51单片机C语言编程手册

1 第一章 介绍 这是一本关于Intel 80C51 以及广大的51 系列单片机的书这本书介绍给读者一些 新的技术使你的8051 工程和开发过程变得简单请注意这本书的目的可不是教你各种 8051 嵌入式系统的解决方法 为使问题讨论更加清晰在适当的地方给出了程序代码我们以讨论项目的方法来说 明每章碰到的问题所有的代码都可在附带的光盘上找到你必须熟系C 和8051 汇编因 为本书不是一本C 和汇编的指导书你可以买到不少关于ANSI C 的书最佳选择当然是Intel 的数据书可从你的芯片供应商处免费索取和随编译工具附送的手册 附送光盘中有我为这本书编写和收集的程序这些程序已经通过测试这并不意味着 你可以随时把这些程序加到你的应用系统或工程中有些地方必须首先经过修改才能结合 到你的程序中 这本书将教你充分使用你的工具如果你只有8051 的汇编程序你也可以学习该书和 使用这些例子但是你必须把C 语言的程序装入你的汇编程序中这对懂得C 语言和8051 汇编程序指令的人来说并不是一件困难的事 如果你有C 编译器的话那恭喜你使用C 语言进行开发是一个好的决定你会发现 使用C 进行开发将使你的工程开发和维护的时间大大减少如果你已经拥有Keil C51 那 你已经选择了一个非常好的开发工具我发现Keil 软件包能够提供最好的支持本书支持 Keil C 的扩展如果你有其它的开发工具像Archimedes 和Avocet 这本书也能很好地为 你服务但你必须根据你所用的开发工具改变一些Keil 的特殊指令 在书的一些地方有硬件图实例程序在这些硬件上运行这些图绘制地不是很详细 主要是方框图但足以使读者明白软件和硬件之间的接口 读者应该把这本书看成工具书而不是用来学习各种系统设计通过本书你可以了 解给定一定的硬件和软件设计之后8051 的各种性能希望你能从本书中获取灵感并有助 于你的设计使你豁然开朗当然我希望你也能够从本书中学到有用的知识使之能够 提升你的设计 2 第二章 硬件 1 概述 8051 系列微处理器基于简化的嵌入式控制系统结构被广泛应用于从军事到自动控制 再到PC 机上的键盘上的各种应用系统上仅次于Motorola 68HC11 在 8 位微控制器市场 上的销量很多制造商都可提供8051 系列单片机像Intel Philips Siemens 等这些 制造商给51 系列单片机加入了大量的性能和外部功能像I2C 总线接口模拟量到数字量 的转换看门狗PWM 输出等不少芯片的工作频率达到40M 工作电压下降到1.5V 基 于一个内核的这些功能使得8051 单片机很适合作为厂家产品的基本构架它能够运行各种 程序而且开发者只需要学习这一个平台 8051 系列的基本结构如下 1 一个8 位算术逻辑单元 2 32 个I/O 口4 组8 位端口可单独寻址 3 两个16 位定时计数器 4 全双工串行通信 5 6 个中断源两个中断优先级 6 128 字节内置RAM 7 独立的64K 字节可寻址数据和代码区 每个8051 处理周期包括12 个振荡周期每12 个振荡周期用来完成一项操作如取指 令和计算指令执行时间可把时钟频率除以12 取倒数然后指令执行所须的周期数 因此如果你的系统时钟是11.059MHz 除以12 后就得到了每秒执行的指令个数为921583 条指令取倒数将得到每条指令所须的时间1.085ms 3 2 存储区结构 8051 结构提供给用户3 个不同的存储空间如图A-1 每个存储空间包括从0 到最大 存储范围的连续的字节地址空间通过利用特定地址的寻址指令解决了地址重叠的问题 三个地址空间的功能如图所示 图A-1-8051 存储结构 2.1 CODE 区 第一个存储空间是代码段用来存放可执行代码被16 位寻址空间可达64K 代码 段是只读的当要对外接存储器件如EPROM 进行寻址时处理器会产生一个信号但这并 不意味着代码区一定要用一个EPROM 目前一般使用EEPROM 作为外接存储器可以被外 围器件或8051 进行改写这使系统更新更加容易新的软件可以下载到EEPROM 中而不 用拆开它然后装入一个新的EEPROM 另外带电池的SRAMs 也可用来代替EPROM 他可 以像EEPROM 一样进行程序的更新并且没有像EEPROM 那样读写周期的限制但是当电 源耗尽时存储在SRAMs 中的程序也随之丢失使用SRAMs 来代替EPROM 时允许快速下 载新程序到目标系统中这避免了编程/调试/擦写这样一个循环过程不再需要使用昂贵 的在线仿真器 除了可执行代码还可在代码段中存储查寻表为达此目的8051 提供了通过数据指 针DPTR 或程序计数器加上由累加器提供的偏移量进行寻址的指令这样就可以把表头地址 装入DPTR 中把表中要寻址的元素的偏移量装入累加器中8051 在执行指令时的过程中 把这两者相加由此可节省不少指令周期在以后的例子中我们会看到这点 4 2.2 DATA 区 第二个存储区是8051 内128 字节的内部RAM 或8052 的前128 字节内部RAM 这部分 主要是作为数据段称为DATA 区指令用一个或两个周期来访问数据段访问DATA 区比 访问XDATA 区要快因为它采用直接寻址方式而访问XDATA 须采用间接寻址必须先初 始化DPTR 通常我们把使用比较频繁的变量或局部变量存储在DATA 段中但是必须节省 使用DATA 段因为它的空间毕竟有限 在数据段中也可通过R0 和R1 采用间接寻址R0 和R1 被作为数据区的指针将要恢 复或改变字节的地址放入R0 或R1 中根据源操作数和目的操作数的不同执行指令需要 一个或两个周期 数据段中有两个小段第一个子段包含四组寄存器组每组寄存器组包含八个寄存器 共32 个寄存器可在任何时候通过修改PSW 寄存器的RS1 和RS0 这两位来选择四组寄存器 的任意一组作为工作寄存器组8051 也可默认任意一组作为工作寄存器组工作寄存器组 的快速切换不仅使参数传递更为方便而且可在8051 中进行快速任务转换 另外一个子段叫做位寻址段BDATA 包括16 个字节共128 位每一位都可单独寻 址8051 有好几条位操作指令这使得程序控制非常方便并且可帮助软件代替外部组合 逻辑这样就减少了系统中的模块数位寻址段的这16 个字节也可像数据段中其它字节一 样进行字节寻址 2.3 特殊功能寄存器 中断系统和外部功能控制寄存器位于从地址80H 开始的内部RAM 中这些寄存器被称 做特殊功能寄存器简称 SFR 其中很多寄存器都 可位寻址可通过名字进 行引用如果要对中断使 能寄存器中的EA 位进行 寻址可使用EA 或IE.7 或0AFH SFRs 控制定时/ 计数器串行口中断源 及中断优先级等这些寄 存器的寻址方式和DATA 取中的其它字节和位一样 可位寻址SFR 如表A-1 所示可进行位寻址的SFR 表 A-1 5 2.4 IDATA 区 8051 系列的一些单片机如8