实验二 STC8H8K64U程序控制结构与函数综合实验

📋 实验二 STC8H8K64U程序控制结构与函数综合实验

一、实验目的

1. 掌握顺序结构程序的设计方法，理解语句按书写顺序执行的特性。
2. 掌握选择结构（if-else、switch-case）的语法格式及应用场景。
3. 掌握循环结构（while、do-while、for）的三种形式及其区别。
4. 掌握函数的声明、定义和调用方法，理解模块化编程思想。
5. 学会在无串口输出条件下通过软件仿真观察变量变化，验证程序逻辑。

二、实验设备与软件环境

三、实验原理

3.1 顺序结构

程序按照代码书写顺序从上到下逐条执行，没有分支和循环。例如赋值、算术运算等语句。

3.2 选择结构

1. if-else：根据条件表达式的真假执行不同分支。可嵌套或多分支（else if）。
2. switch-case：基于整型表达式的值跳转到对应case执行，常用于多分支等值判断。

3.3 循环结构

1. while：先判断条件，条件为真时执行循环体，可能一次都不执行。
2. do-while：先执行一次循环体，再判断条件，至少执行一次。
3. for：集初始化、条件判断、循环变量更新于一体，适用于已知循环次数的情况。

3.4 函数

1. 声明：告诉编译器函数名、返回值类型和参数类型。
2. 定义：提供函数的具体实现。
3. 调用：通过函数名和实参执行函数体，可获得返回值。

四、实验内容

分析并运行提供的参考程序，该程序演示了以下内容：

1. 顺序结构：定义整型变量a、b、c、d，依次进行加法和乘法运算。
2. 选择结构：
   • 用 if-else 根据成绩 score 划分等级 level。
   • 用 switch-case 根据 option 的值给 resultSwitch 赋值。
3. 循环结构：
   • while 计算1~10的和。
   • do-while 计算5的阶乘。
   • for 遍历数组 arr 并求和。
4. 函数：
   • 声明并定义加法函数 add、偶数判断函数 isEven。
   • 定义 demoFunctionCall 函数，内部调用 add 和 isEven。
   • 在 main 中调用上述函数，并使用 addResult、evenCheck 接收返回值。

五、实验步骤

5.1 创建工程并编写代码

1. 打开Keil软件，新建工程，选择单片机型号STC8H8K64U（若无此型号，可先选任意8051，然后通过STC-ISP添加头文件）。
2. 新建源文件 main.c，将实验代码完整输入（注意代码中 for (int k=0;... 若编译器报错，可将 int k 提前到函数开头定义，如 int k; 后 for(k=0;...）。
3. 工程配置：生成HEX文件（Output → Create HEX File）。

5.2 编译与语法检查

点击编译（Build），确保无错误、无警告。若提示 stc8h.h 找不到，请从STC官方下载并复制到Keil安装目录的 C51/INC 文件夹下，或改用 #include <reg51.h>（但建议使用官方头文件）。

5.3 仿真调试（观察变量值）

由于程序无串口输出，推荐采用软件仿真观察各变量变化：

1. 进入Keil调试模式（Debug → Start/Stop Debug Session）。
2. 在main函数入口处设置断点（双击代码行左侧灰色区域）。
3. 单步执行（F11），依次观察变量窗口（Watch Window）中以下变量的变化：
   顺序结构：a、b、c、d
   选择结构：score、level、option、resultSwitch
   循环结构：sumWhile、product、sumFor
   函数相关：addResult、evenCheck
4. 验证每个变量是否按预期变化。例如c应为15，d应为30，level应为'B'（ASCII 66），resultSwitch应为20，sumWhile应为55，product应为120，sumFor应为30，addResult应为300，evenCheck应为1。

5.4 硬件下载与运行（可选）

1. 使用STC-ISP软件，选择单片机型号STC8H8K64U，打开生成的HEX文件。
2. 开发板上电，通过USB或串口线连接，点击“下载/编程”。
3. 下载成功后程序自动运行。虽无输出外设，但可通过在while(1)中添加LED闪烁代码（例如 P10=~P10; delay();）来验证程序正常运行。

5.5 修改与扩展练习

1. 将 if-else 的分数段改为90以上'A'，80~89为'B'，70~79为'C'，60~69为'D'，其余为'E'，修改代码并仿真验证。
2. 将 switch 的option值改为3，观察resultSwitch的变化。
3. 用 for 循环改写 while 的1~10求和，比较两种写法的异同。
4. 编写一个函数 int factorial(int n)，计算n的阶乘，并在main中调用它计算6!。

六、实验结果与分析

6.1 预期结果（仿真观察值）

变量名	初始值	操作后值
c	未初始化	15
d	未初始化	30
level	未初始化	'B' (ASCII 66)
resultSwitch	0	20
sumWhile	0	55
product	1	120 (1×2×3×4×5)
sumFor	0	30 (2+4+6+8+10)
addResult	未初始化	300 (100+200)
evenCheck	未初始化	1 (300是偶数)
finalCheck	0	15+30+66+20+55+120+30+300+1 = 637

6.2 分析

• 顺序结构：变量c和d严格按书写顺序计算，结果正确。
• 选择结构：score=85满足score>=75，执行level='B'；option=2匹配case 2，resultSwitch=20。
• 循环结构：
  • while 循环累加1~10，循环变量i从1递增至11时退出。
  • do-while 循环先执行一次 product*=j，j从1到5，得到120。
  • for 循环用k作为下标遍历数组，累加元素值。
• 函数调用：add(100,200)返回300，isEven(300)返回1；demoFunctionCall内部局部变量dummy不影响外部。
• 防优化：volatile修饰的finalCheck强制编译器保留计算过程，便于仿真观察。

七、思考题

八、实验报告要求

1. 简述实验目的及实验原理。
2. 粘贴完整的实验代码，并在关键行添加注释，说明顺序、选择、循环结构和函数的实现。
3. 记录仿真调试中观察到的各变量值（可截图或列表），与预期结果对比。
4. 回答“思考题”中的任意两个问题。
5. 总结实验中遇到的问题（如语法错误、仿真观察技巧等）及解决方法，写出心得体会。

📎 附件：实验代码

#include <stc8h.h>

// 函数声明
int add(int a, int b);
int isEven(int num);
void demoFunctionCall(void);

// 加法函数
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// 判断偶数函数
int isEven(int num) {
    if (num % 2 == 0)
        return 1;
    else
        return 0;
}

// 演示函数调用的函数
void demoFunctionCall(void) {
    int x, y, sum, evenFlag;
    volatile unsigned char dummy;   /* C89 要求所有变量在最前面声明 */

    x = 7;
    y = 8;
    sum = add(x, y);
    evenFlag = isEven(sum);
    dummy = (unsigned char)(sum + evenFlag);
}

void main(void) {
    /* ========== C89 风格：所有变量声明放在函数开头 ========== */
    int a, b, c, d;
    int score;
    char level;
    int option, resultSwitch;
    int sumWhile, i;
    int product, j;
    int arr[5];
    int sumFor, k;
    int addResult, evenCheck;
    volatile unsigned long finalCheck;

    /* ========== 1. 顺序结构 ========== */
    a = 5;
    b = 10;
    c = a + b;
    d = c * 2;

    /* ========== 2. 选择结构 ========== */
    /* 2.1 if-else */
    score = 85;
    if (score >= 90) {
        level = 'A';
    } else if (score >= 75) {
        level = 'B';
    } else {
        level = 'C';
    }

    /* 2.2 switch */
    option = 2;
    resultSwitch = 0;
    switch (option) {
        case 1:  resultSwitch = 10; break;
        case 2:  resultSwitch = 20; break;
        case 3:  resultSwitch = 30; break;
        default: resultSwitch = 0;  break;
    }

    /* ========== 3. 循环结构 ========== */
    /* 3.1 while 循环 */
    sumWhile = 0;
    i = 1;
    while (i <= 10) {
        sumWhile += i;
        i++;
    }

    /* 3.2 do-while 循环 */
    product = 1;
    j = 1;
    do {
        product *= j;
        j++;
    } while (j <= 5);

    /* 3.3 for 循环 */
    arr[0] = 2; arr[1] = 4; arr[2] = 6; arr[3] = 8; arr[4] = 10;
    sumFor = 0;
    for (k = 0; k < 5; k++) {
        sumFor += arr[k];
    }

    /* ========== 4. 函数调用 ========== */
    demoFunctionCall();
    addResult = add(100, 200);
    evenCheck = isEven(addResult);

    /* 防止优化，汇总结果 */
    finalCheck = c + d + (unsigned int)level + resultSwitch + sumWhile
                 + product + sumFor + addResult + evenCheck;

    /* 主循环 */
    while (1) {
        /* 空转 */
    }
}