零基础学单片机C语言程序设计（第2版）

前言

第一篇　 单片机C51概述

第1章　 单片机开发概述 1

1.1　 单片机介绍 1

1.1.1　 单片机简介 1

1.1.2　 单片机的主要组成部分 1

1.1.3　 单片机引脚及功能 2

1.1.4　 单片机的应用领域 4

1.2　 单片机开发流程 5

1.2.1　 系统分析 5

1.2.2　 单片机选型 5

1.2.3　 程序设计 8

1.2.4　 仿真测试 8

1.2.5　 程序下载 9

1.3　 单片机开发语言概述 9

1.3.1　 单片机汇编语言 9

1.3.2　 单片机C51语言 10

1.4　 小结 11

1.5　 习题与上机实践 11

第2章　 构建C51集成开发环境 12

2.1　 51系列单片机的最小硬件系统 12

2.1.1　 时钟振荡电路 13

2.1.2　 单片机的复位电路 14

2.2　 Keil m Vision3集成开发环境 15

2.2.1　 Keil m Vision3简介 15

2.2.2　 Keil m Vision3安装 15

2.2.3　 Keil m Vision3界面概览 17

2.2.4　 Keil m Vision3的各种常用窗口 17

2.3　 Keil m Vision3中C51的开发流程 21

2.3.1　 创建项目 21

2.3.2　 创建源文件 22

2.3.3　 编译项目 24

2.3.4　 仿真调试 24

2.3.5　 程序下载 25

2.4　 小结 25

2.5　 习题与上机实践 26

第二篇　 C51语言程序设计指南

第3章　 C51语言程序设计基础 27

3.1　 C51程序的基本结构 27

3.2　 C51编程规范及注意事项 28

3.2.1　 注释 28

3.2.2　 命名 29

3.2.3　 格式 29

3.3　 C51的标识符与关键字 30

3.3.1　 标识符 30

3.3.2　 关键字 30

3.4　 C51的变量类型 32

3.4.1　 C51的数据类型 32

3.4.2　 整型变量 33

3.4.3　 浮点型变量 34

3.4.4　 字符型变量 35

3.4.5　 指针型变量 36

3.4.6　 无值型变量 37

3.5　 C51的常量类型 37

3.5.1　 整型常量 37

3.5.2　 浮点型常量 38

3.5.3　 字符型常量 39

3.5.4　 转义字符 40

3.6　 变量作用域 41

3.6.1　 变量作用域的基本规则 41

3.6.2　 自动变量 42

3.6.3　 全局变量 43

3.6.4　 静态变量 44

3.6.5　 寄存器变量 45

3.7　 分隔符与const修饰符 45

3.7.1　 C51分隔符 45

3.7.2　 const修饰符 46

3.8　 C51的运算符 47

3.8.1　 算术运算符 47

3.8.2　 逻辑运算符 49

3.8.3　 关系运算符 50

3.8.4　 位运算符 51

3.8.5　 “,”运算符 53

3.8.6　 “?”运算符 54

3.8.7　 “sizeof”运算符 55

3.8.8　 地址操作运算符 55

3.8.9　 联合操作运算符 56

3.8.10　 类型转换运算符 56

3.8.11　 运算符优先级和结合性 57

3.9　 C51的表达式 59

3.9.1　 算术表达式 59

3.9.2　 赋值表达式 59

3.9.3　 逗号表达式 61

3.9.4　 关系表达式 61

3.9.5　 逻辑表达式 62

3.10　 小结 63

3.11　 上机实践 63

第4章　 C51语句和流程 65

4.1　 C51语句 65

4.1.1　 变量声明语句 65

4.1.2　 表达式语句 66

4.1.3　 复合语句 66

4.1.4　 循环语句 67

4.1.5　 条件语句 70

4.1.6　 开关语句 75

4.1.7　 程序跳转语句 76

4.1.8　 函数调用语句 78

4.1.9　 函数返回语句 79

4.1.10　 空语句 80

4.2　 C51的流程控制结构及程序示例 81

4.2.1　 顺序结构 81

4.2.2　 选择结构 81

4.2.3　 循环结构 81

4.2.4　 流程控制结构程序示例 82

4.3　 小结 83

4.4　 上机实践 83

第5章　 C51的数据结构 85

5.1　 C51的数组 85

5.1.1　 数组定义及数组元素 85

5.1.2　 一维数组 87

5.1.3　 一维字符串数组 90

5.1.4　 二维数组 92

5.1.5　 二维字符串数组 95

5.1.6　 多维数组 96

5.2　 C51的指针 97

5.2.1　 指针及相关概念 97

5.2.2　 指针变量的定义及赋值 98

5.2.3　 取址运算符和取值运算符 101

5.2.4　 指针变量的运算 102

5.2.5　 C51的字符指针 103

5.2.6　 C51的数组指针 104

5.2.7　 C51的指针数组 109

5.3　 C51的结构 111

5.3.1　 结构的声明 111

5.3.2　 结构变量的声明 112

5.3.3　 结构变量的初始化 114

5.3.4　 结构变量的使用 115

5.3.5　 C51的结构数组 116

5.3.6　 C51的结构指针 117

5.3.7　 C51的嵌套式结构 121

5.3.8　 C51的位结构 122

5.4　 C51的联合 123

5.4.1　 联合的声明和使用 123

5.4.2　 结构和联合的区别 128

5.5　 C51的枚举 129

5.5.1　 枚举和枚举变量的声明 129

5.5.2　 枚举变量的赋值和使用 131

5.6　 C51的位域 133

5.6.1　 位域和位域变量的声明 133

5.6.2　 位域变量的使用 135

5.7　 C51的自定义类型 136

5.7.1　 自定义类型的声明 136

5.7.2　 自定义类型的使用 136

5.8　 小结 137

5.9　 上机实践 137

第6章　 C51的函数 138

6.1　 函数 138

6.1.1　 函数的概述 138

6.1.2　 函数的分类 139

6.1.3　 函数的定义 140

6.1.4　 函数的参数 142

6.1.5　 函数的返回值 146

6.2　 函数的作用域 147

6.2.1　 函数的作用范围 147

6.2.2　 函数变量的作用域 147

6.3　 函数的调用 149

6.3.1　 赋值调用 149

6.3.2　 引用调用 150

6.3.3　 递归调用 150

6.3.4　 嵌套调用 152

6.4　 C51的main函数 153

6.4.1　 无参main函数 153

6.4.2　 有参main函数 154

6.5　 C51的库函数 154

6.5.1　 I/O函数库 154

6.5.2　 标准函数库 166

6.5.3　 字符函数库 174

6.5.4　 字符串函数库 186

6.5.5　 内部函数库 201

6.5.6　 数学函数库 204

6.5.7　 绝对地址访问函数库 209

6.5.8　 变量参数表函数库 212

6.5.9　 全程跳转函数库 214

6.5.10　 偏移量函数库 215

6.6　 小结 216

6.7　 上机实践 216

第7章　 C51的存储结构 218

7.1　 单片机的存储器结构 218

7.1.1　 51系列单片机的存储区域 218

7.1.2　 片内RAM的存储器结构 218

7.2　 C51的存储类型 219

7.2.1　 code存储类型 220

7.2.2　 data存储类型 220

7.2.3　 bdata存储类型 220

7.2.4　 idata存储类型 221

7.2.5　 pdata存储类型 221

7.2.6　 xdata存储类型 222

7.3　 C51的扩展数据类型 222

7.3.1　 sfr和sfr16型变量 223

7.3.2　 sbit型变量 223

7.3.3　 bit型变量 224

7.3.4　 51单片机寄存器的定义 224

7.4　 C51变量的存储模式 226

7.4.1　 Small模式 227

7.4.2　 Compact模式 227

7.4.3　 Large模式 227

7.5　 C51的存储器指针 228

7.5.1　 一般指针 228

7.5.2　 存储器指针 229

7.6　 小结 231

7.7　 上机实践 231

第8章　 C51的预处理命令和用户配置文件 232

8.1　 C51的预处理命令概述 232

8.2　 文件包含指令 233

8.2.1　 #include命令 233

8.2.2　 C51常用的头文件 234

8.3　 宏定义指令 234

8.3.1　 #define命令 235

8.3.2　 #undef命令 237

8.4　 条件编译指令 238

8.4.1　 #if、#else和#endif命令 238

8.4.2　 #elif命令 239

8.4.3　 #ifdef、#ifndef命令 239

8.5　 其他编译指令 241

8.5.1　 #line命令 241

8.5.2　 #error命令 241

8.5.3　 #pragma命令 242

8.6　 C51的用户配置文件 243

8.6.1　 C51的启动代码详解 243

8.6.2　 C51的变量初始化文件 248

8.6.3　 C51的基本I/O函数文件 249

8.6.4　 C51的分组配置文件 249

8.7　 小结 250

8.8　 上机实践 250

第三篇　 C51单片机编程指南

第9章　 C51定时器/计数器程序设计 253

9.1　 定时器/计数器简介 253

9.1.1　 定时器/计数器的结构 253

9.1.2　 方式控制寄存器TMOD 254

9.1.3　 中断控制寄存器TCON 255

9.1.4　 定时器/计数器的初值 257

9.1.5　 定时器/计数器的初始化 257

9.2　 定时器/计数器工作模式0的C51程序设计 257

9.2.1　 定时器/计数器工作模式0 258

9.2.2　 定时器/计数器模式0的程序设计 258

9.3　 定时器/计数器工作模式1的C51程序设计 259

9.3.1　 定时器/计数器工作模式1 259

9.3.2　 定时器/计数器模式1的程序设计 260

9.4　 定时器/计数器工作模式2的C51程序设计 261

9.4.1　 定时器/计数器工作模式2 261

9.4.2　 定时器/计数器模式2的程序设计 261

9.5　 定时器/计数器工作模式3的C51程序设计 262

9.5.1　 定时器/计数器工作模式3 262

9.5.2　 定时器/计数器模式3的程序设计 263

9.6　 小结 264

9.7　 上机实践 264

第10章　 C51中断程序设计 266

10.1　 单片机的中断系统 266

10.1.1　 单片机的中断类型 266

10.1.2　 中断请求标志及其C51访问 267

10.1.3　 中断允许标志及其C51访问 270

10.1.4　 中断优先级标志及其C51访问 270

10.1.5　 中断的C51处理过程 271

10.2　 外部中断源的C51程序设计 274

10.3　 定时中断源的C51程序设计 275

10.4　 串行中断源的C51程序设计 276

10.5　 小结 277

10.6　 上机实践 277

第11章　 C51串行接口程序设计 279

11.1　 51系列单片机的串行接口 279

11.1.1　 单片机串行通信概述 279

11.1.2　 单片机串行接口的内部结构 280

11.1.3　 串行接口控制寄存器SCON 281

11.1.4　 特殊功能寄存器PCON 284

11.2　 串行口工作模式0的C51程序设计 284

11.2.1　 模式0的波特率 285

11.2.2　 模式0的数据发送及C51程序设计 285

11.2.3　 模式0的数据接收及C51程序设计 287

11.3　 串行口工作模式1的C51程序设计 289

11.3.1　 模式1的波特率 290

11.3.2　 模式1的数据发送及C51程序设计 291

11.3.3　 模式1的数据接收及C51程序设计 293

11.4　 串行口工作模式2的C51程序设计 295

11.4.1　 模式2的波特率 295

11.4.2　 模式2的数据发送及C51程序设计 295

11.4.3　 模式2的数据接收及C51程序设计 297

11.5　 串行口工作模式3的C51程序设计 299

11.5.1　 模式3的波特率 300

11.5.2　 模式3的数据发送及C51程序设计 301

11.5.3　 模式3的数据接收及C51程序设计 303

11.6　　小结 305

11.7　 上机实践 305

第12章　 C51下的RTX-51实时多任务操作系统 307

12.1　 RTX-51实时多任务操作系统简介 307

12.1.1　 单任务程序与多任务程序的比较 307

12.1.2　 RTX-51实时多任务操作系统种类 309

12.2　 RTX-51的系统函数 310

12.2.1　 中断调用的发送信号函数 310

12.2.2　 清除信号标志函数 311

12.2.3　 启动任务函数 311

12.2.4　 删除任务函数 312

12.2.5　 当前任务号函数 312

12.2.6　 任务调用的发送信号函数 313

12.2.7　 等待函数 313

12.3　 RTX-51的任务调度 316

12.3.1　 循环任务调度 316

12.3.2　 事件任务调度 316

12.3.3　 信号任务调度 317

12.3.4　 优先级及抢先任务切换 318

12.3.5　 RTX-51的主要概念和特性 319

12.4　 RTX-51 Tiny的任务管理 320

12.4.1　 RTX-51 Tiny的任务状态 320

12.4.2　 RTX-51 Tiny的事件 321

12.4.3　 RTX-51 Tiny的任务切换 321

12.5　 RTX-51 Tiny的系统配置 321

12.5.1　 RTX-51 Tiny系统配置文件 321

12.5.2　 RTX-51 Tiny系统参数 324

12.6　 RTX-51 Tiny的要求及注意事项 325

12.6.1　 RTX-51 Tiny的要求及技术参数 325

12.6.2　 RTX-51 Tiny的注意事项 326

12.7　 RTX-51 FULL实时多任务操作系统简介 327

12.7.1　 RTX-51 FULL函数一览 327

12.7.2　 RTX-51的技术参数 329

12.8　 小结 329

12.9　 上机实践 329

第13章　 Keil m Vision3的调试和仿真 330

13.1　 Keil m Vision3的程序调试 330

13.1.1　 Keil m Vision3的程序调试模式 330

13.1.2　 断点 332

13.1.3　 性能分析器 333

13.1.4　 代码覆盖分析器 335

13.1.5　 调试命令 336

13.2　 系统资源仿真 337

13.2.1　 并行I/O端口仿真 338

13.2.2　 寄存器仿真 339

13.2.3　 中断仿真 342

13.2.4　 串行接口仿真 345

13.2.5　 定时器/计数器仿真 350

13.2.6　 看门狗定时器的仿真 356

13.2.7　 低功耗仿真 357

13.3　 小结 358

13.4　 上机实践 359

第四篇　 C51程序设计典型案例

第14章　 C51矩阵式键盘程序设计 361

14.1　 键盘接口概述 361

14.1.1　 独立式按键和矩阵式键盘 361

14.1.2　 键盘设计注意事项 362

14.2　　矩阵式键盘C51程序设计 363

14.2.1　 扫描法及C51程序设计 363

14.2.2　 线反转法及C51程序设计 365

14.2.3　 中断法及C51程序设计 367

14.3　 C51矩阵式键盘设计实例 369

14.3.1　 电路图 369

14.3.2　 程序设计 370

14.4　 小结 373

14.5　 上机实践 373

第15章　 C51液晶显示模块 374

15.1　 液晶显示模块概述 374

15.1.1　 液晶显示模块的分类 374

15.1.2　 液晶显示模块的特点 375

15.2　 液晶显示控制驱动器 376

15.2.1　 液晶显示控制驱动器概述 376

15.2.2　 液晶显示控制驱动器功能说明 376

15.3　 液晶显示控制器指令集 380

15.3.1　 基本指令集 380

15.3.2　 扩充指令集 383

15.3.3　 控制器指令操作方式 385

15.4　 点阵图形型液晶操作子函数 386

15.4.1　 指令操作子函数 387

15.4.2　 数据操作子函数 387

15.4.3　 初始化子函数 388

15.4.4　 清屏子函数 388

15.4.5　 汉字显示子函数 389

15.4.6　 图形显示子函数 390

15.5　 液晶汉字显示实例 390

15.5.1　 电路设计 391

15.5.2　 程序设计 393

15.6　 液晶图形显示实例 395

15.6.1　 图形数组的提取 395

15.6.2　 图形显示程序设计 397

15.7　 小结 399

15.8　 上机实践 399

第16章　 C51模拟I2C总线 400

16.1　 I2C总线概述 400

16.1.1　 I2C总线工作原理 400

16.1.2　 I2C总线器件的寻址方式 401

16.1.3　 I2C总线数据操作 402

16.2　 I2C总线接口EEPROM存储器 403

16.3　 C51模拟I2C总线协议 403

16.3.1　 延时子函数 403

16.3.2　 起始信号子函数 404

16.3.3　 终止信号子函数 404

16.3.4　 应答信号子函数 405

16.3.5　 非应答信号子函数 405

16.3.6　 应答位检查子函数 406

16.3.7　 单字节写子函数 406

16.3.8　 单字节读子函数 407

16.3.9　 多字节写子函数 407

16.3.10　 多字节读子函数 409

16.4　 C51读写EEPROM实例 410

16.4.1　 电路设计 410

16.4.2　 程序设计 411

16.4.3　 仿真分析 413

16.5　 小结 414

16.6　 上机实践 414

第17章　 C51模拟单总线接口 415

17.1　 单总线接口概述 415

17.2　 单总线温度传感器及C51操作 416

17.2.1　 温度传感器DS18S20概述 416

17.2.2　 DS18S20的数据操作及指令 417

17.2.3　 DS18S20的访问流程 419

17.2.4　 温度转换操作 420

17.2.5　 C51模拟单总线操作子函数 421

17.3　 C51单总线温度传感器实例 428

17.3.1　 电路设计 428

17.3.2　 程序设计 430

17.3.3　 仿真分析 433

17.4　 小结 433

17.5　 上机实践 434

第18章　 实时时钟芯片应用 435

18.1　 实时时钟芯片DS1302概述 435

18.1.1　 实时时钟芯片DS1302引脚 435

18.1.2　 实时时钟芯片DS1302的日期操作 436

18.1.3　 实时时钟芯片DS1302的控制操作 437

18.1.4　 实时时钟芯片DS1302的RAM操作 438

18.1.5　 实时时钟芯片DS1302数据传输方式 438

18.2　 DS1302的控制子函数 440

18.2.1　 复位子函数 440

18.2.2　 字节读取子函数 440

18.2.3　 字节写入子函数 441

18.2.4　 年设置子函数 441

18.2.5　 月设置子函数 442

18.2.6　 日设置子函数 442

18.2.7　 星期设置子函数 442

18.2.8　 小时设置子函数 443

18.2.9　 分钟设置子函数 443

18.2.10　 秒设置子函数 443

18.2.11　 写保护子函数 444

18.2.12　 写允许子函数 444

18.2.13　 充电控制子函数 444

18.2.14　 初始化子函数 444

18.2.15　 RAM字节写入子函数 445

18.2.16　 时钟显示子函数 446

18.2.17　 多字节突发方式读取RAM子函数 446

18.2.18　 多字节突发方式写入RAM子函数 447

18.3　 C51读写实时时钟芯片实例 448

18.3.1　 电路图 448

18.3.2　 程序设计 448

18.3.3　 仿真分析 453

18.4　 小结 454

18.5　 上机实践 454

第19章　 C51通信接口程序设计 456

19.1　 串行接口通信概述 456

19.1.1　 串行接口通信标准 456

19.1.2　 串行接口芯片 460

19.1.3　 双机及多机通信原理 462

19.2　 C51双机通信实例 462

19.2.1　 电路原理图 462

19.2.2　 发送方程序设计 463

19.2.3　 接收方程序设计 465

19.3　 C51多机通信实例 466

19.3.1　 主机程序设计 467

19.3.2　 从机程序设计 471

19.4　 小结 475

19.5　 上机实践 475

第20章　 道路交通灯多任务控制系统 476

20.1　 交通灯多任务控制系统概述 476

20.2　 C51交通灯多任务控制系统 476

20.2.1　 电路原理图 477

20.2.2　 建立RTX-51 Tiny项目 477

20.2.3　 多任务划分 478

20.2.4　 多任务程序设计 479

20.2.5　 串行通信及命令获取子函数 487

20.2.6　 仿真调试 492

20.3　 小结 493

20.4　 上机实践 493

第21章　 常见面试题及解答 495

21.1　 C51编程类面试题 495

21.1.1　 预处理 495

21.1.2　 C51语言基础 496

21.1.3　 循环 498

21.1.4　 位操作 499

21.1.5　 实用子函数 500

21.2　 与MCS-51硬件相关的面试题 502

21.2.1　 MCS-51硬件基础 502

21.2.2　 硬件编程 504