第一章 单片机与C语言.docx

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第一章单片机与C语言

前言

用C语言进行8051单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。

目前，8051编程的代码长度，在未加入人工优化的条件下，已经做到了最优汇编程序水平的1.2-1.5倍，比得上中等程序员的水平。

如果谈到开发速度、软件质量、结构严谨性和程序坚固性等方面，C语言的完美绝非汇编语言编程所能比拟的。

第一章单片机与C语言

一、单片机的编程语言

1、汇编语言

优点：

执行效率高，运行速度快，与硬件结合较好，能充分发挥程序员的优势；

缺点：

对编程人员要求高，编程难度大，开发周期长，硬件更换后程序的可移植性差，可读性差。

不大适合专业人员开发程序。

2、Basic语言

优点：

Basic是高级语言，具有高级语言的优点，如可读性好，容易编程等。

解释性语言，易学、易查错。

缺点：

实时性差，因为所有变量均为浮点数，占用空间大，执行速度慢。

3：

C语言

具有以下优点：

1）C语言是编译型语言，具有高级语言的特点，也具备汇编语言简洁、可以控制硬件的功能。

2）表达能力强，易于编程，可读性好。

3）可移植性好，C语言本身不依赖系统硬件，可以很容易移植到不同类型的单片机上。

编译时要选择芯片，将同一条语句变成该芯片对应的指令。

4）有丰富的库函数可以调用。

5）寄存器的分配，由编译器完成，编程者可将精力集中到软件整体设计，有利于提高软件质量。

（汇编语言编程者必须记住这些分配）

6）可以多人编写一个大程序。

（将各模块之间接口确定即可）

7）有实时多任务操作系统（RTOS），可以合理的分配CPU的时间及单片机的资源。

8）开发周期短，适合工程技术人员开发应用软件。

存在的问题：

1）代码长度，C语言向单片机移植，最大的困难之一是“高级语言产生的代码长，运行速度慢，占用存储器空间大，不适合单片机应用”。

经过美国的keilSoftware公司和许多公司的努力，现在该问题已基本解决，经考核，对于程序长度超过2K字节，用C语言编写的程序，占用内存大小和运行速度优于一般编程人员（非程序员级的专业人员）用汇编语言编写的程序。

2）单片机种类多，结构不同。

编译软件还不能全部适应。

二、Keil编译器

1、简介

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。

与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用，用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。

KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。

全Windows界面，另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

KeilC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境。

C51已被完全集成到μVision3的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：

编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。

2、KeilC51单片机软件开发系统的整体结构

C51工具包的整体结构如图所示，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程，该集成系统可以编译C源程序，也可以编译汇编语言源程序。

开发人员可用IDE（Integrated Development Environment）本身或其它编辑器编辑C源文件或汇编源文件，然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ），目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）ABS文件。

由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，HEX文件是最后写入程序存贮器中的代码。

（用多媒体进行演示）

三、单片机C语言与一般C语言的异同

特点：

单片机C语言和普通的C语言在很多方面都是相同的，现在各学校开设的编程语言大多是C语言，因此要学习单片机C语言较容易。

有的学校在开设C语言时就将单片机C语言作为一部分内容加进去，那样处理可以节约课时，但不利于单片机C语言的更好掌握。

相同点：

语法结构基本相同，也是采用函数结构；大部分函数相同。

不同点：

1）输入、输出不同，c语言中可以用Printf/Scanf等语句进行标准的输入、输出，直接从键盘输入或输出到屏幕上，而单片机用该指令，只能输出到串行口。

因此调试程序没有在计算机上调试普通C程序方便，可以看到运行的信息。

2）数据类型不同，单片机增加了bit、sbit、sfr、sfr16等数据类型。

3）单片机C语言增加了存储类型。

4）不隐含支持递归调用，要递归调用前必须说明。

5）库函数不同。

库函数大部分是相同的，有部分是不同的，如在CX51中没有freopen、fputs等库函数。

在ANSIC中没有_NOP_，应用时查相关资料。

6）单片机C有自动覆盖技术。

因为单片机的RAM和计算机相比少的可怜，所以在编译时会自动分析判断，将不再被用的变量占用的空间重新使用。

7）单片机C有优化技术，可以最大限度减少代码长度。

8）由于单片机C语言编程的目的是要将程序最后固化到单片机或者EPROM中，所以最后要生产后缀为.HEX的文件，该文件可以固化到单片机中。

用单片机C语言编程是要注意：

1）应用单片机的c更要注重对系统资源的理解，因为单片机的系统资源相对pc来说很贫乏，对于每一个ram，rom中的byte都要充分利用，可以多看看编译生成的.m51文件来了解自己程序中利用资源的情况。

2）对于程序上应用的各种算法要精简，不要对系统构成过重的负担。

尽量少用浮点运算，可以用unsigned型数据的就不要用有符号型数据，尽量避免多字节的乘除运算，多使用移位运算等等。