揭秘51单片机C语言编程：从入门到精通的终极攻略

# 1. 51单片机C语言编程概述**

51单片机是一种广泛应用于嵌入式系统中的8位微控制器。C语言作为一种高级语言，具有语法简洁、易于理解和维护的特点，非常适合51单片机编程。

51单片机C语言编程概述主要包括以下几个方面：

* C语言基础语法和数据类型
* 51单片机寄存器和特殊功能寄存器
* 51单片机C语言编程实践

# 2. 51单片机C语言基础**

**2.1 C语言基本语法和数据类型**

**2.1.1 变量、常量和数据类型**

C语言中，变量用于存储数据，常量用于存储不变的值。数据类型指定了变量或常量的类型，例如整数、浮点数或字符。

**变量**

* 声明变量：`int age;`
* 赋值变量：`age = 25;`

**常量**

* 声明常量：`const int PI = 3.14;`
* 常量不能被修改

**数据类型**

C语言中常见的数据类型包括：

| 数据类型 | 描述 |
|---|---|
| int | 整数 |
| float | 浮点数 |
| char | 字符 |
| double | 双精度浮点数 |

**2.1.2 运算符和表达式**

运算符用于执行数学或逻辑运算。表达式由运算符和操作数组成。

**运算符**

| 运算符 | 描述 |
|---|---|
| + | 加法 |
| - | 减法 |
| * | 乘法 |
| / | 除法 |
| % | 取模 |
| == | 等于 |
| != | 不等于 |
| > | 大于 |
| < | 小于 |

**表达式**

表达式可以是简单的（例如 `a + b`）或复杂的（例如 `(a + b) * c`）。表达式的值由运算符和操作数决定。

**2.2 51单片机寄存器和特殊功能寄存器**

**2.2.1 寄存器结构和寻址方式**

51单片机具有多个寄存器，用于存储数据和控制程序执行。寄存器可以通过不同的寻址方式访问。

**寄存器结构**

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| R0-R7 | 通用寄存器 |
| P0-P3 | 并行端口寄存器 |
| SCON | 串行通信寄存器 |
| TMOD | 定时器模式寄存器 |

**寻址方式**

* 直接寻址：直接访问寄存器（例如 `MOV A, R0`）
* 间接寻址：通过指针访问寄存器（例如 `MOV A, @R0`）
* 位寻址：访问寄存器中的单个位（例如 `SETB P1.0`）

**2.2.2 特殊功能寄存器**

51单片机还具有特殊功能寄存器，用于控制特定的功能。

| 特殊功能寄存器 | 描述 |
|---|---|
| PSW | 程序状态字 |
| IE | 中断允许寄存器 |
| IP | 中断优先级寄存器 |
| SBUF | 串行缓冲寄存器 |

# 3.1 输入/输出操作

#### 3.1.1 并行端口操作

**并行端口**是单片机与外部设备进行数据传输的一种接口，它允许同时传输多位数据。51单片机有四个并行端口，分别为P0、P1、P2和P3。

**并行端口操作**主要通过以下寄存器进行：

- **Pxn**：端口数据寄存器，用于读写端口数据。
- **Px**：端口控制寄存器，用于设置端口引脚的输入/输出模式。

**操作步骤：**

1. 设置端口引脚的输入/输出模式，通过设置Px寄存器。
2. 读写端口数据，通过Pxn寄存器。

**代码示例：**

// 设置P0口第0位为输出模式
P0 = 0x01;

// 输出数据0x55到P0口
P0 = 0x55;

#### 3.1.2 串行通信操作

**串行通信**是一种逐位传输数据的通信方式，它比并行通信更节省IO资源。51单片机支持UART（通用异步收发器）接口进行串行通信。

**串行通信操作**主要通过以下寄存器进行：

- **SBUF**：串行数据缓冲寄存器，用于读写串行数据。
- **SCON**：串行控制寄存器，用于设置串行通信参数。
- **TMOD**：定时器模式寄存器，用于设置波特率。

**操作步骤：**

1. 设置串行通信参数，通过设置SCON和TMOD寄存器。
2. 读写串行数据，通过SBUF寄存器。

**代码示例：**

// 设置串口波特率为9600bps
TMOD = 0x20;

// 设置串口数据格式为8位数据位，1位停止位，无校验
SCON = 0x50;

// 发送数据0x55到串口
SBUF = 0x55;

# 4.1 数据存储和管理

### 4.1.1 EEPROM编程

EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种非易失性存储器，可以多次擦除和重新编程。与Flash存储器相比，EEPROM具有以下优点：

- **擦除粒度更小：**EEPROM可以按字节或小块擦除，而Flash存储器通常按扇区（通常为512字节）擦除。
- **耐用性更高：**EEPROM可以承受更多的擦除/写入周期（通常为10万次），而Flash存储器通常为10万次。

### EEPROM编程步骤

EEPROM编程通常涉及以下步骤：

1. **选择EEPROM地址：**EEPROM地址空间被划分为页，每个页包含多个字节。要写入数据，需要指定要写入的页和字节偏移量。
2. **启用EEPROM写入：**通过设置特殊寄存器或执行特定指令来启用EEPROM写入操作。
3. **写入数据：**将数据写入EEPROM指定的地址。
4. **等待写入完成：**EEPROM写入操作需要一定的时间才能完成，需要等待写入完成标志位。
5. **禁用EEPROM写入：**写入完成后，禁用EEPROM写入操作以防止意外写入。

### EEPROM编程代码示例

以下代码示例演示了如何使用C语言对EEPROM进行编程：

#include <reg51.h>

// EEPROM地址
#define EEPROM_ADDRESS 0x00

// EEPROM写入函数
void eeprom_write(unsigned char address, unsigned char data) {
    // 启用EEPROM写入
    EA = 0;
    EECON1 = 0x05;
    EECON2 = 0x50;

    // 设置EEPROM地址
    EEADR = address;

    // 写入数据
    EEDATA = data;

    // 启动写入操作
    EECON1 |= 0x02;

    // 等待写入完成
    while (EECON1 & 0x02);

    // 禁用EEPROM写入
    EECON1 = 0x00;
    EA = 1;
}

### 4.1.2 Flash编程

Flash存储器是一种非易失性存储器，可以多次擦除和重新编程。与EEPROM相比，Flash存储器具有以下优点：

- **容量更大：**Flash存储器通常具有更大的容量，可以存储更多数据。
- **成本更低：**Flash存储器的单位成本通常低于EEPROM。

### Flash编程步骤

Flash编程通常涉及以下步骤：

1. **选择Flash地址：**Flash地址空间被划分为扇区，每个扇区包含多个页。要写入数据，需要指定要写入的扇区和页。
2. **擦除扇区：**在写入数据之前，需要擦除要写入的扇区。
3. **写入数据：**将数据写入Flash指定的地址。
4. **等待写入完成：**Flash写入操作需要一定的时间才能完成，需要等待写入完成标志位。

### Flash编程代码示例

以下代码示例演示了如何使用C语言对Flash进行编程：

#include <reg51.h>

// Flash地址
#define FLASH_ADDRESS 0x0000

// Flash擦除函数
void flash_erase(unsigned int address) {
    // 启用Flash擦除
    EA = 0;
    FLKEY = 0xAA;
    FLKEY = 0x55;
    FCTL = 0x06;

    // 设置Flash地址
    FLADDR = address;

    // 启动擦除操作
    FCTL |= 0x02;

    // 等待擦除完成
    while (FCTL & 0x02);

    // 禁用Flash擦除
    EA = 1;
}

// Flash写入函数
void flash_write(unsigned int address, unsigned char data) {
    // 启用Flash写入
    EA = 0;
    FLKEY = 0xAA;
    FLKEY = 0x55;
    FCTL = 0x02;

    // 设置Flash地址
    FLADDR = address;

    // 写入数据
    FLDAT = data;

    // 启动写入操作
    FCTL |= 0x01;

    // 等待写入完成
    while (FCTL & 0x01);

    // 禁用Flash写入
    EA = 1;
}

# 5. 51单片机C语言实战项目**

**5.1 LED控制系统**

LED控制系统是一个简单的项目，可帮助您了解51单片机C语言的基本知识。该项目涉及使用51单片机控制一组LED。

**硬件连接**

* 51单片机
* LED
* 电阻器
* 面包板
* 跳线

**软件实现**

#include <reg51.h>

void main() {
    // 设置P1口为输出模式
    P1M1 = 0x00;
    P1M0 = 0xFF;

    while (1) {
        // 点亮所有LED
        P1 = 0x00;

        // 延时1s
        for (int i = 0; i < 100000; i++);

        // 熄灭所有LED
        P1 = 0xFF;

        // 延时1s
        for (int i = 0; i < 100000; i++);
    }
}

**5.2 温湿度检测系统**

温湿度检测系统是一个更高级的项目，可帮助您了解51单片机C语言的更多功能。该项目涉及使用51单片机读取温度和湿度传感器的数据。

**硬件连接**

* 51单片机
* 温湿度传感器
* ADC
* 液晶显示屏
* 面包板
* 跳线

**软件实现**

#include <reg51.h>
#include <stdio.h>

void main() {
    // 初始化ADC
    ADC_Init();

    // 初始化LCD
    LCD_Init();

    while (1) {
        // 读取温度和湿度数据
        float temperature = ADC_Read(0);
        float humidity = ADC_Read(1);

        // 在LCD上显示数据
        LCD_Printf("Temperature: %.2f C", temperature);
        LCD_Printf("Humidity: %.2f %%", humidity);

        // 延时1s
        for (int i = 0; i < 100000; i++);
    }
}

**5.3 步进电机控制系统**

步进电机控制系统是一个更复杂的项目，可帮助您了解51单片机C语言的高级功能。该项目涉及使用51单片机控制步进电机。

**硬件连接**

* 51单片机
* 步进电机
* 步进电机驱动器
* 面包板
* 跳线

**软件实现**

#include <reg51.h>

void main() {
    // 初始化步进电机驱动器
    StepperMotor_Init();

    while (1) {
        // 顺时针旋转步进电机
        StepperMotor_Step(1);

        // 延时10ms
        for (int i = 0; i < 10000; i++);

        // 逆时针旋转步进电机
        StepperMotor_Step(-1);

        // 延时10ms
        for (int i = 0; i < 10000; i++);
    }
}