淺析基于C語言的單片機技術

周嵐

摘 要：C語言作為一種高級編程語言，具有良好的結構性和移植性，在單片機中引入C語言，可以極大地方便單片機的編程和開發。本文首先介紹了單片機的定義、系統組成及功能特點，分析了單片機的用途。然后結合C語言的優越性，分析基于C語言的單片機技術及其應用范圍。由于C語言具有強大的編程功能，也使得利用C語言進行編程的單片機技術的運用越來越廣泛。

關鍵詞：C語言；編程；單片機

中圖分類號：TP311.51 文獻標識碼：A

Abstract：As a high-level programming language，C Language has good structuredness and portability.Application of C language on microcontroller systems can greatly facilitate the programming and development.This paper starts with the definition，the system composition and the functionality of microcontrollers，and analyzes the application of microcontrollers.Then，combined with the advantages of C Language，the paper analyzes the technology and application scope of microcontrollers based on C Language.Because of C Language's formidable programming functions，the microcontroller technology adopting C Language in programming is being put into more and more extensive application.

Keywords：C language；programming；microcontroller

1 引言（Introduction）

雖然單片機有自己的編程語言，如果，我們用單片機的編程語言要做出實際的東西，那是非常不容易的。比如，你做一個除法，十六位的，你要編幾十條語句，如果沒有專門的研究單片機的經歷，相信很難勝任。但你用C語言，一句就行了，而且編寫的程序精簡，容易查出錯來，調試比較簡單。只要你對單片機有一些硬件的了解，你就可以用C編些比較復雜的程序。現在單片機的執行速度很快了，時針頻率有的可以達到40MHz，不存在C語言的效率不高而影響你的程序運行。另外，C語言作為一種高級編程語言，具有良好的結構性和移植性，在單片機中引入C語言，可以極大地方便單片機的編程和開發。

2 單片機系統（Single chip microcomputer system）

2.1 單片機的定義

單片機的英文全稱為single chip microcomputer，翻譯為單片微型計算機，主要將CPU、半導體存儲器、I/O接口、中斷系統和定時器等各種元器件集成到一塊半導體芯片上，由此軟硬件構成的整個數字電子計算機就叫做單片機，也稱為MCU（Microcontroller Unit）[1]。

2.2 單片機的系統組成

單片機系統通常包括硬件系統和軟件系統兩部分。硬件系統主要是指單片機芯片上集成的各種元器件以及被控對象。軟件系統通常有很多主程序或者子程序組成，利用匯編語言或者C語言編寫完成，具有對系統監控等功能。

2.3 單片機的功能特點

單片機作為一種微型電子計算機，具有許多功能特點。第一，單片機的元器件集成度高，適合制作大規模或超大規模集成電路，可靠性和抗干擾能力都較強。第二，由于集成度高，單片機的價格相對較低廉，性價比較高。第三，單片機的指令較為豐富，擁有強大的控制功能。第四，很多單片機只需要2.2V甚至更低的電壓就可以運行，所以其工作電壓低，功耗低。第五，單片機的體積小，攜帶方便。

2.4 單片機的應用范圍

單片機強大的功能特點決定了具有廣泛的應用范圍。在國防、軍農、工業、農業等方面，單片機都有所發揮它的用處。概括起來，主要是在家用電器、機電一體化中、智能儀器儀表、實時過程控制、分布式多機系統等方面較多。

3 C語言在單片機開發中的特點（C language in the development of the characteristics of SCM）

C語言作為一種結構化的程序設計語言，具有很強大的功能性、結構性、可移植性。使用C語言開發單片機系統，可以讓編程人員在不懂得單片機指令集的情況下，也能夠寫出完美的單程序。在基于C語言的單機片系統，可以對數據進行專業化處理，能夠避免運行中非異步的破壞。在所有的計算機語言中，C語言的運用最為廣泛。在單片機的開發中，使用C語言會表現出以下優勢。

3.1 庫函數豐富，移植性好

C語言是一種編譯型程序設計語言，它的運算速度快、編譯效率高，擁有齊全的函數庫，比匯編語言更加具有可讀性。由于它是面向對象的語言，所以其可移植性好[2]。

3.2 應用廣泛，方便開發

相比于匯編語言，C語言更加符合人類的思維方式。很多編程人員都習慣C語言，使用C語言進行編程可以減少他們在硬件匹配上所花的精力，從而有更多的時間去調試程序和優化算法。

3.3 程序結構完善，兼容性好

C語言編譯的程序往往具有較為完善的模塊化結構，在后續的開發中可以隨時修改和補充。正是由于C語言的程序結構較為完善，也使得它在模塊化設計方面運用較為廣泛。使用C語言編寫的單片機程序，采用的是自頂向下的結構化程序。對應不同的模塊，設計不同的功能，使整個程序功能模塊化，實現不同的兼容性。這種結構化模塊可以使整個程序結構清楚，方便后續的調試和修改。

4 基于C語言的單片機開發技術（Development technology of single chip microcomputer based on C language）

4.1 基于C語言的單片機開發環境

在眾多的單片機程序開發軟件中，KEIL C51是運用最為廣泛的一個軟件，集合了編輯、編譯、仿真等功能，可以支持不同公司生產的MCS51芯片。同時，KEIL C51軟件具有友好的操作界面，而且已經將C語言集成進去，另外還支持匯編語言，所以具有強大的編程和調試功能[3]。KEIL C51的開發環境包括了編譯器、匯編器、實時操作系統、項目管理器、調試器等部分。而編寫的目標程序的源文件可以構成不同的組，利用項目管理器，可以方便地對應目標、組或單個文件。利用KEIL C51中集成的瀏覽器包含了全局索索的功能，可以幫助用戶快速搜索文件和查找信息。KEIL C51軟件中集成了源代碼編輯器，它的操作界面友好，許多特性都為用戶所熟悉[4]。利用源代碼編輯器自然而又方便的編程環境，編譯人員可以在編輯器內隨時編輯和調試代碼，更能對所寫程序進行快速的檢查錯誤和優化代碼。

4.2 基于C語言的單片機開發步驟

在使用C語言開發單片機程序時，通常分為：程序代碼的編寫和編譯、目標代碼的連接和轉換等過程。在編寫完程序代碼和調試完程序后，還應當將程序編譯為HEX文件，使其能夠移植到單片機上，并能執行所編譯的代碼[5]。基于C語言的單片機開發步驟，主要包括四個過程。

第一步，安裝軟件。登錄KEIL的官方網站，下載所需的商業軟件安裝包到電腦上。下載完成后解壓安裝包，然后雙擊SETUP.EXE文件，同意其協議條款，根據提示信息輸入序列號，一步一步完成安裝過程。可以進行完整安裝，并進行對應的設置。

第二步，創建源文件。首先，打開軟件建立一個新的項目，或者添加原有的項目，然后建立一個新的空白程序。在新程序的文字編輯窗口，編寫所需代碼，即可生產C語言程序的源文件。

第三步，編譯并調試。這也是單片機開發過程中的中間階段，開發人員將軟件轉換到調試模式，然后利用軟件的仿真功能，對源程序代碼進行逐個調試。檢查并發現錯誤的代碼，及時改正和完善。利用C51編譯器調試和編譯源程序，生成目標代碼或模塊[6]。最后，將各模塊連接在一起，最終生成文件。

第四步，生成HEX文件。采用Intel公司提出的十六進制字節寬度來保存HEX文件，然后將所編譯的目標程序生成HEX文件，最后將該文件通過編譯器燒寫進單片機的芯片中，用于后續的仿真調試。

5 結論（Conclusion）

綜上所述，基于C語言的單片機技術具有強大的功能，可以實現硬件指定的作用。單片機的出現極大地推動了計算機技術的快速發展，目前已經運用到了家用電器、汽車電子等生產生活的各個方面。C語言逐漸代替匯編語言，成為了單片機開發中最合適的語言，在未來的運用中，基于C語言的單片機技術將會有更大的發展空間。

參考文獻（References）

[1] 董蘊寶，潘旭君.淺談C語言在單片機中的程序設計[J].通信學報，2015（13）：58-59.

[2] 余小燕.C語言程序設計教學方法探討[J].計算機學報，2014（8）：47-50.

[3] 肖輝輝，段艷明.基于DE算法改進的蝙蝠算法的研究及應用[J].計算機仿真，2014（1）：62-65.

[4] 劉宇鵬，馬春光，張亞楠.深度遞歸的層次化機器翻譯模型[J].計算機學報，2016（39）：71-74.

[5] 王穎.C語言在單片機技術中的應用[J].電子制作，2015（1）：26-27.

[6] 王志宏.單片機C語言程序設計的關鍵技術[J].科技信息，2009（36）：523-524.

作者簡介：

周 嵐（1977-），女，碩士，副教授.研究領域：程序設計與數據庫.