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1、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。,
2、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
3、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；
4、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 (
5、 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 - els
6、e 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-i
7、f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; de
8、fault : 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
9、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
10、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
11、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
12、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;
13、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
14、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
15、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.
16、 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3.1
17、1】 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
18、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mai
19、n( ) 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
20、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
21、2组工作寄存器。 unsigned int CNT1; unsigned char CNT2; void Timer( ) interrupt 1 using 2 if( +CNT1=1000 ) / CNT1计数到1000 CNT2+; / 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)
22、 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
23、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) C51FP
24、C.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( )
25、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,
26、(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(
27、 )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
28、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
29、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,