【自学51单片机】4---不同进制之间转换、C语言变量种类和运算符、keil的Debug用法及应用和流水灯的实现

鸭鸭_嘎嘎

7123人浏览 · 2020-08-06 14:51:52

鸭鸭_嘎嘎 · 2020-08-06 14:51:52 发布

1、二进制、十进制、十六进制转换

1.1 进制介绍

十进制：逢十进位，一个为有十个值：0~~9。
二进制：逢二进位，它的一个位只有两个值：0 和 1，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，他们每一个都只能有开和关两种状态，对应于二进制的 1 和 0 两个值，书写二进制数据时需加前缀 0b，每一位的值只能是 0 或 1。八位二进制称为一个字节。
十六进制：把 4 个二进制位组合为一位来表示，用 0～9 再加上 A～F（或 a～f）表示，逢十六进位，是二进制的一种缩写形式，也是我们程序编写中常用的形式。书写十六进制数据时需加前缀 0x，两位十六进制称为一个字节。

下表为三种进制间对应关系：
进制转换

进制说明：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，他们本质上是数值大小相等的同一个数据。我们在进行 C 语言编程的时候，我们只用到十进制和十六进制。

1.2 进制转换

二进制转十六进制
16进制有16个数，0–15，用二进制表示15的方法就是1111，从而可以推断出，16进制用2进制可以表现成0000~1111，顾名思义，也就是每四个为一位。举例：
00111101可以这样分：
0011|1101（最高位不够可用零代替），对照着二进制的表格， 8 4 2 1 （一般例举这么多就够了，如果有小数的话就继续往右边列举，如0.5 0.25 0.125 0.0625……）
8 4 2 1
0 0 1 1| 1 1 0 1
左半边=2+1=3 右半边=8+4+1=13=D
结果，00111101就可以换算成16进制的3D。
二进制转十进制
从最低位（最右）算起，位上的数字乘以本位的权重，权重就是2的第几位的位数减一次方。比如第2位就是2的（2-1次）方，就是2；第8位就是2的（8-1）次方是128。把所有的值加起来。
2（1-1）代表2的0次方，就是1；其他类推
比如二进制1101，换算成十进制就是：12（1-1）+02（2-1）+12（3-1）+12（4-1）=1+0+4+8=13。
十六进制到二进制
由于在二进制的表示方法中，每四位所表示的数的最大值对应16进制的15，即16进制每一位上最大值，所以，我们可以得出简便的转换方法，将16进制上每一位分别对应二进制上四位进行转换，即得所求：
例：2AF5换算成2进制:
第0位：（5）16 = （0101) 2
第1位：（F）16 = (1111) 2
第2位： (A) 16 = (1010) 2
第3位： (2) 16 = (0010) 2
得：(2AF5)16=(0010|1010|1111|0101)
十进制转二进制：
连续除以2举个例子把
13（10进制）
转化为二进制，我们需要做的就是
13 / 2 = 6 … 1
6 / 2 = 3…0
3 / 2 = 1…1
1 / 2 = 0… 1
然后自下而上写出来: ob1101。
十六进制转十进制
16进制数的第0位的权值为16的0次方，第1位的权值为16的1次方，第2位的权值为16的2次方……
所以，在第N（N从0开始）位上，如果是是数 X （X 大于等于0，并且X小于等于 15，即：F）表示的大小为 X * 16的N次方。
例：2AF5换算成10进制:
用竖式计算：
第0位： 5 * 16^0 = 5
第1位： F * 16^1 = 240
第2位： A * 16^2= 2560
第3位： 2 * 16^3 = 8192
直接计算就是：
5 * 16^0 + F * 16^1 + A * 16^2 + 2 * 16^3 = 10997（十进制）
十进制转十六进制
十六进制转换有16进制每一位上可以是从小到大为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F16个大小不同的数，即逢16进1，其中用A，B，C，D，E，F（字母不区分大小写）这六个字母来分别表示10，11，12，13，14，15。
例如：（1）1=1；
（2）2=2；
（3）30=30/16=1余下14,14对应的是E。所以30=1E
（4）500=500/16=31余下4，所以个位是4
第二步将31化为16进制，31=31/16=1余下15，找出15对应的数字是F
所以 500=1F4
（5）321=321/16=20余下1，即各位数是1
又将20化为16进制，20=20/16=1余下4
所以321=141
（6）1024=1024/16=64余下0
再将64化为16进制，64=64/16=4余下0
所以1024=400
（7）2000=2000/16=125余下0
再将125化为16进制，125=125/16=7余下13，找到13对应的数是D
所以2000=7D0
对于10进制化为16进制，当数字大于16的时候就一直除以16，从低位往高位写。

2、C语言基础

2.1 C语言变量类型及在C51的范围

变量类型：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，每个基本类型又包含了两个类型。字符型、整型、长整型，除了可表达的数值大小范围不同之外，都只能表达整数，表达小数的话，必须用浮点型。
变量在C51的范围：见下表

（注：C51指51单片机里的C语言标准）
编程宗旨：能用小的变量类型不用大的。 1 个字节 char 解决问题的就不定义成 int，一方面节省 RAM 空间，另外一方面，程序占空间小运算速度更快。

2.2 C语言运算符

左移 << 　右移 >> （注：移位都是二进制移位，左移，最低位填0补充；右移，最高位填0补充），举例说明用法，ａ = 0x01 << 2; 就是将0x01转换为二进制数据0b0000 0001左移2位移完右边补两个0，即(二进制下)0b0000 0100 　　(十六进制下)0x04
按位取反符号 ~ 　: 取反后1变成0，0变成1（注：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。

3、keil软件的Debug教程

3.1 延时引入

在上节闪烁LED小灯中我们知道程序中的for(i=0; i<30000；i++)；用于小灯延时，除了这种延时方法外，还有3中常见的延时方法。见下图：

for(i=0; i<30000；i++)；用循环来达到延时小灯目的，延时时长随i的变化而变化，那么如何确保延时的时长足以让小灯闪烁呢？这时可以程序Debug就可以观察小灯延时时长。

3.2程序Debug的应用

观察非精确延长时间
步骤：1. 选择 Keil 菜单项 Project–>Options forTarget ‘Target1’…—>打开 Target 这个选项卡，找到里边的 Xtal(MHz)这个位置，这是填写我们进行模拟时间的晶振选项，填写自己单片机所使用的晶振（博主的STC89C52为11.0592MHz）–>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.如下图：

Debug教程

Debug步骤
2. 点击选择菜单项 Debug–>Start/Stop Debug Session,如图：
debug

窗口介绍：最左侧Register窗口为显示单片机一些寄存器的当前值和系统信息，通过这个窗口sec 选项就可以观察C语言代码运行的时间。上侧Disassembly窗口为keil将C语言转换为汇编语言的代码。
三个按钮介绍：三个按钮如下图所示

　第一个是复位按钮，点击一下之后，程序就会跑到最开始的位置运行；第二个是全速运行按钮，点击一下程序就会全速跑起来；再第三个是停止按钮。

3. 点击复位按钮，然后双击需要观察时间的代码前后行设置断点，如下图所示：
在这里插入图片描述
4. 点击全速运行按钮后并观察记录程序运行时间1，然后再次点击全速运行按钮并观察记录程序运行时间2，程序运行时间2 减去程序运行时间1 就是for(i=0; i<30000；i++)；的延时时间。如下图所示：
时间1
时间2
通过计算for(i=0; i<30000；i++)；的延时时间大概在163ms。
（注：非精确延时时间受Xtal模拟单片机晶振及程序优化等级影响）

观察寄存器和变量的数值变化
点击 View 菜单里的 Watch Windows–>Watch 1，可以通过双击或按 F2 键，输入我们想观察的变量或寄存器的名字，后边就会显示出它的数值。如下图：

3.3 断点设置

双击需要观察代码前后行即可，但有些地方设置不了断点，这是因为keil软件本身有程序优化功能，想在所有代码设置断点，选择 Keil 菜单项 Project–>Options forTarget ‘Target1’…—>打开C51选项把level优化等级设置为0即可，如下图所示：
调节优化等级

4、流水灯的实现

介绍：第三节中我们知道引脚 P0.0 经过 74HC245 控制了 DB0，P0.1 控制DB1……P0.7 控制 DB7，一个字节八位，那么一个P0就代表 P0.0到 P0.7 的全部 8 个位。我们写 P0 = 0xFE；转换成二进制就是 0b11111110，就能点亮 LED2。下面0xFE、0xFD、0xFB、0xF7、0xEF、0xDF、0xBF、0x7F分别代表点亮LED2 到LED9。

通过前面的硬件知识学习，及C语言运算符的介绍，下面来写流水灯程序。

流水灯左移程序：

#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;//定义计算变量cnt，用于位移控制

	ENLED = 0;
	ADDR3 = 1;//开启三八译码器
	ADDR2 = 1;
	ADDR1 = 1;
	ADDR0 = 0;//导通三极管
	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小灯
		for(i = 0; i < 30000; i++);//软件延时
		cnt++; //位移计数变量自加1
		if(cnt > 7)	//位移计数超过7后，再重新从0开始计数
		{
			cnt = 0;   
		}
	}
}

流水灯右移程序

只需把流水灯左移的程序中P0 = ~(0x01 << cnt);修改成P0 = ~(0x80 >> cnt);即可实现流水灯右移。

左移后右移花样流水灯程序

#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;//定义计算变量cnt，用于位移控制
	unsigned char sign = 0;// 流水灯移向标志，0代表左移，1代表右移

	ENLED = 0;
	ADDR3 = 1;//开启三八译码器
	ADDR2 = 1;
	ADDR1 = 1;
	ADDR0 = 0;//导通三极管
	while(1)//主循环，程序无限循环执行该循环体语句
	{
		//左移部分
		if(sign == 0)
		{
			P0 = ~(0x01 << cnt);//P0等于1左移cnt位，控制8个LED小灯
			for(i = 0; i < 30000; i++);	//软件延时
			cnt++;//位移计数变量自加1
			if(cnt > 7)	//位移计数超过7后，再重新从0开始计数
			{
				sign = 1;//当左移到最后一个LED小灯，移向标志赋值为1让小灯右移
				cnt = 0;   
			}
		}
		//右移部分
		if(sign == 1)
		{
			P0 = ~(0x80 >> cnt);//P0等于1右移cnt位，控制8个LED小灯
			for(i = 0; i < 30000; i++);	   
			cnt++;					 
			if(cnt > 7)			
			{
				sign = 0;//当右移到最后一个LED小灯，移向标志赋值为0让小灯左移
				cnt = 0;   
			}
		}

	}
}