揭秘单片机语言C51程序设计：从基础到实战，全面解析

目录
1. 单片机C51语言简介**
2.1 数据类型和变量

2.1.1 数据类型概述
2.1.2 变量定义和使用

2.2 运算符和表达式

2.2.1 算术运算符
2.2.2 逻辑运算符

2.3 控制语句

2.3.1 条件语句
2.3.2 循环语句

3.1 函数和数组

3.1.1 函数定义和调用
3.1.2 数组定义和使用

4. C51语言实战应用

4.1 LED灯控制

4.1.1 硬件连接
4.1.2 程序设计

4.2 数码管显示

4.2.1 硬件连接
4.2.2 程序设计

4.3 串口通信

4.3.1 硬件连接
4.3.2 程序设计

5.1 I2C总线通信

5.1.1 I2C总线概述
5.1.2 C51 I2C库使用

6. C51语言项目实战**

1. 单片机C51语言简介**
C51语言是一种专为英特尔8051系列单片机设计的汇编语言。它具有简洁、高效、易于理解等特点，广泛应用于嵌入式系统开发中。
C51语言基于8位数据总线，支持多种数据类型，包括整数、浮点数、字符和字符串。它提供了丰富的指令集，包括算术运算、逻辑运算、控制转移和输入/输出操作等。
C51语言采用模块化设计，程序可以分为多个模块，每个模块负责特定的功能。这使得程序易于维护和扩展。
2.1 数据类型和变量
2.1.1 数据类型概述
C51语言支持多种数据类型，用于表示不同类型的数据。常见的数据类型包括：

**整型：**用于表示整数，包括有符号和无符号类型。
**浮点型：**用于表示小数或实数。
**字符型：**用于表示单个字符。
**布尔型：**用于表示真或假。

2.1.2 变量定义和使用
变量用于存储数据，变量的定义需要指定数据类型和变量名。变量定义的语法如下：
<数据类型> <变量名>;登录后复制
例如：
int num;char ch;登录后复制
变量的使用需要通过变量名进行访问，例如：
num = 10;ch = 'a';登录后复制
2.2 运算符和表达式
2.2.1 算术运算符
算术运算符用于执行算术运算，包括加(+)、减(-)、乘(*)、除(/)、取模(%)等。
int a = 10, b = 5;int sum = a + b; // sum = 15int diff = a - b; // diff = 5int prod = a * b; // prod = 50int quot = a / b; // quot = 2int rem = a % b; // rem = 0登录后复制
2.2.2 逻辑运算符
逻辑运算符用于执行逻辑运算，包括与(&&)、或(||)、非(!)等。
int a = 1, b = 0;int result = a && b; // result = 0result = a || b; // result = 1result = !a; // result = 0登录后复制
2.3 控制语句
2.3.1 条件语句
条件语句用于根据条件执行不同的代码块，包括 if-else 语句和 switch-case 语句。
int num = 10;if (num > 5) { // 执行代码块 1} else { // 执行代码块 2}登录后复制
int num = 3;switch (num) { case 1: // 执行代码块 1 break; case 2: // 执行代码块 2 break; default: // 执行默认代码块 break;}登录后复制
2.3.2 循环语句
循环语句用于重复执行一段代码块，包括 for 循环、while 循环和 do-while 循环。
for (int i = 0; i < 10; i++) { // 执行代码块}登录后复制
int i = 0;while (i < 10) { // 执行代码块 i++;}登录后复制
int i = 0;do { // 执行代码块 i++;} while (i < 10);登录后复制
3.1 函数和数组
3.1.1 函数定义和调用
函数是将代码块封装成一个独立的单元，可以被程序中的其他部分调用。在 C51 中，函数的定义如下：
returnType functionName(parameterList) { // 函数体}登录后复制
其中：

returnType 是函数的返回值类型，可以是 void（无返回值）或其他数据类型。
functionName 是函数的名称。
parameterList 是函数的参数列表，可以为空或包含多个参数。
函数体 是函数的代码块，包含要执行的语句。

函数的调用使用以下语法：
functionName(argumentList);登录后复制
其中：

functionName 是要调用的函数的名称。
argumentList 是传递给函数的参数列表，可以为空或包含多个参数。

代码块：
// 定义一个计算两个数之和的函数int sum(int a, int b) { return a + b;}// 调用 sum 函数int result = sum(10, 20);登录后复制
逻辑分析：

sum 函数定义了一个计算两个整数之和并返回结果的函数。
result 变量存储了 sum 函数的返回值，即 10 + 20 = 30。

3.1.2 数组定义和使用
数组是一种数据结构，它允许存储相同数据类型的多个元素。在 C51 中，数组的定义如下：
dataType arrayName[size];登录后复制
其中：

dataType 是数组元素的数据类型。
arrayName 是数组的名称。
size 是数组的大小，即元素的数量。

数组元素可以使用索引访问，索引从 0 开始。
代码块：
// 定义一个存储 5 个整数的数组int numbers[5];// 访问数组的第一个元素int firstNumber = numbers[0];登录后复制
逻辑分析：

numbers 数组定义了一个可以存储 5 个整数的数组。
firstNumber 变量存储了 numbers 数组的第一个元素，即索引为 0 的元素。

4. C51语言实战应用
4.1 LED灯控制
4.1.1 硬件连接

将LED灯的正极连接到单片机的P1.0端口
将LED灯的负极连接到地线

4.1.2 程序设计
#include <reg51.h>void main() { while (1) { P1 = 0x01; // 点亮LED灯 delay(1000); // 延时1秒 P1 = 0x00; // 熄灭LED灯 delay(1000); // 延时1秒 }}void delay(unsigned int ms) { unsigned int i, j; for (i = 0; i < ms; i++) { for (j = 0; j < 120; j++) { ; // 空操作，延时 } }}登录后复制
代码逻辑分析：

主函数main()中，通过循环不断点亮和熄灭LED灯。
delay()函数用于延时，参数ms表示延时时间（单位：毫秒）。

4.2 数码管显示
4.2.1 硬件连接

将数码管的正极连接到单片机的P0端口
将数码管的负极连接到地线

4.2.2 程序设计
#include <reg51.h>const unsigned char code seg_code[] = { 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x77, 0x7c, 0x39, 0x5e, 0x79, 0x71};void main() { unsigned char i; while (1) { for (i = 0; i < 10; i++) { P0 = seg_code[i]; // 显示数字i delay(1000); // 延时1秒 } }}void delay(unsigned int ms) { unsigned int i, j; for (i = 0; i < ms; i++) { for (j = 0; j < 120; j++) { ; // 空操作，延时 } }}登录后复制
代码逻辑分析：

seg_code数组存储了0-9十个数字的数码管显示码。
主函数main()中，通过循环依次显示数字0-9。
delay()函数用于延时，参数ms表示延时时间（单位：毫秒）。

4.3 串口通信
4.3.1 硬件连接

将单片机的P3.0端口连接到串口接收端（RXD）
将单片机的P3.1端口连接到串口发送端（TXD）

4.3.2 程序设计
#include <reg51.h>void main() { SCON = 0x50; // 设置串口控制寄存器 TMOD = 0x20; // 设置定时器1为8位自动重装模式 TH1 = 0xFD; // 设置定时器1重装值 TR1 = 1; // 启动定时器1 while (1) { if (RI == 1) { // 接收到数据 SBUF = SBUF; // 清除接收标志位 P0 = SBUF; // 将接收到的数据显示到P0端口 } }}登录后复制
代码逻辑分析：

设置串口控制寄存器SCON为0x50，开启串口通信。
设置定时器1为8位自动重装模式，并设置重装值TH1为0xFD，波特率为9600。
主函数main()中，不断轮询接收标志位RI。当接收到数据时，清除接收标志位并显示接收到的数据到P0端口。

5.1 I2C总线通信
5.1.1 I2C总线概述
I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于连接微控制器和其他设备。它是一种双向、半双工通信协议，使用两根信号线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。
I2C总线具有以下特点：

主从模式：总线上只有一个主设备和多个从设备。
多主设备：允许在同一总线上连接多个主设备，但一次只能有一个主设备处于活动状态。
地址寻址：每个从设备都有一个唯一的地址，主设备通过发送地址来选择要通信的从设备。
数据传输：数据以字节为单位传输，主设备和从设备都可以发送和接收数据。
冲突检测：I2C总线使用开漏输出，如果两个设备同时尝试发送数据，则会发生冲突，总线上的电压会下降，设备会检测到冲突并停止传输。

5.1.2 C51 I2C库使用
C51语言提供了I2C库，用于简化I2C总线通信。该库包含以下函数：
void I2C_Init(unsigned char baudrate);void I2C_Start(void);void I2C_Stop(void);unsigned char I2C_WriteByte(unsigned char data);unsigned char I2C_ReadByte(void);登录后复制
函数参数说明：

baudrate：I2C总线波特率，单位为kbps。
data：要发送的数据字节。

函数逻辑分析：

I2C_Init()：初始化I2C总线，设置波特率和引脚配置。
I2C_Start()：启动I2C通信，发送起始信号。
I2C_Stop()：停止I2C通信，发送停止信号。
I2C_WriteByte()：向I2C总线发送一个数据字节。
I2C_ReadByte()：从I2C总线读取一个数据字节。

代码示例：
#include <reg51.h>#include <i2c.h>void main(){ I2C_Init(100); // 初始化I2C总线，波特率为100kbps I2C_Start(); // 发送起始信号 I2C_WriteByte(0x50); // 发送从设备地址（0x50） I2C_WriteByte(0x00); // 发送寄存器地址（0x00） I2C_Stop(); // 发送停止信号 I2C_Start(); // 发送起始信号 I2C_WriteByte(0x50); // 发送从设备地址（0x50） I2C_WriteByte(0x01); // 发送读命令（0x01） unsigned char data = I2C_ReadByte(); // 读取数据字节 I2C_Stop(); // 发送停止信号}登录后复制
代码逻辑分析：
该代码示例使用I2C库向从设备（地址为0x50）写入数据，然后读取从设备中指定寄存器（地址为0x00）的数据。
6. C51语言项目实战**
6.1 温湿度监测系统
6.1.1 系统设计
温湿度监测系统是一个基于C51单片机的嵌入式系统，用于测量和显示环境中的温度和湿度。系统由以下硬件模块组成：

C51单片机
温湿度传感器
LCD显示器
电源模块

系统的工作原理如下：

C51单片机从温湿度传感器获取温度和湿度数据。
单片机将数据处理成可读格式。
单片机将数据显示在LCD显示器上。

6.1.2 程序实现
// 温湿度监测系统程序#include <reg51.h>#include <stdio.h>// 温湿度传感器地址#define DHT11_ADDR 0x5C// 温湿度传感器命令#define DHT11_CMD_READ_DATA 0x03// LCD显示器地址#define LCD_ADDR 0x27// LCD显示器命令#define LCD_CMD_CLEAR_DISPLAY 0x01#define LCD_CMD_SET_CURSOR_HOME 0x02#define LCD_CMD_WRITE_DATA 0x40// 初始化LCD显示器void init_lcd() { P0 = LCD_CMD_CLEAR_DISPLAY; P0 = LCD_CMD_SET_CURSOR_HOME;}// 向LCD显示器写入数据void write_lcd(char data) { P0 = LCD_CMD_WRITE_DATA; P1 = data;}// 从温湿度传感器读取数据void read_dht11(unsigned char *temp, unsigned char *humi) { // 发送读取数据命令 P0 = DHT11_CMD_READ_DATA; // 等待传感器响应 while (P0 != 0x80); // 读取温度数据 *temp = P0; // 读取湿度数据 *humi = P0;}// 主函数void main() { unsigned char temp, humi; // 初始化LCD显示器 init_lcd(); // 循环读取温湿度数据 while (1) { // 读取温湿度数据 read_dht11(&temp, &humi); // 将数据显示在LCD显示器上 write_lcd(temp); write_lcd(' '); write_lcd('C'); write_lcd(' '); write_lcd(humi); write_lcd(' '); write_lcd('%'); }}登录后复制