实验一 STC8H8K64U数据类型定义与引用

📋 实验一 STC8H8K64U数据类型定义与引用

一、实验目的

1. 掌握在STC8H8K64U单片机C语言程序中定义和初始化基本数据类型（字符型、整型、浮点型）的方法。
2. 掌握一维数组的定义、初始化及元素的引用方法。
3. 掌握结构体类型的定义、结构体变量的初始化及成员引用方法。
4. 熟悉在无串口输出条件下，通过仿真或内存观察验证数据操作的正确性。

二、实验设备与软件环境

三、实验原理

3.1 C语言基本数据类型

1. 字符型（char）：占用1字节，用于存储ASCII字符或小整数。
2. 整型（int）：STC8H8K64U中默认16位，范围-32768~32767。
3. 浮点型（float）：占用4字节，符合IEEE-754标准，用于带小数点的数值。

3.2 数组

相同类型元素的集合，通过下标索引访问。例如 int scores[5] 定义5个整型元素的数组。

3.3 结构体

将不同类型的数据组合为一个整体。例如本实验中的 Student 结构体包含姓名（字符数组）、年龄（整型）、成绩（浮点型）。

3.4 变量的引用

引用即使用变量名访问其存储的值，可通过赋值、运算、函数参数等方式实现。

四、实验内容

分析并运行提供的参考程序，该程序演示了以下操作：

1. 字符型变量：定义 grade 并初始化为 'A'，随后重新赋值为 'B'。
2. 整型变量：定义 count 和 result，计算 count + 5 并存入 result。
3. 浮点型变量：定义 pi 和 area，计算半径为2.0的圆面积。
4. 数组：定义 scores[5] 并初始化五个成绩，修改第三个元素，然后循环累加求和。
5. 结构体：
   • 定义 Student 结构体类型。
   • 定义结构体变量 stu1 并在定义时初始化。
   • 定义结构体变量 stu2，通过逐成员赋值方式初始化。
   • 计算两名学生的平均成绩。

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（若列表中无，可先选择任一8051型号，后期通过STC-ISP添加头文件）。
2. 新建源文件 main.c，将提供的实验代码完整输入。
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，或使用 #include <reg51.h> 并手动补充必要定义（建议直接使用官方头文件）。

5.3 仿真调试（观察变量值）

由于程序无串口输出，推荐采用仿真方式观察各变量的内存值：

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：
   grade、count、result、pi、area、scores[0..4]、sum、stu1.age、stu1.score、stu2.name、avgScore 等。
4. 验证每个变量是否按预期被正确初始化或修改。

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。虽然无输出外设，但可通过观察开发板现象（如自行添加LED闪烁代码）或内存中变量的最终状态来确认程序运行正常。

5.5 修改与扩展练习

1. 修改 scores 数组的初始值，并重新计算和。
2. 添加一个 Student 类型数组 class[3]，并为其三个元素赋值，计算全班平均分。
3. 尝试使用 double 类型（STC8H支持但较慢）定义变量，观察编译后的代码大小差异。

六、实验结果与分析

6.1 预期结果（仿真观察值）

6.2 分析

• 程序通过赋值、算术运算、数组下标访问、结构体成员操作等多种方式展示了数据类型的“引用”过程。
• 字符型变量可直接用单引号字符赋值，也可视为小整数参与算术运算（最后 dummy 计算时隐式类型转换）。
• 结构体成员可通过点运算符（.）引用，字符数组成员需要逐个字符赋值并手动添加结束符 '\0'。
• 使用 volatile 修饰 dummy 变量，防止Keil优化导致所有变量被清除。

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，并逐段注释说明每种数据类型的定义、初始化和引用过程。
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及解决方法，写出心得体会。

注意：本实验不强制要求串口输出，所有验证均可通过软件仿真完成。若需硬件直观显示，可在while(1)循环中添加LED闪烁或数码管显示代码，但需保证不影响原数据类型实验的核心逻辑。

📎 附件：实验代码

#include <stc8h.h>

/* 结构体定义：包含字符数组(姓名)、整型(年龄)、浮点型(成绩) */
typedef struct {
    char name[20];   /* 字符型数组，存储姓名 */
    int age;         /* 整型，年龄 */
    float score;     /* 浮点型，成绩 */
} Student ;

void main(void)
{
    /* ========== 所有变量声明必须放在函数开头（C89 规范） ========== */
    /* 字符型 */
    char grade;
    
    /* 整型 */
    int count;
    int result;
    int i;                /* 循环变量（C89 不允许在 for 内声明） */
    int scores[5]={1,2,3,4,5};
    int sum;
    
    /* 浮点型 */
    float pi;
    float area;
    
    /* 结构体 */
    Student stu1={"xiaowang",10,10};
    Student stu2;
    float avgScore;
    
    /* 防止编译优化的临时变量 */
    volatile unsigned char dummy;
    
    /* ========== 以下是可执行语句 ========== */
    
    /* 1. 字符型变量初始化与引用 */
    grade = 'A';          /* 初始化 */
    grade = 'B';          /* 重新赋值（引用） */
    
    /* 2. 整型变量初始化与引用 */
    count = 10;           /* 初始化 */
    result = count + 5;   /* 引用 count 和常量 5，运算后赋值给 result */
    
    /* 3. 浮点型变量初始化与引用 */
    pi = 3.14159f;        /* 初始化 */
    area = pi * 2.0f * 2.0f;   /* 引用 pi 进行运算 */
    
    /* 4. 数组初始化与引用 */
    scores[0] = 85;
    scores[1] = 92;
    scores[2] = 78;
    scores[3] = 90;
    scores[4] = 88;       /* 逐个元素赋值（与 int scores[5] = {85,92,78,90,88}; 效果相同） */
    scores[2] = 82;       /* 修改第 3 个元素（引用） */
    
    sum = 0;
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        sum += scores[i]; /* 引用数组元素求和 */
    }

    /* 5. 结构体初始化与引用 */
    /* stu1 初始化 */
    stu1.name[0] = '老';   // 实际代码中这里应为正确的中文字符处理，实验参考代码如此
    stu1.name[1] = '张';
   
    stu1.age = 20;
    stu1.score = 89.5f;

    /* stu2 初始化 */
    stu2.name[0] = '老';
    stu2.name[1] = '张';   /* 实验代码中原始写法，实际工程需注意编码 */

    /* 引用结构体成员进行计算 */
    avgScore = (stu1.score + stu2.score) / 2.0f;
    
    /* 简单运算，防止变量被优化（实际工程中可放入 while(1) 内） */
    dummy = (unsigned char)(grade + result + (int)area + sum + (int)avgScore);
    
    /* 主循环空转，演示完成 */
    while (1) {
        /* 可在此添加其他功能（如 LED 闪烁），但题目无要求 */
    }
}