C語言在單片機開發(fā)中的應(yīng)用分析

嚴均 周煌輝

摘要：本文簡要闡述了C語言在單片機程序開發(fā)中的應(yīng)用優(yōu)勢，就C語言在單片機開發(fā)中的具體步驟進行了分析探討，包括開發(fā)工具的選擇與安裝、建立源文件、調(diào)試編譯程序以及生成HEX文件，并在此基礎(chǔ)上提出了C語言在單片機開發(fā)應(yīng)用過程中應(yīng)注意的一些事項。

關(guān)鍵詞：C語言;單片機開發(fā);C語言編程

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）03-0265-02

C語言是一門面向過程的高級計算機編程語言，與匯編語言相較，利用C語言進行編程工作量少，可讀性好，易于修改、移植和調(diào)試，且可以保證代碼質(zhì)量。由于C語言兼顧了高級語言與匯編語言的優(yōu)點，且不需要任何環(huán)境支持便可以運行，普適性強，因此在編程領(lǐng)域得到了廣泛的運用。運用C語言進行單片機程序的開發(fā)，開發(fā)者無須對單片機硬件結(jié)構(gòu)進行全面了解也可以進行高效編程，這為單片機程序開發(fā)提供了很大的便利，使得單片機程序開發(fā)變得簡單且可靠。本文基于單片機程序開發(fā)實踐，就C語言在單片機開發(fā)中的應(yīng)用進行分析探討，以期能夠為廣大單片機程序開發(fā)者提供一些參考與借鑒。

1 C語言在單片機程序開發(fā)中的應(yīng)用優(yōu)勢

單片機屬于一種微型計算機，具有體積小、功耗小、功能強大等特點，在工業(yè)控制領(lǐng)域及現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計中具有廣泛的應(yīng)用。單片機除對體積、功耗等具有嚴格要求外，還依賴于應(yīng)用程序的開發(fā)。由于單片機內(nèi)部存儲器的存儲空間較小且對運行效率要求較高，因此，對于應(yīng)用程序開發(fā)來說，必須要考慮編譯代碼所占的空間大小問題及運行效率問題。匯編語言屬于第二代編程語言，是面向機器的程序設(shè)計語言，其特點是保持了機器語言優(yōu)秀的執(zhí)行效率，能夠直接控制硬件，同時具有可讀性及簡便性，且程序占用存儲空間少，這些特點十分契合單片機程序的開發(fā)要求，因此，單片機程序開發(fā)中匯編語言的應(yīng)用十分廣泛。但匯編語言作為一種面向機器的語言，對于開發(fā)者來說并不是十分友好，主要表現(xiàn)為程序代碼的可讀性較差、編寫和調(diào)試復雜、移植困難等。

C語言兼顧了高級語言與匯編語言的優(yōu)點，相較于匯編語言，具有更高的可閱讀性，便于理解，調(diào)試、修改更為容易簡便;更為重要的是，其具有良好的可移植性，大大提高了程序的重復利用率，有助于程序開發(fā)人員提高程序編寫效率。C語言的跨平臺特性是其最為顯著的特征，這使得用C語言編寫的程序可以在不同的計算機平臺穩(wěn)定運行，大大提高了程序開發(fā)者的工作效率，減少了成本。C語言擁有34種運算符，數(shù)組、指針等多種表達方式，庫函數(shù)豐富，運算結(jié)構(gòu)簡單易懂。由于C語言包含了單片機的指令集，因此，對于一些簡單的單片機程序開發(fā)，即使程序開發(fā)者不了解單片機的硬件結(jié)構(gòu)，也可以用C語言編寫出高質(zhì)量的程序代碼。C語言將程序開發(fā)分解為多個互不影響的功能模塊，這使得后期優(yōu)化變得更為便利[1]。隨著單片機的應(yīng)用范圍不斷拓展，C語言憑借其強大的功能及特性，在單片機程序開發(fā)中的應(yīng)用優(yōu)勢日益明顯，得到了單片機開發(fā)者的廣泛應(yīng)用。

2 C語言在單片機開發(fā)中的具體應(yīng)用步驟

2.1 開發(fā)工具的選擇與安裝

C語言開發(fā)工具的選擇與安裝是運用C語言進行單片機開發(fā)的首要環(huán)節(jié)。C語言開發(fā)工具又叫C語言編譯器或集成開發(fā)環(huán)境，C語言的編譯器有很多種，不同的平臺下有不同的編譯器，如Windows下常用的是微軟編譯器cl.exr，Linux下常用的是CUN組織開發(fā)的GCC，Mac下常用的是LLVM/Clang。安裝編譯器或者IDE（集成開發(fā)環(huán)境），也叫搭建開發(fā)環(huán)境。Windows下的C語言IDE眾多，常用的包括Visual Studio、Dev C++、VisualC++6.0等。

Visual Studio（簡稱VS），它是Windows下的標準IDE，但是VS安裝包有點龐大，下載不方便，安裝時間較長，而且會安裝很多暫時用不到的工具。Dev C++是一款免費開源的C/C++IDE，內(nèi)嵌CCC編譯器（Linux GCC編譯器的Windows移植版），優(yōu)點是體積?。ㄖ挥袔资祝惭b卸載方便、學習成本低，缺點是調(diào)試功能弱。Visual C++ 6.0（簡稱VC 6.0）是微軟開發(fā)的一款經(jīng)典的IDE，但VC 6.0是1998年的產(chǎn)品，在Win7、Win8、Winl0T會有各種各樣的兼容性問題，甚至根本不能運行，目前基本只作為教學工具來使用。除上述開發(fā)工具外，Windows平臺下還有很多其他的IDE，如Code：：Blocks是一款開源、跨平臺、免費的C/C++ IDE，它和Dev C++非常類似，小巧靈活，易于安裝和卸載，不過它的界面要比Dev C++復雜一些;Turbo C是一款DOS年代的C語言開發(fā)工具，程序員只能使用鍵盤來操作Turbo C，不能使用鼠標，所以非常不方便。但是Turbo C集成了一套圖形庫，可以在控制臺程序中畫圖，所以至今仍然有人在使用;C-Free是一款國產(chǎn)Windows下的C/C++ IDE，整個軟件只有14M，非常輕巧，安裝也簡單，界面也比Dev C++漂亮，缺點也是調(diào)試功能弱。這些工具在功能、難易度等方面各異，實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體的單片機設(shè)計來合理選擇。

2.2 建立C源文件

搭建好開發(fā)環(huán)境后，在開始編程前，首先需要創(chuàng)建一個新的項目，可以用項目特征來進行命名，選擇好存儲路徑即可完成新項目的建立。這里需要注意的是，項目名稱和存儲路徑最好不要包含中文。接下來就是在所創(chuàng)建項目中添加源文件，可以是新建文件也可以將以往程序文件內(nèi)容添加到項目當中;之后需要再創(chuàng)建一個全新的語言程序文件，并在文字編輯窗口中利用void、signed、intint、void、restrict、return、continue等C語言基本語言結(jié)構(gòu)對所需要的單片機程序進行逐步編寫，并在編寫任務(wù)完成后保存文件并生成最終的C語言文件[2]。

2.3 調(diào)試編譯程序

在程序代碼編寫完成之后，后續(xù)一項重要的工作就是進行調(diào)試編譯。調(diào)試編譯屬于C語言在單片機程序開發(fā)中的一個至關(guān)重要的中間環(huán)節(jié)，目的是對編寫好的程序進行檢查與完善，找出源文件中存在的BUC并進行及時的修正。在此階段，程序開發(fā)人員可以借助編譯器提供的調(diào)試模式對源程序進行仿真調(diào)試，調(diào)試過程中程序開發(fā)人員要悉心觀察程序仿真運行過程，完成對源程序的完善。編譯是將C語言編程文件轉(zhuǎn)換成機器可以識讀的文件，編輯器自動完成編譯工作并生成目標文件。生成的目標文件需要進行整合并鏈接，如果代碼沒有錯誤，則編譯器會顯示鏈接成功，并生成一個完整的可執(zhí)行文件。

2.4 生成HEX文件

生成HEX文件可視為單片機C語言程序開發(fā)的最后一個環(huán)節(jié)，借助編譯器，C語言程序在完成編譯后可以生成格式文件HEX，以便被單片機獲取和執(zhí)行。能夠順利生成HEX格式文件，基本可以表明單片機C語言程序開發(fā)任務(wù)已經(jīng)完成，在此基礎(chǔ)上，借助編譯器可以將單片機HEX格式文件寫入到存儲器中，并通過仿真器對所設(shè)計的單片機程序的性能進行測試、調(diào)整。

3 C語言在單片機開發(fā)中應(yīng)用的注意事項

3.1 關(guān)注編程代碼效率的提升

目前，C語言已經(jīng)在單片機程序開發(fā)中被廣泛應(yīng)用，但作為一種高級語言，C語言程序代碼執(zhí)行效率是程序開發(fā)者應(yīng)重點關(guān)注的問題。首先，應(yīng)合理選擇數(shù)據(jù)類型，若可以使用字符型（char）變量，就不要使用整型變量;其次，在C語言實際應(yīng)用中，執(zhí)行浮點數(shù)運算時常選用double型，因為float型的精度偏低，且雙精度浮點數(shù)和單精度浮點數(shù)的計算代價相差無幾。事實上，對51單片機來說，雙精度運算比單精度運算的速度快。第三，應(yīng)對各類C語言編譯器進行充分的了解，結(jié)合編程實際合理選擇編譯器。同時，還應(yīng)將單片機C語言編程中出現(xiàn)的高頻率程序與對應(yīng)的匯編語言行數(shù)進行比較匯總，對編譯效率形成一個清晰的認識，進而提高單片機C語言編程代碼的編譯、執(zhí)行效率[3]。

3.2 變量類型的定義要明確

一些程序開發(fā)者受程序編寫習慣的影響，程序編寫過程中往往不考慮函數(shù)內(nèi)外情況，在程序初始位置直接定義新的變量，雖然原則上并不會構(gòu)成程序編寫錯誤，但一定程度上會對程序的執(zhí)行產(chǎn)生不利影響。因此，在C語言程序編寫過程中，要注重變量類型定義的明確化，并依據(jù)編譯器版本的不同，對變量放置位置進行合理選擇。如：一般來講在C90版本的編譯器中，全局變量屬于函數(shù)外，只可以放置于引用之前，而在最新的C99版本中局部變量則可以被靈活的放置于任何位置。

參考文獻：

[1]葉曉龍.51單片機C語言編程技巧探討[J].信息與電腦：理論版，2019（04）：66-67.

[2]張延梅，論C語言在單片機開發(fā)中的應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化，2018（11）：78-80.

[3]張神.C語言在單片機開發(fā)中的應(yīng)用分析[J].江蘇科技信息，2017（18）：47-48.