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外观

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  C语言，在编程领域是久负盛名的，可能没接触过计算机编程的人会把它看的很神秘，感觉非常的难。但其实并非如此，C语言的逻辑和运算，充其量也就是小学水平，所以不要怕它，作者尽可能的从小学数学逻辑方式带着大家学习C语言。

进制 ​

  1、十进制，逢十进位，一个位有十个值：0～9，生活中到处都是它的身影。二进制就是逢二进位，它的一个位只有两个值：0和1，但它却是实现计算机系统的最基本的理论基础，计算机（包括单片机）芯片是基于成万上亿个的开关管组合而成的，它们每一个都只能有开和关两种状态，再难找出第三个状态了（不要辩解半开半关这个状态，它是不稳定态，是极力避免的），所以它们只能对应于二进制的1和0两个值，而没有2、3、4……，理解二进制对于理解计算机的本质很有帮助。书写二进制数据时需加前缀0b，每一位的值只能是0或1。十六进制就是把4个二进制位组合为一位来表示，于是它的每一位有0b0000～0b1111共16个值，用0～9再加上A～F（或a～f）表示，那么它自然就是逢十六进位了，它本质上同二进制是一样的，是二进制的一种缩写形式，也是程序编写中常用的形式。书写十六进制数据时需加前缀0x，下表是三种进制之间的对应关系。

  2、对于二进制而言，8位二进制称之为一个字节，二进制的表达范围值是从0b00000000～0b11111111，而在程序中用十六进制表示的时候就是从0x00到0xFF，二进制转换十进制和十六进制的方法，二进制4位一组，遵循8/4/2/1的规律比如0b1010，那么从最高位开始算，数字大小是81+40+21+10 = 10，那么十进制就是10，十六进制就是0xA。尤其二进制转十六进制的时候，十六进制一位刚好是和二进制的4位相对应的，这些大家不需要强行记忆，多用几次自然就熟练了。

  3、对于进制来说，只是数据的表现形式，而数据的大小不会因为进制表现形式不同而不同，比如二进制的0b1、十进制的1、十六进制的0x01，本质上是数值大小相等的同一个数据。在进行C语言编程的时候，只写十进制和十六进制，那么不带0x的就是十进制，带了0x符号的就是十六进制。

C语言变量类型和范围 ​

  什么是变量？变量自然和常量是相对的。常量就是1、2、3、4.5、10.6……等固定的数字，而变量则根小学学的x是类似概念，可以是1，也可以是2，想让它是几是程序说了算。

  那么小学学的数学里边，有这么几类，正数、负数、整数和小数。在C语言里，除名字和数学里学的不一样外，还对数据大小进行了限制。这个地方有一点复杂的是，在C51里边的数据范围和其他编程环境还可能不完全一样，因此下边的这个图，仅仅代表的是C51，其他编程环境可能不一样，大家知道有这回事就可以了。

  C语言的数据基本类型分为字符型、整型、长整型以及浮点型，如图4-1所示。

  图4-1中，四种基本类型，每个基本类型又包含了两个类型。其中字符型、整型、长整型，除了可表达的数值大小范围不同之外，都是只能表达整数，而unsigned型的又只能表达正整数，要表达负整数则必须用signed型，如要表达小数的话，则必须用浮点型了。

  比如前面讲到的闪烁LED小灯的程序，用的是

c
unsigned int i = 0;  这个i的取值范围就是0～65535，在接下来的for语句里，如果把原来那个30000改成70000的话，
for(i=0;i<70000;i++);

  会发现小灯会一直亮，而不是闪烁了，这里自然就有因超出i取值范围所造成的问题。但要彻底搞明白这个问题，还要来了解for语句的用法。不用急，接下来很快就会学到它了。

  这里有一个编程宗旨，就是能用小不用大。就是说定义能用1个字节char解决问题的，就不定义成int，一方面节省RAM空间可以让其他变量或者中间运算过程使用，另外一方面，占空间小程序运算速度也快一些。

C语言基本运算符 ​

  小学数学学过加、减、乘、除等运算符号以及四则混合运算，而这些运算符号在C语言中也有，但是有些表达方法不一样，并且还有额外的运算符号。在C语言编程中，加、减、乘、除和取余数的符号分别是：+、-、*、/、%。

  C语言有一个很重要的赋值运算符“=”，前边程序有使用过。在C语言里，“=”代表的意思是赋值，而不是等于。最经典的一个例子就是a=1;b=2;如果写成a = a+b;这个在数学里的运算是a等于a加b，是个错误结论；而在c语言里的意思是把a加b的结果送给a，那么运算完了之后的结果是a等于3，b还等于2。

  说到这里就不得不说C语言的比较运算符“==”。这个在C语言里是进行是否等于判断的关系运算符，而“!=”就是不等于的关系运算符。

  此外，C语言中还有额外的两个运算符++和--，一个是自加1，一个是自减1，下面选++来讲一下。

  ++在用法上就是加1的意思，注意是变量自己加，比如b++的意思就是b=b+1，而在编程的时候有两种常用的方式先加和后加。比如

text
unsigned char a = 0; unsigned char b = 0;
那么
a = ++b;
其整个运算过程是先计算b=b+1，那么b就等于1了，然后再运行a=b，运行完毕后a=1，b=1。如果写成
a=b++;
那么运算过程就是先执行a=b;然后再执行b=b+1，执行完的结果就是a=0，b=1。

  这些运算符这里就是简单介绍一下，而后边会通过使用实例来巩固这些知识。其他一些运算符，在使用过程中也会陆陆续续介绍到。

for循环语句 ​

  for语句是C语言编程的一个常用的语句，这个语句必须得学会其用法，它不仅仅可以用来做延时，更重要的是用来做一些循环运算。for语句的一般形式如下：

c
for (表达式1; 表达式2; 表达式3)
        {
            (需要执行的语句);
        }

  其执行过程是：表达式1首先执行且只执行一次；然后执行表达式2，通常都是一个用于判定条件的表达式，如果表达式2条件成立，就执行(需要执行的语句)；然后再执行表达式3；再判断表达式2，执行(需要执行的语句)；再执行表达式3.....一直到表达式2不成立时，跳出循环继续执行循环后面的语句。举个例子：

c
for (i=0; i<2; i++)
        {
            j++;
        }

  这里有一个符号++刚刚讲过了。假如j最开始初值是0，首先执行表达式1的i=0，然后判断i小于2这个条件成立，就执行一次j++，j的值就是1了，然后经过表达式3后，i的值也变成1了，再判断条件2，还是符合，j再加一次，j变成2了，再经过表达式3后i也变成2了，再判断条件2，发现2<2这个条件不成立了，所以就不会再执行j++这个语句了。所以执行完毕后，j的值就是2。

  for语句除了这种标准用法，还有几种特殊用法，比如前面的闪烁小灯对for语句的用法for(i=0; i<30000; i++) ;没有加(需要执行的语句)，就是什么都不操作。但是什么都不操作的话，这个for语句循环判断了30000次，程序执行是会用掉时间的，所以就起到了延时的作用。比如把30000改成20000，会发现灯的闪烁速度加快了，因为延时时间短了，当然，改成40000后会发现，闪烁慢了。但是有一点特别注意，C语言的延时时间是不能通过程序看出来的，也不会成比例，比如这个for循环里边的表达式2使用30000时延时是3秒的话，那么改成40000的时候，可能并不一定是4秒。

  还有一种写法for( ; ; )，这样写后，这个for循环就变成了死循环了，就不停的执行(需要执行的语句)，和前边讲的while(1)的意思是一样的了。那while这个语法是如何用的呢？

while 循环语句 ​

  在单片机C语言编程的时候，每个程序都会固定的加一句while(1)，这条语句就可以起到死循环的作用。对于while语句来说，他的一般形式是：

c
while (表达式)
        {
            循环体语句；
        }

  在C语言里，通常“表达式”符合条件叫做真，不符合条件，叫做假。比如前边i<30000，当i等于0的时候，那这个条件成立，就是真；如果i大于30000的时候，i<30000条件不成立，就叫做假。

  while(表达式)这个括号里的表达式，为真的时候，就会执行循环体语句，当为假的时候，就不执行。

  还有另外一种情况，就是C语言里边，除了表达式外，还有常数，习惯上，把非0的常数都认为是真，只有0认为是假，所以程序中使用了while(1)，这个数字1，可以改成2、3、4......等等都可以，都是一个死循环，不停的执行循环体的语句，但是如果把这个数字改成0，那么就不会执行循环体的语句了。

  通过学习for循环和while循环，是不是会产生一个疑问？为何有的循环加上{}，而有的循环却没加呢？什么时候需要加，什么时候不需要加呢?

  前边讲过，在C语言中，分号表示语句的结束，而在循环语句里{}表示的是循环体的所有语句，如果不加大括号，则只循环执行一条语句，即第一个分号之前的语句，而加上大括号后，则会执行大括号中所有的语句，举个例子看一下，上节课的闪烁小灯程序如下所示。

程序（1）：

c
 while (1)
        {
            LED = 0;
            for(i=0;i<30000;i++);
            LED = 1;
            for(i=0;i<30000;i++);
        }

程序（2）：

c
while (1)
    LED = 0;
    for(i=0;i<30000;i++);
      LED = 1;
    for(i=0;i<30000;i++);

  程序（1）可以实现闪烁功能。而程序（2）没有加大括号，从语法上来看是没有任何错误的，写到Keil里编译一下也不会报错。但是从逻辑上来讲，程序（2）只会不停的循环“LED = 0;”这条语句，实际上和程序（3）效果是相同的。

程序（3）：

c
 while(1)
    {
        LED = 0;
    }
for(i=0;i<30000;i++);
  LED = 1;
for(i=0;i<30000;i++);

  程序执行到while(1)已经进入死循环了，所以后边三条语句是一辈子也执行不到的。因此为了防止出类似的逻辑错误，推荐不管循环语句后边是一条还是多条语句，都加上{}以防出错。

函数的简单介绍 ​

函数定义的一般形式如下：

c
函数值类型 函数名 (形式参数列表)
        {
            函数体
        }

  1、函数值类型，就是函数返回值的类型。在后边章节的部分例程中，会有很多函数中有return x这条语句，这个返回值也就是函数本身的类型。还有一种情况，就是这个函数只执行操作，不需要返回任何值，那么这个时候它的类型就是空类型void，这个void按道理来说是可以省略的，但是一旦省略，Keil软件会报一个警告，所以通常也不省。

  2、函数名，可以由任意的字母、数字和下划线组成，但数字不能作为开头。函数名不能与其他函数或者变量重名，也不能是关键字。什么是关键字呢，后边慢慢接触，比如char这类，都是关键字，是程序中具备特殊功能的标志符，这种东西不可以命名函数。

  3、形式参数列表，也叫做形参列表，这个是函数调用的时候，相互传递数据用的。有的函数不需要传递参数给它，那么可以用void来替代，void同样可以省略，但是那个括号是不能省略的。

  4、函数体，包含了声明语句部分和执行语句部分。声明语句部分主要用于声明函数内部所使用的变量，执行语句部分主要是一些函数需要执行的语句。特别注意，所有的声明语句部分必须放在执行语句之前，否则编译的时候会报错。

  5、一个工程文件必须有且仅有一个main函数，程序执行的时候，都是从main函数开始的。

  6、关于形参和实参的概念，后边再总结，如果遇到程序里有，大家再跟着抄一段时间。先用，后讲解，这样更有利于理解。

来回顾一下闪烁LED程序中的主函数，根据注释再认真分析一遍，是不是对函数的认识就清楚多了。

c
void main()  //void即函数类型
{
    //以下为声明语句部分
    unsigned int i = 0;  //定义一个无符号整型变量i，并赋初值0

    //以下为执行语句部分
    ENLED = 0;   //U3、U4两片74HC138总使能
    ADDR3 = 1;   //使能U3使之正常输出
    ADDR2 = 1;   //经U3的Y6输出开启三极管Q16
    ADDR1 = 1;
    ADDR0 = 0;
    while (1)
    {
        LED = 0;                     //点亮小灯
        for (i=0; i<30000; i++);  //延时一段时间
        LED = 1;                     //熄灭小灯
        for (i=0; i<30000; i++);  //延时一段时间
    }
}

  代码中的“//”是注释符，意思是说在这之后的内容都是注释。注释是给程序员自己或其他人看的，用于对程序代码做一些补充说明，对程序的编译和执行没有任何影响。

Keil软件延时 ​

  C语言常用的延时方法，有如图4-2所示4种

  这4种延时方法，其中两种非精确延时，两种精确一些的延时。for语句和while语句都可以通过改变i的范围值来改变延时时间，但是循环的执行时间都是不能通过程序看出来的。

  精确延时有两个方法，一个方法是用定时器来延时，这个方法后边课程要详细介绍，定时器是单片机的一个重点。另外一个就是用库函数_nop_();，一个NOP的时间是一个机器周期的时间。

  非精确延时，只是在做一些比如小灯闪烁，流水灯等简单演示实验中使用，而实际项目开发过程中其实这种非精确延时用的很少。

  前面讲LED小灯闪烁的程序采用的延时方式是for(i=0;i<30000;i++);如果把这里的i改成100，下载进入单片机，会发现小灯一直亮，而不是闪烁状态，现在就可以实验一下，改成100，然后下载观察一下现象。

  人的肉眼对闪烁的光线有一个最低分辨能力，通常情况下当闪烁的频率高于50Hz时，看到的信号就是常亮的。即，延时的时间低于20ms的时候，肉眼是分辨不出来小灯是在闪烁的，可能最多看到的是小灯亮暗稍微变化了一下。要想清楚的看到小灯闪烁，延时的值必须大一点，大到什么程度呢，不同的亮度的灯不完全一样，可以做实验验证。

  那么如何观察写的延时到底有多长时间呢？选择Keil菜单项Project-->Options for Target ‘Target1’...，进入工程选项，如图4-3所示。

  打开Target这个选项卡，找到里边的Xtal(MHz)这个位置，这是填写进行模拟时间的晶振选项，从原理图以及板子上都可以看到，单片机所使用的晶振是11.0592MHz，所以这个地方填上11.0592。然后找到Debug这个选项卡，选择左侧的Use Simulator，然后点击最下边的OK就可以了，如图4-4所示。

  选择菜单项Debug-->Start/Stop Debug Session，或者点击图4-5中红框内的按钮，就会进入一个新的页面，如图4-6所示。

  最左侧那一栏显示单片机一些寄存器的当前值和系统信息，最上边那一栏是Keil将C语言转换成汇编的代码，下边就是写C语言的程序，调试界面包含很多的子窗口，都可以通过菜单View中的选项打开和关闭。可能会感觉这种默认的分布不符合习惯或者不方便观察特定信息，界面上几乎所有子窗口的位置都可以调整的。比如想把Disassembly反汇编窗口和源代码窗口横向并排摆放，那么只需要用鼠标拖动反汇编窗口的标题栏，这时会在屏幕上出现多个指示目标位置的图标，拖着窗口把鼠标移动到相应的图标上，软件还会用蓝色底纹指示具体的位置，如图4-7所示，松开鼠标窗口就会放到新位置了。调整后的效果如图4-8所示。

  C语言的源代码文件和反汇编窗口内都有一个黄色的箭头，这个箭头代表的就是程序当前运行的位置，因为反汇编内的代码就由源文件编译生成的，所以它们指示的是相同的实际位置。在这个工程调试界面里，可以看到程序运行的过程。在左上角的工具栏里有这样三个按钮：第一个标注有RST字样的是复位，点击一下之后，程序就会跑到最开始的位置；右侧紧挨着的按钮是全速运行，点击一下程序就会全速跑起来；再右边打叉的是停止按钮，当程序全速运行起来后，可以通过点击第三个图标来让程序停止，观察程序运行到哪里了。点击一下复位后，会发现C语言程序左侧有灰色或绿色，有的地方还是保持原来的白色，可以在灰色的位置双击鼠标设置断点，就是比如程序一共20行，在第十行设置断点后，点全速运行，程序就会运行到第十行停止，方便用户观察运行到这个位置的情况。

  有的位置可以设置断点，有的地方不可以设置断点，这是为什么呢？因为Keil软件本身具备程序优化的功能，如果想在所有的代码位置都能设置断点，可以在工程选项里把优化等级设置为0，就是设置Keil不进行优化。如图4-9所示。

  这节课重点是看看C语言代码的运行时间，在最左侧的register那个框内，有一个sec选项，这个选项显示就是单片机运行了多少时间。单击一下复位按钮，会发现这个sec变成了0，然后在LED = 0;这一句加一个断点，在LED = 1;这个位置加一个断点，点击全速运行按钮，会直接停留在LED = 0;会看到时间变为0.00042752秒，如图4-10所示。请注意，这里设置的优化等级是默认的8，如果用的是其它等级的话运行时间就会有所差别，因为优化等级会直接影响程序的执行效率。

  再点一下全速运行，会发现sec变成了0.16342556，那么减去上次的值，就是程序在这两个断点之间执行所经历的时间，也就是这个for循环的执行时间，大概是163ms。也可以通过改变30000这个数字来改变这个延时时间。当然了，要注意i的取值范围，你如果写成了大于65535的值以后，程序就一直运行不下去了，因为i无论如何变化，都不会大于这个值，如果要大于这个值且正常运行，必须改变i定义的类型了。后边如果要查看一段程序运行了多长时间，都可以通过这种方式来查看。

  实际上，进入debug模式，除了可以看程序运行了多长时间外，还可以观察各个寄存器、各个变量的数值变化情况。点击View菜单里的Watch Windows-->Watch 1，可以打开变量观察窗口，如图4-11所示。

  在这个窗口内，可以通过双击或按F2键，然后输入想观察的变量或寄存器的名字，后边就会显示出它的数值，这个功能在后边的调试程序中比较有用，先了解一下。

流水灯程序 ​

  前面学了点亮一个LED小灯，然后又学了LED小灯闪烁，现在要进一步学习如何让8个小灯依次一个接一个的点亮，流动起来，也就是常说的流水灯。先来看8个LED的核心电路图，如图4-12。

  通过前面的课程可以了解到一个字节是8位，如果写一个P0，就代表了P0.7到P0.0的全部8个位。比如写P0 = 0xFE；转换成二进制就是0b11111110，所以点亮LED2小灯的程序，实际上可以改成另外一种写法，如下所示。

c
#include <reg52.h>

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void main()
{
    ENLED = 0;
    ADDR3 = 1;
    ADDR2 = 1;
    ADDR1 = 1;
    ADDR0 = 0;
    P0 = 0xFE;    //向P0写入数据来控制LED小灯
    while (1);    //程序停止在这里
}

  上边这个程序可以看出来，通过P0可以直接控制所有的8个LED小灯的亮和灭。下边要进行依次亮和灭，怎么办呢？如果想让单片机流水灯流动起来，依次要赋给P0的数值就是：0xFE、0xFD、0xFB、0xF7、0xEF、0xDF、0xBF、0x7F。

  在C语言当中，有一个移位操作，其中<<代表的是左移，>>代表的是右移。比如a = 0x01<<1;就是a的结果等于0x01左移一位。请注意，移位都是指二进制移位，那么移位完了，本来在第0位的1移动到了第1位上，移动完了低位是补0的，所以a的值最终是等于0x02。

  另外一个运算符~，这个符号是按位取反的意思，同理按位取反也是针对二进制而言。比如a = ~(0x01); 0x01的二进制是0b00000001，按位取反后就是0b11111110，那么a的值就是0xFE了。

  学会了这两个符号后，就可以把流水灯的程序写出来，先把程序贴上。

c
#include <reg52.h>

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

void main()
{
    unsigned int i = 0;     //定义循环变量i，用于软件延时
    unsigned char cnt = 0;  //定义计数变量cnt，用于移位控制

    ENLED = 0;
    ADDR3 = 1;
    ADDR2 = 1;
    ADDR1 = 1;
    ADDR0 = 0;
    while (1)  //主循环，程序无限循环执行该循环体语句
 {
        P0 = ~(0x01 << cnt);       //P0等于1左移cnt位，控制8个LED
        for (i=0; i<20000; i++);  //软件延时
        cnt++;                       //移位计数变量自加1
        if (cnt >= 8)              //移位计数超过7后，再重新从0开始
        {
            cnt = 0;
        }
    }
}

  程序中cnt是count的缩写，计数的意思，是一个常用的变量名称。当cnt等于0的时候，1左移0位还是1，那么写成二进制后就是0b00000001，对这个数字按位取反就是0b11111110，亮的是最右边的小灯。当cnt等于7的时候，1左移7位就是0b10000000，按位取反后是0b01111111，亮的是最左边的小灯，中间过程可以自己分析一下了。

练习题 ​

  1、熟练掌握二进制、十进制和十六进制的转换方法。

  2、掌握C语言变量类型与取值范围，for、while等基本语句的用法。

  3、了解函数的基本结构，能够独立进入程序Debug，多多动手操作，熟练Keil软件环境的一些基本操作。

  4、将流水灯左移理解透彻后，独立完成流水灯右移操作。

  5、独立完成一个左移到头接着右移，右移到头再左移的花样流水灯程序。