有{}的内容，所以省掉了执行{}内语句的过程，接着再执行i--，再判断i>0是否成立…，直到i=0时（要执行i自减3000次），i>0才不会成立，才会跳出for循环，这样起到了延时作用。

2.2.12 不带参数和带参数函数的写法和调用

1.不带参数函数的写法和调用

如果在程序中某些语句多次用到且语句的内容完全相同，则可以把这些语句写成一个不带参数的子函数，当在主函数中需要用到这些语句时，直接调用这个子函数就可以了。例如：1s的延时子函数如下：

执行过程：首先执行第03行。开始x=1000，x>0为真，所以就执行第04行（即y由110逐步减1，直到减小到0，所耗时间约为1ms），第04行执行完毕后，再执行x--，x的值变为999，再判断x>0是否为真，结果是为真，所以又执行第04行（耗时约1ms），然后又执行一次x--，这样循环下去。每执行一次x减1，y就要从110逐步减1，直到减小到0，X共要自减1000次，所以耗时约为1s。

注意：子函数可以写在主函数的前面或后面，但不能写在主函数里面。如果写在主函数后面，需在主函数的前面进行声明。

声明的方法是：返回值特性 函数名（）。

若函数无参数，则（）内为空，如果函数有参数，则要在（）内依次写上参数的类型。

【应用示例】 用调用延时子函数的方法，写出一个程序，使图2-1中的发光二极管（LED）D1每间隔600ms亮、灭闪烁。

2.带参数函数的写法

如果在一个程序里需要不同的延时时间，就需要写多个不同的延时函数，用上述不带参数的子函数就不方便了，这时宜采用带参数的子函数。经典程序如下：

【应用示例】 详见2.3节。