第3章
CHAPTER 3
C51系列单片机程序设计
应用于51系列单片机开发的C语言通常简称C51语言，C51语言与标准ANSI C语言相比，C51语言针对51单片机做了一定的扩展。本章首先介绍了C语言的特点，并与汇编语言、ANSIC语言做了比较，然后重点介绍了C语言程序的格式和特点，数据类型、变量、运算符和表达式，指针和绝对地址的访问，C51函数的使用方法，最后通过单片机控制流水灯的C51程序设计实例来加深理解。
视频讲解
3.1C51语言概述
从单片机引入中国时开始，汇编语言一直都是比较流行的开发工具。习惯汇编语言编程的人也许会认为，高级语言的控制性不好，不像汇编语言一样简单且功能强大。汇编语言有执行效率高、控制性强等优点，但它也有一些缺点： 首先它的可读性不强，特别是当程序没有很好注解的时候； 其次就是可移植性差，代码的可重用性比较差，这些使其在维护和功能升级方面有极大的困难。C语言可以克服这些缺点，在单片机开发所使用的高级语言中，最常见的就是C语言。
1. C语言与汇编语言的比较
使用C语言进行单片机系统的开发，有着汇编语言编程所不具备的优势，主要体现在以下几个方面。
(1) 不需要了解单片机指令集，也不需要了解其存储器结构。
(2) 寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，程序员可以忽略这些问题。
(3) 程序有规范的结构，可分为不同的系数，使程序结构化。
(4) 与使用汇编语言编程相比，程序的开发和调试时间大大缩短。
(5) C语言中的库文件提供了许多标准函数，如数学运算。开发者可以直接调用，而不必使用烦琐的汇编语言来实现。
(6) C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统。
(7) C语言在模块化开发、可移植性、代码管理上有明显的优势。
2. C51与ANSIC的主要区别
目前最常见的编译器是Keil公司针对51系列单片机开发提供的C51编译器。
ANSIC语言是一门应用非常普遍的高级程序设计语言，C51和标准的ANSIC有一定的区别，或者说C51是对标准C语言的扩展。C51语言的特色主要体现在以下几个方面：
(1) C51继承了标准C语言的绝大部分的特性，其基本语法相同，但C51本身又在特定的硬件结构上有所扩展，如定义了关键字sbit、xdata、idate、code等。
(2) 编译生成的m51文件，包含了硬件资源使用的情况。进行C51编程时可以通过该文件了解系统资源。
(3) C51头文件体现了51单片机芯片的不同功能。只需要将相应的功能寄存器的头文件加载在程序内就可实现它们所指定的不同功能。
(4) C51与标准ANSIC在库函数方面来说有很大的不同。部分标准C的库函数，如字符屏幕和图形函数等，没有包含在C51内。有一些库函数虽然可以使用，但这些库函数的构成及用法都有很大不同，如printf和scanf这两个函数在ANSIC中通常用于屏幕打印和接收字符； 而在C51中，它们则主要用于串行数据的收发。
视频讲解
3.2C51程序的基本结构
总体而言，C语言的程序均是由一个或多个函数(或子程序，function)构成，其程序入口处是以main()开始的函数，其余函数都是直接或间接被main()函数调用。这些函数就是组成C程序的模块。C51程序同标准C程序一样，尽量在一个函数内完成较少的功能，而不同函数之间设置较少的接口参数，即高内聚、低耦合。C51程序的基本结构如图31所示。
图31C51程序的基本结构
3.3数据类型
3.3.1C51数据类型
在标准C语言中基本的数据类型为char、int、short、long、float和double，而在C51编译器中int和short相同； 除此之外，C51编译器还扩充了其特有的数据类型bit、sbit、sfr和sfr16，如表31所示。
表31C51的数据类型
数 据 类 型长度值域
unsigned char单字节0~255
signed char单字节-128~+127
unsigned int双字节0~65535
signed int双字节-32768~+32767
unsigned long四字节0~4294967295
signed long四字节-2147483648~+2147483647
float四字节±1.175494E-38~±3.402823E+38
double八字节双精度实型变量
bit1个二进制位0或1
sbit1个二进制位0或1
sfr单字节0~255
sfr16双字节0~65 535
1. 位数据类型bit
bit数据类型使用一个二进制位来存储数据，其值只有0和1两种。所有的位变量存储在51单片机内部RAM中的位寻址区，即RAM区的0x20~0x2F的地址，共计128个这样的地址。因此，程序中最多只能定义128个位变量。
1) 位变量的定义
bit变量名
例如，
bit flag=0； //定义一个位变量flag
2) 使用限制
bit数据类型不能作为数组，例如，
bit a［10］; //错误定义
bit数据类型不能作为指针，例如，
bit *ptr //错误定义
使用禁止中断(#program disable)和明确指定使用工作寄存器组切换(using n)的函数不能返回bit类型的数据。
bit型变量除了用于变量的定义，还可用于函数的参数传递和函数的返回值中。
2. SFR型数据sfr
为定义存取SFR，C51增加了SFR型数据，相应地增加了sfr、sfr16和sbit这3个关键字。sfr是为了能够直接访问51单片机中的SFR所提供的一个新的关键词，其定义说明如下。
sfr变量名=地址值；
例如，
sfr P1=0x90; sfr P2=0xA0; sfr PCON=0x87; sfr TH0=0x8C;
3. SFR型数据sfr16
sfr16是用来定义16位特殊功能寄存器的。对于标准的8051单片机，只有一个16位特殊功能寄存器，及DPTR。其定义说明如下。
sfr16 DPTR=0x82；
DPTR是两个地址连续的8位寄存器DPH和DPL的组合。可以分开定义这两个8位寄存器，也可用sfr16定义16位寄存器。
4. SFR型数据sbit
在C语言中，如果直接写P1.0编译器不能直接识别，而且P1.0也不是一个合法的C语言标识符，所以必须给它起一个名，为它建立联系，可由Keil C增加的关键字sbit来定义。
sbit的定义有以下3种。
(1) sbit位变量名=地址值。
(2) sbit位变量名=SFR名称^变量位地址值。
(3) sbit位变量名=SFR地址值^变量位地址值。
定义PSW中的OV标志位可以用以下3种方法。
(1) sbitOV=0xD2； //0xD2是OV的位地址值
(2) sbitOV=PSW^2； //PSW必须先用SFR定义
(3) sbitOV=0xD0^2； //0xD0是PSW的地址值
以上是对SFR的位的定义。如果不是SFR，则必须先使用bdata关键字定义这个变量后才能在该变量的基础上使用sbit。
int bdata ibase;//位寻址区的int型变量
sbit mebit0=ibase^0; //ibase的第0位
sbit数据类型的地址是确定的且不用编译器分配。它可以是SFR中确定的可进行位寻址的位，也可以是内部RAM的20H~2FH单位中确定的位。例如，我们先前定义了sfr P1=0x90，即表示寄存器P1的地址是0x90地址，又因为寄存器P1是可位寻址的，所以：
sbit LED=P1^1; //声明LED为P1口的P1.1引脚
同样，可以用P1.1的地址去写，如：
sbit LED=0x91; //同样声明LED为P1口的P1.1引脚
这样在后续的程序语句中就可以用LED来对P1.1引脚进行读写操作。
3.3.2REG51.H头文件
REG51.H头文件是51单片机C语言编程时经常包含的头文件，在该文件中预先定义好了很多基本的数据。REG51.H头文件的内容如下。
/* -----------------------------------------------------------
REG51.H
Header file for generic 80C51 and 80C31 microcontroller.
Copyright (c)1988 - 2002 Keil Elekronik GmbH and Keil Software，Inc.
All rights reserved.
------------------------------------------------------------*/
#ifndef_REG51_H_
#define_REG51_H_
/* BYTE Register */
sfr P0=0X80； //P0
sfr P1=0x90； //P1
sfr P2=0xA0； //P2
sfr P3=0xB0； //P3
sfr PSW=0xD0； //程序状态寄存器
sfr ACC=0xE0； //累加器ACC
sfr B=0xF0； //寄存器B
sfr SP=0x81； //堆栈指针寄存器
sfr DPL=0x82； //16位数据指针寄存器的低8位
sfr DPH=0x83； //16位数据指针寄存器的高8位
sfr PCON=0x87； //寄存器PCON
sfr TCON=0x88； //寄存器TCON
sfr TMOD=0x89； //寄存器TMOD
sfr TL0=0x8A； //Timer0计数器的低8位
sfr TL1=0x8B； //Timer1计数器的低8位
sfr TH0=0x8C； //Timer0计数器的高8位
sfr TH1=0x8D； //Timer1计数器的高8位
sfr IE=0xA8； //寄存器IE
sfr IP=0xB8； //寄存器IP
sfr SCON=0x98； //寄存器SCON
sfr SBUF=0x99； //寄存器SBUF
/*BIT Register */
/*PSW */
sbit CY=0xD7； //进位位
sbit AC=0xD6； //辅助进位位
sbit F0=0xD5； //用户进位位
sbit RS1=0xD4； //寄存器组选择位1
sbit RS0=0xD3； //寄存器组选择位0
sbit OV=0xD2； //溢出位
sbit P=0xD0； //校验位
/*TCON */
sbit TF1=0x8F； //Timer1的溢出位
sbit TR1=0x8E； //Timer1的运行位
sbit TF0=0x8D； //Timer0的溢出位
sbit TR0=0x8C； //Timer0的运行位
sbit IE1=0x8B； //INT1的中断标志
sbit IT1=0x8A； //INT1的触发信号种类
sbit IE0=0x89； //INT0的中断标志
sbit IT0=0x88； //INT0的触发信号种类
/*IE */
sbit EA=0xAF； //中断总开关
sbit ES=0xAC； //串行的中断开关
sbit ET1=0xAB； //Timer1的中断开关
sbit EX1=0xAA； //INT1的中断开关
sbit ET0=0xA9； //Timer0的中断开关
sbit EX0=0xA8； //INT0的中断开关
/*IP*/
sbit PS=0xBC； //串行中断高优先级设置位
sbit PT1=0xBB； //Timer1中断高优先级设置位
sbit PX1=0xBA； //INT1中断高优先级设置位
sbit PT0=0xB9； //Timer0中断高优先级设置位
sbit PX0=0xB8； //INT0中断高优先级设置位
/*P3*/
sbit RD=0xB7； //RD引脚
sbit WR=0xB6； //WR引脚
sbit T1=0xB5； //T1引脚
sbit T0=0xB4； //T0引脚
sbit INT1=0xB3； //INT1引脚
sbit INT0=0xB2； //INT0引脚
sbit TXD=0xB1； //TXD引脚
sbit RXD=0xB0； //RXD引脚
/*SCON*/
sbit SM0=0x9F； //串口方式设置位0
sbit SM1=0x9E； //串口方式设置位1
sbit SM2=0x9E； //串口方式设置位2
sbit REN=0x9C； //接收使能控制位
sbit TB8=0x9B； //发送的第8位
sbit RB8=0x9A； //接收的第8位
sbit TI=0x99； //发送中断标志位
sbit RI=0x98； //接收中断标志位
#endif
如果使用Keil C作为C51程序的开发环境，则该文件默认安装在“C:＼Keil＼C51＼INC”路径中。
3.4变量和C51存储区域
在程序运行中，其值可以改变的量称为“变量”。每个变量都有一个标识符作变量名。在使用一个变量前，必须先对该变量进行定义，指出它的数值类型和存储模式，以便编译系统为它分配相应的存储单元。
变量与符号常量的区别——变量的值在程序运行过程中可以发生变化； 而符号常量不等同于变量，它的值在整个作用域范围内不能改变，也不能被再次赋值。
3.4.1变量的定义
在C语言中，要求对所有的变量“先定义，后使用”。格式如下。
［存储种类］ 数据类型 ［存储器类型］ 变量名表
其中，存储种类和存储器类型是可选项。存储种类有自动(auto)、外部(extern)、静态(static)和寄存器(register)4种，系统默认为自动(auto)类型。
3.4.2存储器类型
51单片机的存储类型较多，有片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。其中，片内数据存储器又分为低128B和高128B，高128B只能用间接寻址方式来使用，低128B的数据存储器中又有位寻址区、工作寄存器区，这与其他CPU、MCU等有很大区别。
为充分支持51单片机的特性，C51中引入了一些关键字，用来说明数据存储位置。表32为Keil C51编译器所能识别的存储器类型。
表32Keil C51编译器所能识别的存储器类型
存储器类型说明
code程序存储器(64KB)，用“MOVC @A+DPTR”访问
data直接访问片内数据存储器(128B)，访问速度最快
idata间接访问片内数据存储器(256B)，允许访问全部内部地址
bdata可位寻址片内数据存储器(16B)，允许位与字节混合访问
pdata分页访问片外数据存储器(256B)，用“MOVX @Ri”访问
xdata外部数据存储器(64KB)，用“MOVX @DPTR”访问
1. 程序存储器
程序存储器只能读，不能写，汇编语言中可以用MOVC指令来读取程序存储器中的数据。程序存储器除了存放代码外，往往还用于存放固定的表格、字型码等不需要在程序中进行修改的数据。程序存储器的容量最大为64KB。
在C51中，使用关键字code来说明存储在程序存储器中的数据。
例如，“code int x=100;”变量x的值100将被存储于程序存储器中。这个值不能被改变。
2. 内部数据存储器
内部数据存储器既可以读出，也可以写入。对于51系统而言，共用128B的内部数据存储器，而对于52系统而言，共用256B的内部数据存储器。
在低地址128B存储器中，0x20~0x2F的存储器是可以位寻址的。在52系统中，从0x80~0xFF的高128B RAM只能采用间接寻址方式进行访问，以便与同一地址范围的SFR区分开(SFR只能用直接寻址的方式访问)。
C51引入了3个新的关键字： data、idata和bdata，用来表达内部数据存储器的3个不同部分，data用于存取前128B的内部数据存储器； idata使用全部的26B； bdata定义与位操作有关的变量。
3. 外部数据存储器
51单片机可以扩展外部数据存储器，尤其是使用总线以后，外部I/O口和外部数据存储器也是统一编址，采用同一指令进行读/写。
外部数据存储器既可读也可写，读/写外部数据存储器的数据要比使用内部数据存储器慢，但外部数据存储器可达64KB。
汇编语言中使用MOVX指令来对外部存储器中的数据进行读/写，C51提供了两个关键字pdata和xdata，可用于对外部数据存储器进行读/写操作。
(1) pdata用于只有一页(256B)的情况。这相当于汇编指令中的下列指令。
MOV R1，#0x10
MOVX A，@R1
C51通过关键字pdata定义使用外部pdata RAM的变量。例如，
unsigned char pdata c1; //定义一个变量c1，它被放在外部pdata中
(2) xdata可用于外部数据存储器最多可达64KB的情况，这相当于汇编指令中的下列指令：
MOV DPTR，#1000H
MOVX A，@ DPTR
例如，
unsigned int xdata c2； //定义一个变量c2，它被放在外部xdata中
4. 定义时省略存储类型标志符
如果在变量定义时略去了存储类型的标识符，则编译器会自动选择默认的存储类型。
设一个变量定义“char c;”，c被存放在何处与工程设置中Target选项卡的Memory Model设置有关。如果将Memory Model设置为Small模式，则变量c会被定位在data存储区中； 若设置为Compact模式，则c被定位在pdata存储区中； 若设置为LARGE存储模式，则c被定位在外部数据存储区中。
3.4.3存储器模式
定义变量时如果省略存储器类型，Keil C51编译系统会按编译模式Small、Compact或Large所规定的默认存储器类型去指定变量的存储区域。
1. Small存储模式
该模式把所有函数变量和局部数据段存放在51单片机系统的内部数据存储区，因此对这种变量的访问数据最快。Small存储模式的地址空间受限，在编写小型应用程序时，变量和数据放在data内部数据存储器中是很好的； 但在较大的应用程序中，data区最好只存放小的变量、数据或常用变量(如循环计数、数据索引)，大的数据放置在其他区域。
2. Compact存储模式
该模式把变量定义在外部数据存储器中，所有默认变量均位于外部RAM区的一页(与显式使用关键字pdata进行定义，效果相同)，外部数据存储器可最多有256B(一页)。其优点是空间较Small宽裕。速度较Small慢，比Large快，是一种中间状态。如果在这种编译模式下要使用多于256B的变量，那么变量的高8位地址(也就是具体哪一页)由P2口确定，须适当改变启动程序STARTUP.A51中的参数PDATA START和PDATA LEN，用L51进行连接时不仅能采用连接控制命令PDATA来对P2口地址进行定位，也可用pdata指定。
3. Large存储模式
该模式所有函数和过程的变量以及局部数据段都被定位在外部数据存储器中，外部数据存储器最多达64KB，需要用DPTR数据指针来间接访问数据。这种访问方式效率不高，尤其是对于两个或多个字节的变量，用这种方式访问数据，程序的代码可能很多。
4. 注意设定数组的存储空间
设定一个数组时，C编译器就会在存储空间开辟一个区域用于存放该数组的内容。字符数组的每个元素占用1B的内存空间，整型数组的每个元素占用2B的内存空间，而长整型(long)和浮点型(float)数组的每个元素则需要占用4B的存储空间。
嵌入式控制器的存储空间有限，要特别注意不要随意定义大容量的数组。在Target选项卡中将Memory Model设定为Small时编译不能通过。例如，若定义了一个浮点型的10×10的二维数组，则它需要占用400B的RAM，采用Small模式时8051单片机的内部RAM只有128B。
3.4.4变量的分类
1. 全局变量和局部变量
(1) 全局变量是在任何函数之外说明的、可被任意模块使用的、在整个程序执行期间都有效的变量。
(2) 局部变量是在函数内部进行说明，只在本函数或功能块内有效，在该函数或功能块以外则不能使用。
局部变量可以与全局变量取相同的名字，此时，局部变量的优先级高于全局变量，即同名的全局变量在局部变量使用的函数内部将被暂时屏蔽。
2. 静态存储变量和动态存储变量
从变量的生存时间来区分，变量分为两种： 静态存储变量和动态存储变量。
(1) 静态存储变量是指该变量在程序运行期间其存储的空间固定不变。
(2) 动态存储变量则指该变量的存储空间不是固定的，而是在程序运行期间根据需要动态地为其分配存储空间。
通常，全局变量为静态存储变量，局部变量为动态存储变量。当程序退出时，局部变量占用的空间释放。
使用Keil C编写程序时，无论是char型还是int型，要尽可能采用unsigned型的数据。因为在处理有符号数据时，程序要对符号进行判断和处理，运算速度会减慢； 而且对单片机而言，速度比不上PC，又工作于实时状态，所以任何提高效率的方法都要考虑。
3.5C51绝对地址的访问
在一些情况下，可能希望把一些变量定位在51单片机的某个固定的地址空间上。C51为这些变量专门提供了一个关键字at。at的使用格式如下。
［memory_space］ type variable_name _at_ constant；
格式中各参数的含义如下：
memory_space——变量的存储空间。如果没有这一项，那么会使用默认的存储空间。
type——变量类型。
variable_name——变量名。
_at_——关键字。
constant——常量。该常量的值为变量定位的地址值。这个值必须在设置的物理地址范围之内，否则C51编译器会报错。
char xdata text［256］ _at_ 0xE000； //数组在xdata型存储区的0xE000地址处
例如，
void main(void){
i=0x1234；
text［0］='a'； }
注意： 绝对地址的变量是不可以被初始化的。函数或者类型为bit的变量是不可以被定义为绝对地址的。
关键字_at_的另一个功能是： 能通过给I/O元器件指定变量名，从而为输入/输出元器件指定变量名。例如，在xdata段的地址0x4500处有一个输入寄存器，那么可以通过下面的代码段为它指定变量名。
unsigned char xdata inputreg _at_ 0x4500;
以后再读该寄存器时只要使用变量名inputreg即可。
3.6指针
指针是C语言中的一个重要概念，也是C语言的一个重要角色。正确灵活地运用指针，可以有效地表示复杂数据结构，方便地使用字符串，有效地使用数组，调用函数时得到多个返回值，还能直接与内存打交道，这对于嵌入式编程尤其重要。掌握指针的应用，可以使程序简洁、紧凑、高效。
指针的概念比较抽象，使用也比较灵活。本节主要针对嵌入式51单片机编程介绍指针的一些基本用法，不涉及PC编程中用到的多层指针等更为抽象的概念。
3.6.1指针的概念、定义和引用
1. 指针的概念
在使用汇编语言进行编程时，必须自行定义每一个变量的存放位置。例如：
Tmp EQU 5FH //将5FH这个地址分配给变量Tmp
C语言编程中，定义为“unsigned char Tmp； ”，但不能看出Tmp存放的位置。Tmp存放的位置是由C编译程序决定的。它不是一个定值，即便是同一个程序，一旦进行修改，增加或减少若干个变量，重新编译后Tmp的存放位置也会随之变化。
获得Tmp变量所在位置的方法： 把变量的地址放到另一个变量中，然后通过对这个特殊的变量进行操作。
这个用来存放其他变量地址的变量称为“指针变量”。例如定义一个变量p，并且p中存储的数据就是Tmp所在的地址值(0x5F)，则p就是一个指向Tmp的“指针变量”。
2. 指针变量的定义
1) 定义
定义指针变量的一般形式如下。
基本类型 *指针变量名;
例如，
char *cp1，*cp2； /*定义两个字符型的指针变量cp1和cp2*/
int *P1，*P2； /*定义了两个整型指针变量P1和P2*/
char和int是在定义指针变量时指定的“基本类型”，P1、P2可以指向整型数据，但不能指向float或者char等其他类型的数据。
2) 注意事项
定义指针变量时需注意以下两点。
(1) 指针变量前的“*”表示该变量为指针变量。
(2) 定义指针变量时必须指定基本类型。不同类型的数据在内存中占用的字节数是不一样的。对于C51而言，char或unsigned char型变量在内存中占用1B； int或unsigned int型变量在内存中占用2B； long或unsigned long和float型变量，在内存中占用4B。
在指针的操作中，常用的一种操作是指针变量自增。如p++，其含义是将指针指向这个数据的下一个数据，如果一个数据占用1B，那么每次指针自增时，只要将地址值增加1即可； 而如果一个数据占用2B，每次指针自增加时，就必须将该值增加2，这才能指向下一个变量。
3. 指针变量的引用
C语言提供了两个运算符，用来获得变量地址，或使用指针所指变量的值。
(1) *&： 取地址运算符。
(2) *： 指针运算符(或称“间接访问”运算符)。
例如，&a为变量a的地址，*Point为指针变量Point所指向的变量。
3.6.2C51的指针类型
C51支持“通用”和“存储器专用”两种指针类型。
1. 通用指针
1) 通用指针结构
通用指针需占用3B，其中存储器类型占1B，偏移量占2B，如表33所示。存储器类型决定对象所用的C51存储空间，偏移量指向实际地址。通用指针可以被用来指示51单片机存储器中的任何类型的变量，所以在C51库函数中通常使用这类指针类型。
表33通用指针的构成
地址+0+1+2
内容存储器类型偏移量高位偏移量低位
其中，第1个字节表示指针的存储器类型编码，如表34所示。
表34一般指针存储器类型的编码
存储器类型idataxdatapdatadatacode
值12345
例如，一个通用指针指向地址为0×1234的xdata类型数据时，其指针值如表35所示。
表35指向xdata型数据的一般指针的值
地址+0+1+2
内容0x020x120x34
2) 通用指针的定义
通用指针的定义与一般的C语言的指针定义相同，例如，
char *s; // 指向字符型的指针s
int *numptr； //指向int型的指针numptr
long *state； //指向long型的指针state
例如，将一个数值0x12写入地址为0x8000的外部数据存储器，程序代码如下：
#define XBYTE ((char*)0x20000L)
XBYTE［0x8000］=0x12；
其中，0x20000L是一个通用指针，将其分为3字节： 0x02＼0x00＼0x00，查表可以看到0x02表示存储器类型xdata型，而地址则是0x0000。
XBYTE被定义为(char*)0x20000L，即XBYTE为指向xdata零地址的指针。XBYTE［0x8000］则是外部数据存储器的0x8000绝对地址。
3) 应用
下面的代码显示了使用通用指针的变量在51单片机中是如何实现的，请注意指针各个字节的作用。
char *c_ptr； //char型指针
int *i_ptr； //int型指针
long *l_ptr； //long型指针
main()
{
char data dj； //data区变量
int data dk；
long data dl；
char xdata xj； //xdata区变量
int xdata xk；
long xdata xl；
char code cj=9； //code区变量
int code ck=357；
long code cl=123456789；
c_ptr=&dj； //data区指针
i_ptr=&dk；
l_ptr=&dl；
c_ptr=&xj； //xdata区指针
i_ptr=&xk；
l_ptr=&xl；
c_ptr=&cj； //code区指针
i_ptr=&ck；
l_ptr=&cl；
在上面的代码中，通用指针c_ptr、i_ptr和l_ptr都被存放在单片机的内部数据存储区中。如果有需要，则可以使用关键字对指针的存储位置进行声明，其格式如下。
基本类型 *存储类型 指针变量名;
例如，
char *xdata strptr； //存储在xdata的字符串指针
int *data numptr； //存储在data的int型指针
long *idata varptr； //存储在idata的long型指针
2. 存储器专用指针
存储器专用指针的定义一般包含了数据类型和存储器类型的说明，其格式如下。
基本类型 存储器类型 *指针变量名;
例如，
char data *px； //指向data的字符串型指针px
int xdata *numtab； //指向xdata的int型指针numtab
long code *powtab； //指向code的long型指针powtab
存储器专用指针只需要1B(当数据类型为idata、data、pdata时)或者2B(当数据类型为code、xdata时)。因为专用指针比通用指针的字节少，所以在程序执行时会快一点。由于专用指针的一些特性在编译时由编译器来处理，所以优化选项有时会对编译结果产生一些影响。
与通用指针相同，也可以为专用指针指定存储空间，如：
char data *xdata str； // str在xdata中，指向data的char类型
int xdata *data pdx； //pdx在data中，指向xdata的int类型
long code *idata powtab； //powtab在idata中，指向code的long类型
3. Keil预定义指针
Keil软件预定义了一些指针，用来对存储器指定地址进行访问，其完整定义在absacc.h中，读者可自行查看。部分定义如下：
#define CBYTE ((unsigned char volatile code*)0)
#define DBYTE ((unsigned char volatile data*)0)
#define PBYTE ((unsigned char volatile pdata*)0)
#define XBYTE ((unsigned char volatile xdata*)0)
借助于这些指针可以对指定的地址进行直接访问。
3.7C51函数
一个较大的程序一般应由若干程序模块组成，每一个模块用来实现一个特定的功能。所有的高级语言都有子程序，正是通过这些子程序实现模块的功能。在C语言中，子程序的作用是由函数来完成的。
3.7.1C51函数及其定义
1. 函数及其分类
1) 函数
在程序设计中，通常将一些常用的功能模块编写成函数，并可放在函数库中以供选用，这样可以减少重复程序段的工作量。
一个完整的C程序可由一个主函数和若干个函数组成，由主函数调用其他函数，其他函数也可以相互调用。同一个函数可以被一个或多个函数多次调用。C语言中的主函数为main()。对于函数有如下说明：
(1) 一个源程序文件由一个或多个函数组成。
(2) 一个C程序由一个或多个源程序文件组成。对于较大的程序，通常不希望把所有源程序全部放在一个文件中，而是将函数和其他内容分别放入若干个文件中，再由这些文件组合成一个完整的C程序。这样可以分别编写、编译，而且一个源文件也可供多个程序使用，从而提高效率。
(3) C程序的执行从main（）函数开始。
(4) 所有函数都是平行的，即在定义函数时是相互独立的，一个函数并不从属于另一个函数，即函数不能嵌套定义。函数间可以相互调用，但不能调用main（）函数。
2) 函数的分类
(1) 从形式上看，函数可以分为以下两种。
无参函数。即主函数不向被调用函数传递参数，这类函数只是完成一定的操作功能。无参函数可以有返回值，但大多数的无参函数通常也没有返回值。
有参函数。在调用函数时，主函数将一些数据传递给被调用函数，通常被调用函数会对这些数据进行处理，然后进行不同的操作，最后还可能有返回值。
(2) 从用户使用的角度上看，函数可以分为以下两种。
标准函数，即库函数。这是由编译系统(如Keil软件)提供的，用户不必自己编写这些函数。如sin函数提供正弦函数计算功能。
用户函数。这是用户根据自己的需要而编写的特定功能的函数。
2. 函数的定义
1) 定义
C51函数的定义与ANSIC中基本相同，唯一不同的是函数的后面可能带若干C51专用的关键字。
C51函数的定义格式如下，其中方括号内是可选项。
［return _ type］ funcname(［args ］)［ {small | compact | large } ］ ［reentrant］ ［interrupt n］［using n］
{
声明部分
语句
}
各参数说明如下：
return_type——返回值类型(数据类型标识符)。
funcname——函数名。
args——形式参数。
{small | compact | large}——函数模式选择，在没有显示选择函数模式的情况下，使用默认的模式来编译。
reentrant——再入函数。
interrupt n——中断函数。
using n——寄存器组选择，CPU可以通过切换到一个不同的寄存器组来执行程序而不需要对若干寄存器进行保存。
声明部分： 声明部分定义要使用的变量，此外还对将要调用的函数做声明。
例如，
int max(int x，int y)
{int z:
z=x>y?x： y；
Return(z)；
}
这是一个求x和y两者中哪个数值较大的函数。函数名max前面的int表示函数的返回值是一个整型数。括号中有两个形式参数x和y，它们都是整型的。大括号里是函数体，它包括声明部分和语句部分。在声明部分定义要使用的变量z。return(z)的作用是将z的值作为返回值带回主调函数中。函数被定义为int型的，z也是int型，两者是一致的。
再如：
long factorial(int n) reentrant
void time0_int(void) interrupt 1 using 1
2) 空函数
C语言允许有空函数，空函数的定义形式为：
类型标识符函数名()
{ }
调用空函数表示什么工作也不做。
例如，
void dummy()
{ }
在程序设计中往往根据需要确定若干个模块，分别由一些函数来实现，而在第一阶段只设计最基本的模块，即先把架子搭起来，细节留待进一步的完善。以这样的方式编写程序时，可以在将来准备扩充功能的地方定义一个空函数，表示这些函数未编写好，只是先占一个位置，以后用一个编写好的函数替代它。这样做可使程序的结构清楚，可读性好，以便以后扩充新功能，而对程序结构影响不大。
3.7.2C51的中断服务函数
中断是指当计算机执行正常程序时，由于系统中出现某些紧急处理的情况或特殊请求时，计算机打断当前正在运行的程序，转而对这些紧急情况进行处理。处理完毕后，再返回继续执行被打断的程序。
51系列单片机的中断共分2个优先级，5个中断源： 外部中断请求0，由INT0输入； 外部中断请求1，由INT1输入； 定时器/计数器0溢出中断请求； 定时/计数器1溢出中断请求； 串口发送/接收中断请求。每个中断源的优先级都是可以编程的。
对于52系列单片机来说，除了以上5个中断外，还增加了一个定时/计数器2溢出中断请求。
1. 中断服务函数程序的定义
Keil C51支持在C语言源程序中直接编写51单片机的中断服务程序，为此Keil C51对函数的定义进行了扩展，增加了一个扩展关键字interrupt。其定义形式为：
类型标识符 函数名(形式参数)［interrupt m］ ［using n］
(1) 函数名可以是任意合法的字母或数字组合。
(2) m： 关键字interrupt后面的中断号取值范围是0~4或0~5。Keil C51编译器从8m+3处产生中断向量，即当响应中断申请时，程序会根据中断号自动转入地址为8m+3的位置，执行相对应的中断服务子程序。51单片机的中断号、中断源和中断入口地址如表36所示。
表3651单片机的中断号、中断源和中断入口地址
m中断源中断入口地址8m+3
0外部中断00003H
1定时/计数器0溢出000BH
2外部中断10013H
3定时/计数器1溢出001BH
4串口中断0023H
5定时/计数器2溢出002BH
表36中第5号中断定时/计数器2溢出仅对52系统具有3个定时/计数器的单片机有效。
中断服务函数可以被放置在程序的任意位置。因为Keil C51在最后进行代码连接时会自动将服务函数定位到中断入口处，实现中断服务响应。
由于各个中断入口地址相距较近，Keil C编译时会自动在对应的中断入口地址单元中安排一条转移类指令，以便转入到中断服务程序。此外，51编译器在对中断函数进行编译时，也会根据需要自动将PC寄存器压入堆栈，在中断服务程序的最后自动安排一条RETI指令，以便将响应中断时所置位的优先级状态触发器清0，然后从堆栈弹出程序计数器PC，从原来打断处继续执行被中断的程序。
(3) n： 51系列单片机可以在内部RAM中使用4个不同的工作寄存器组，称为0~3组。每个寄存器组都包含8个工作寄存器(R0~R7)。可以通过关键字using来选择不同的工作寄存器组。using后面的n取值为0~3的整数，分别代表4个不同的工作寄存器组。
注意： m和n必须是整数，不能是表达式。
在单片机响应中断进入中断服务函数时，特殊功能寄存器ACC、B、DPH、DPL、PSW都将被压入堆栈。如果不使用寄存器组切换，则中断函数中所用到的全部工作寄存器也都会入栈。函数返回前，所有的寄存器内容再依次出栈。但如果在中断函数定义时用using指定了工作寄存器组，那么发生中断时，平时默认的工作寄存器组就不会被压栈，也就是说，系统直接切换寄存器组而不必进行大量的PUSH和POP操作，这将节省32个处理周期，因为每个寄存器入栈和出栈都需要两个处理周期。由此可以节省RAM空间，加速MCU执行时间。但这样也有缺点，就是所有调用中断的过程都必须使用指定的同一个寄存器组，否则参数传递会发生错误。因为对于using的使用应根据情况灵活取舍。
2. 规定
编制中断函数时应遵循以下规定：
(1) 中断函数不能进行参数传递。
(2) 中断函数没有返回值。
(3) 中断服务函数不能被其他函数调用，只能由硬件产生中断后自动调用。
如果在中断函数中调用其他函数，则必须保证被调用函数所使用的寄存器组与中断函数一样，否则会产生不正确的结果。另外，由于中断的产生不可预测，中断函数对其他函数的调用有可能会形成递归调用，为了避免产生递归调用，尽量不要在中断服务函数内使用函数调用。如果确实需要调用其他函数，应保证此函数为中断服务独自专用，或者用扩展关键字reentrant将被中断函数调用的其他函数定义为再入函数。
(4) 如果中断函数中用到浮点运算，必须保存浮点寄存器的状态，当没有其他程序执行浮点运算时可以不保存。在Keil C编译器的数学函数库math.h中，专门提供了保存浮点寄存器状态的库函数fpsave和恢复浮点寄存器状态的库函数fprestore，可供用到浮点运算的中断函数使用。
(5) 在中断函数程序执行过程中，对其他可能在此产生的中断并不响应，因而为了系统能够及时地响应各种中断，提高实时性能，中断函数的执行时间不宜过长，因此中断函数应尽量简洁。
3.7.3C51库函数
库函数并不是C语言的一部分，它是由编译软件开发公司根据需要编制并提供给用户使用的。本节只介绍了C51提供的库函数的一小部分，其余库函数请查阅相应的手册。
1. C51库函数的测试方法
不同类型的函数运行时要采用不同的方法观察其测试结果。
(1) 如果在测试函数中用到了print（）函数，那么首先要用#include<stdio.h>将头文件stdio.h包含到源程序中，其次要在main（）函数中设置串口，利用Keil软件的串行窗口进行输出，以便于观察。而要设置串口，又必须用#include<reg51.h>或#include<reg52.h>将头文件reg51.h或reg52.h加入源程序中，否则无法通过编译。
(2) 使用get（）、getchar（）之类的输入函数时，采用与上述相同的方法处理，可以在串行窗口中输入所需要的字符，这些字符可以被有关函数接受。
(3) 如果测试函数有printf（）之类的输出函数，那么可以直接观察输出以确定结果，也可以观察变量窗口以确定函数的工作是否正常。
(4) 部分函数测试时定义了大容量的数组，因此在设置工程时，必须将Memory Model由默认的Small模式改为Large模式，否则无法通过编译和链接。
2. 绝对地址访问absacc.h
使用这一类函数时，应该把absacc.h头文件包含到源程序文件中。
1) CBYTE、DBYTE、PBYTE、XBYTE函数
原型：
#define CBYTE(unsigned char volatile code*)0)
#define DBYTE(funsigned char volatile idata*)0)
#define PBYTE(unsigned char volatile pdata*)0)
#define XBYTE(funsigned char volatile xdata*)0)
描述： 上述宏定义用来对8051系列单片机的存储器空间进行绝对地址访问，可以作为字节寻址。CBYTE寻址CODE，DBYTE寻址DATA区，PBYTE寻址分页PDATA区，XBYTE寻址XDATA区。
例如，若访问外部数据存储器区域的0x1000处的内容，则可以使用如下指令：
val=XBYTE［0x1000］；
2) CWORD、DWORD、PWORD、XWORD函数
原型：
#define CWORD (unsigned int char volatile code*)0)
#define DWORD (unsigned int char volatile idata*)0)
#define PWORD (unsigned int char volatile pdata*)0)
#define XWORD (unsigned int char volatile xdata*)0)
描述： 这个宏与前面的一些宏类似，只不过数据类型为unsigned int型。
3.8C51程序设计实例——实现单片机控制流水灯
1. 硬件电路设计
图32硬件电路
硬件电路如图32所示。P1口的8个引脚经限流电阻分别接了8个发光二极管的阴极，这8个发光二极管的阳极共同接+5V电源。规定这8个发光二极管的点亮顺序是： 先点亮P1.0引脚接的发光二极管，随后依次点亮P1.1~P1.7引脚所接的发光二极管，然后倒序，先从P1.7所接的发光二极管，依次过渡到P1.0所接的发光二极管进行点亮，然后依次循环。由于8个发光二极管共阳，所以点亮哪个发光二极管只需要所对应阴极向对应的P1口引脚输送低电平即可。
2. 程序设计
实现该功能的C51程序清单如下：
#include<reg51.H>
unsigned char i；
unsigned char temp；
void delay(void)
{
unsigned char m，m，s；
for(m=20； m>0； m--)
for(n=20； n>0； n--)
for(s=248； s>0； s--)；
}
void main(void)
{
while(1)
{
temp=0xfe；
P1=temp；
delay ()；
}
For(i=1； i<8； i++)
{
a=temp>>i；
P1=a；
delay()；
以上C51源代码是不能够直接在单片机上执行的，单片机系统能够运行的为可执行程序，也就是经编译器译成的二进制文件。要实现从源代码编译成可执行文件，需要C51编译器及对应的集成开发环境。后面两章将介绍相应的编译器及集成开发环境的使用方法。
本章小结
C51是面向51系列单片机所使用的程序设计语言，使MCS51单片机的软件具有良好的可读性和可移植性。具有操作直接、简洁和程序紧凑的优点，为大多数51单片机实际应用最为广泛的语言。
C51系列单片机在物理上有3个存储空间，即程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。C51在定义变量和常量时，需说明它们的存储类型，将它们定位在不同的存储区中。单片机常用的存储类型有data、bdata、idata、pdata、xdata和coda 6个具体类别。默认类型由编译模式指定。
C51编译器已经把MCS51系列单片机的特殊功能寄存器、特殊位和4个I/O口(P0~P3)进行了声明，放在reg51.h或reg52.h头文件中。用户在使用之前用一条预处理命令“#include <reg51.h>”把这个头文件包含到程序中，就可以使用特殊功能寄存器名和特殊位名称了，而对于未定义的位，使用之前必须先定义。
C51提供了一组宏定义，包括CBYTE、DBYTE、XBYTE、PBYTE、CWORD、DWORD、XWORD和PWORD来对单片机进行绝对寻址，同时也可以使用_at_关键字对指定的存储器空间的绝对地址进行访问。
C51支持基于存储器的指针和一般指针两种指针类型。基于存储器的指针可以高效访问对象，且只需1~2B。而一般指针需占用3B，其中1B为存储器类型，2B为偏移量，具有兼容性。
C51语言中断函数的定义中使用了关键字interrupt、using、中断号、寄存器组号等； 并且C51也提供了一些常用的库函数，如I/O函数库、标准库函数、内部函数库、数学函数库、绝对地址访问函数库等。
思考题与习题
31C51语言的变量定义包含哪些关键因素？
32C51与汇编语言的特点各有哪些？怎样实现两者的优势互补？
33定义变量为有符号字符型变量数据类型为，无符号整型变量数据类型为。
34定时器T0中断号为。
35关键字bit和sbit有何区别？