C语言在单片机中的应用研究

江苏省徐州医药高等职业学校 邓如兵

C语言是一种高级计算机编程语言，在51系列单片机中通常使用专用的C51语言为单片机编程，C51能够直接操作硬件资源，提高了编程效率。

计算机语言分为低级语言和高级语言，单片机作为计算机系列中的专用计算机，在开发单片机应用系统时，也可以采用低级语言和高级语言。单片机常用的应用系统开发语言是汇编语言和C语言。汇编语言有其代码短小、运行快速的优点，但是有一个让编程人员难以掌握的缺点。本文以51系列单片机为例，介绍C语言在单片机中的应用方法。

1 C语言和单片机概述

C51是一种用于51系列单片机编程的C语言，具备高级程序设计语言的特点，同时能够直接操作硬件资源。C语言的三种基本结构包括顺序结构、分支结构和循环结构；分支结构有双分支结构和多分支结构；循环结构有当型循环结构、直到型循环结构。单片机程序设计也离不开这三种基本结构的运用。

单片机通常是为实时控制应用而设计制造的,把中央处理部件、存储器和各种输入/输出接口等集成在一块芯片上。Intel公司设计的51系列单片机是单片机中应用最广泛的经典机型。

2 C语言算法表达

在利用单片机处理应用需求的时候，通常需要进行算法描述，可以用自然语言、伪代码、传统的流程图、N-S盒图和PAD图来表示。一般习惯用传统的流程图、N-S盒图和PAD图来表达程序算法。这三种算法流程可用顺序结构、双分支结构、多分支结构、多分支结构、直到型循环结和当型循环结构表达。基本结构图如图1、2、3所示。

在单片机算法设计中，可以根据应用的需求，合理选择传统的流程图、N-S盒图和PAD图来绘制程序算法流程图。简单的算法描述，通常选择传统的流程图就可以完成。而在复制算法表达上，适合采用结构化层次分明的N-S盒图和PAD图来绘制程序算法，结合算法表达，实际编程最好采用模块化、结构化的方法。

图1 传统的流程图的基本控制结构顺序结构

图2 N-S盒图的顺序结构

图3 PAD图的顺序结构

表1 程序结构排列表

3 单片机中的应用方法

3.1 C51语言编程

程序结构排列见表1。程序结构按顺序依次是头文件引入、宏定义（可选）、自定义函数声明（可选）、主函数（必选）、普通子函数（可选）、中断子函数（可选）、中断子程序（可选）。保存好的程序文件扩展名为*.c，头文件扩展名为*.h。

部分源代码示例如下：

3.2 C51加多任务操作系统编程

多任务实时操作系统可选用rtx-51 tiny系统，实时操作系统引入到单片机程序设计中，rtx-51 tiny系统没有主函数，主函数就是任务0函数，程序从任务0开始执行。其它任务要写成无限循环的形式。中断子函数写法可以采用常规写法，但是为了防止占用系统中断，最可靠的写法是在中断函数里只是把信号发给另外一个任务，让另外一个任务来处理中断应用服务。

部分源代码示例如下：

3.3 C51语言混合编程方法

在Keilc软件中做好对应的选项设置，编译后即可生成目标代码。编程时候要注意现场保护和工作寄存器空间的分配，防止寄存器冲突。

部分源代码示例如下：

4 开发方法

在单片机集成开发工具中，利用C语言写出应用程序，再使用编译器排除错误，再把写好的代码编译为机器码，同时生成HEX文件，最后利用编程器或者在线编程软件把HEX可执行文件写入单片机内。写入的代码在样机中进行运行调试，成功后就可以批量生产。

为了提高单片机应用系统的开发效率，通常可用利用proteus软件来仿真处理器及其外围电路，把硬件电路利用仿真软件来进行模拟仿真；结合程序开发软件，能够对设计项目反复进行修改和测试，待设计项目功能实现后再对样机进行实机调试。

51系列单片机常用的编程软件是keil软件，提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。它支持众多不同公司的51架构的芯片，它的界面和常用的微软Vc++的界面相似，界面友好，易学易用。

Keil uVision编程中的常见错误：C51编译器识别错误类型有三种。致命错误：伪指令控制行有错，访问不存在的源文件或头文件等。语法及语义错误：语法和语义错误都发生在源文件中。

总结：C语言的应用，极大的方便了单片机应用系统的开发。在单片机中编程常用的方法是直接采用C语言编写系统和应用程序，还可以借用专用的操作系统内核构建应用系统，或者有特殊要求的情况下，可以采用嵌入汇编语言进行混合编程。