C語言在單片機中的應用研究

江蘇省徐州醫藥高等職業學校 鄧如兵

C語言是一種高級計算機編程語言，在51系列單片機中通常使用專用的C51語言為單片機編程，C51能夠直接操作硬件資源，提高了編程效率。

計算機語言分為低級語言和高級語言，單片機作為計算機系列中的專用計算機，在開發單片機應用系統時，也可以采用低級語言和高級語言。單片機常用的應用系統開發語言是匯編語言和C語言。匯編語言有其代碼短小、運行快速的優點，但是有一個讓編程人員難以掌握的缺點。本文以51系列單片機為例，介紹C語言在單片機中的應用方法。

1 C語言和單片機概述

C51是一種用于51系列單片機編程的C語言，具備高級程序設計語言的特點，同時能夠直接操作硬件資源。C語言的三種基本結構包括順序結構、分支結構和循環結構；分支結構有雙分支結構和多分支結構；循環結構有當型循環結構、直到型循環結構。單片機程序設計也離不開這三種基本結構的運用。

單片機通常是為實時控制應用而設計制造的,把中央處理部件、存儲器和各種輸入/輸出接口等集成在一塊芯片上。Intel公司設計的51系列單片機是單片機中應用最廣泛的經典機型。

2 C語言算法表達

在利用單片機處理應用需求的時候，通常需要進行算法描述，可以用自然語言、偽代碼、傳統的流程圖、N-S盒圖和PAD圖來表示。一般習慣用傳統的流程圖、N-S盒圖和PAD圖來表達程序算法。這三種算法流程可用順序結構、雙分支結構、多分支結構、多分支結構、直到型循環結和當型循環結構表達。基本結構圖如圖1、2、3所示。

在單片機算法設計中，可以根據應用的需求，合理選擇傳統的流程圖、N-S盒圖和PAD圖來繪制程序算法流程圖。簡單的算法描述，通常選擇傳統的流程圖就可以完成。而在復制算法表達上，適合采用結構化層次分明的N-S盒圖和PAD圖來繪制程序算法，結合算法表達，實際編程最好采用模塊化、結構化的方法。

圖1 傳統的流程圖的基本控制結構順序結構

圖2 N-S盒圖的順序結構

圖3 PAD圖的順序結構

表1 程序結構排列表

3 單片機中的應用方法

3.1 C51語言編程

程序結構排列見表1。程序結構按順序依次是頭文件引入、宏定義（可選）、自定義函數聲明（可選）、主函數（必選）、普通子函數（可選）、中斷子函數（可選）、中斷子程序（可選）。保存好的程序文件擴展名為*.c，頭文件擴展名為*.h。

部分源代碼示例如下：

3.2 C51加多任務操作系統編程

多任務實時操作系統可選用rtx-51 tiny系統，實時操作系統引入到單片機程序設計中，rtx-51 tiny系統沒有主函數，主函數就是任務0函數，程序從任務0開始執行。其它任務要寫成無限循環的形式。中斷子函數寫法可以采用常規寫法，但是為了防止占用系統中斷，最可靠的寫法是在中斷函數里只是把信號發給另外一個任務，讓另外一個任務來處理中斷應用服務。

部分源代碼示例如下：

3.3 C51語言混合編程方法

在Keilc軟件中做好對應的選項設置，編譯后即可生成目標代碼。編程時候要注意現場保護和工作寄存器空間的分配，防止寄存器沖突。

部分源代碼示例如下：

4 開發方法

在單片機集成開發工具中，利用C語言寫出應用程序，再使用編譯器排除錯誤，再把寫好的代碼編譯為機器碼，同時生成HEX文件，最后利用編程器或者在線編程軟件把HEX可執行文件寫入單片機內。寫入的代碼在樣機中進行運行調試，成功后就可以批量生產。

為了提高單片機應用系統的開發效率，通常可用利用proteus軟件來仿真處理器及其外圍電路，把硬件電路利用仿真軟件來進行模擬仿真；結合程序開發軟件，能夠對設計項目反復進行修改和測試，待設計項目功能實現后再對樣機進行實機調試。

51系列單片機常用的編程軟件是keil軟件，提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部分組合在一起。它支持眾多不同公司的51架構的芯片，它的界面和常用的微軟Vc++的界面相似，界面友好，易學易用。

Keil uVision編程中的常見錯誤：C51編譯器識別錯誤類型有三種。致命錯誤：偽指令控制行有錯，訪問不存在的源文件或頭文件等。語法及語義錯誤：語法和語義錯誤都發生在源文件中。

總結：C語言的應用，極大的方便了單片機應用系統的開發。在單片機中編程常用的方法是直接采用C語言編寫系統和應用程序，還可以借用專用的操作系統內核構建應用系統，或者有特殊要求的情況下，可以采用嵌入匯編語言進行混合編程。