PIC單片機C語言程序設(shè)計（1）

編者按：為了幫助具有PIC單片機匯編語言知識的技術(shù)人員或工程師，快速掌握利用C語言編寫PIC單片機程序的方法，本刊特推出《PIC單片機C語言程序設(shè)計》系列連載文章。丈中給出的C語言程序?qū)嵗?，均是可?zhí)行的，讀者可以放心引用。

　　一、匯編語言與C語言

　　早期的單片機程序多采用匯編語言編寫。用匯編語言編程，直接、簡捷，可有效地訪問和控制各種硬件設(shè)備，如存儲器、I／O口等，目標代碼簡短、占用內(nèi)存少、執(zhí)行速度快、語句效率高。然而，由于匯編語言是面向機器的語言，不同廠家或同廠家不同系列的單片機。其匯編語言指令系統(tǒng)往往互不相同，即通常所說的“不兼容”。這就出現(xiàn)了精通51單片機匯編語言的人不能直接編寫PIC或其他單片機的匯編語言源程序，反之亦然的現(xiàn)象，以及產(chǎn)品升級換代和不同單片機問程序移植難的問題。而且，由于匯編語言是采用助記符的低級語言，可讀性較差，當源程序功能多、程序長時，即使加了注釋，閱讀自己編寫的程序也會感到困難，更不用說修改程序和增加功能了。

　　目前，單片機的應(yīng)用越來越廣，各半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家不斷推出各種高、中、低檔單片機系列，以適應(yīng)市場的需求。而客戶對單片機系統(tǒng)的設(shè)計人員的基本要求，就是要選擇能夠滿足產(chǎn)品性能和成本要求的單片機，并以最快的速度開發(fā)出完全滿足市場需求的智能化產(chǎn)品。用匯編語言編程顯然無法達到要求。

　　用C語言開發(fā)單片機系統(tǒng)軟件的最大好處，是代碼效率高、軟件調(diào)試直觀、維護升級方便、代碼的重復(fù)利用率高、便于跨平臺的代碼移植等。因此，C語言在單片機系統(tǒng)設(shè)計中得到越來越廣泛的運用。

　　C語言是一種高級語言，具有低級語言的特點，原來用各種匯編語言編寫的單片機程序，均可用C語言程序代換。

　　二、C語言的特點

　　C語言的特點可歸納如下。

　　1.語言簡潔

　　C是一種小型語言，共有32個關(guān)鍵字，9種控制語句，表示方法簡單，只需用規(guī)范的方法。就可以構(gòu)造出功能很強的數(shù)據(jù)類型、語句和程序結(jié)構(gòu)。如用++表示加1；一一表示減1；運算符省寫等。

　　2.表達方式靈活實用

　　C語言提供多種運算符和表達式值的方法，對問題的表達可通過多種途徑獲得，其程序設(shè)計更主動、靈活。它語法限制不太嚴格，程序設(shè)計自由度大，如對整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等。

　　3. 表達力強

　　C語言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運算符。包含了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如整型、數(shù)據(jù)類型、指針類型和聯(lián)合類型等，用來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算。C語言的運算符有34種，范圍很寬，靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)難度極大的運算。

　　C語言能直接訪問硬件的物理地址，能進行位（bit）操作。兼有高級語言和低級語言的許多優(yōu)點。

　　它既可用來編寫系統(tǒng)軟件，又可用來開發(fā)應(yīng)用軟件，已成為一種通用程序設(shè)計語言。

　　4.C語言生成的目標代碼質(zhì)量高

　　C語言描述問題比匯編語言迅速，工作量小、可讀性好，易于調(diào)試、修改和移植，而代碼質(zhì)量與匯編語言相當。

　　5.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

　　C語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，提供編寫結(jié)構(gòu)化程序所需的控制流的結(jié)構(gòu)語句，如for、while、do…while、lf…else等；用函數(shù)作為程序設(shè)計的基本單位，以實現(xiàn)程序的模塊化；其源文件還可分割為多個源文件，以分別對各源文件進行編譯，再連接生成可執(zhí)行的目標碼（hex）文件。

　　6.可移植性

　　匯編語言是不可移植的。而C語言在不同機器上的C編譯程序，86％的代碼是公共的，所以C語言的編譯程序便于移植。在一個環(huán)境上用C語言編寫的程序，不改動或稍加改動，就可移植到另一個完全不同的環(huán)境中運行。

　　三、學習方法

　　用PIC單片機開發(fā)電子產(chǎn)品和用C語言編程，最主要的是要堅持學習，不能中斷。應(yīng)通過各種實例程序來學習C語言的語法規(guī)則。要熟練掌握C語言的數(shù)據(jù)類型表達方法、各種運算符、各種語句結(jié)構(gòu)。

　　最好能背誦。要學會用C函數(shù)實現(xiàn)所需功能的方法。實際上，每個C函數(shù)都相當于一個功能模塊，一個C函數(shù)便可實現(xiàn)一種功能。

　　此外，用C語言開發(fā)PIC單片機應(yīng)用產(chǎn)品，必須具有PIC單片機匯編語言知識。如果你已經(jīng)掌握了用匯編語言編寫PIC單片機源程序的方法，最好將編寫成功的PIC單片機匯編語言源程序，逐個用C語言源文件代換，從中體會C語言的優(yōu)越性。

　　四、簡單的C 語言程序

　　為了幫助讀者進入C語言編程環(huán)境，要給大家介紹一個簡單的C語言程序。

　　下面扼要介紹該程序所用到的C語言基本知識。更多的知識則在后文詳細介紹。

　　1.主函數(shù)main（ ）

　　C語言程序一般由若干個函數(shù)組成。函數(shù)是完成某個功能的算法的程序段，是C語言的基本組成單位。組成一個程序的若干函數(shù)，可以保存在一個或幾個源程序文件中，這些文件都以。C為擴展名（匯編語言以ASM為擴展名）。一個程序必須有且只能有一個名為main的函數(shù)，即是主函數(shù)main（ ）程序運行時，總是從主函數(shù)main（ ）開始執(zhí)行的。

　　2.C語言函數(shù)

　　C語言程序的基本單位是函數(shù)。C語言程序必須有且只能有一個名為main的主函數(shù)。主函數(shù)可以調(diào)用其他函數(shù)，其他函數(shù)也可相互調(diào)用。被調(diào)用的函數(shù)可以是系統(tǒng)提供的庫函數(shù)，也可以是程序設(shè)計者自己編寫的函數(shù)——對于MCU （如PIC單片機），所用的大多是自己編寫的函數(shù)。一個函數(shù)由函數(shù)頭和函數(shù)體兩部分組成，每個函數(shù)的形式都相同。

　?。?）函數(shù)頭由函數(shù)名（自定義名）、函數(shù)標志——（ ），即一對圓括號，以及參數(shù)表，又稱函數(shù)形式參數(shù)名和參數(shù)說明（定義形式參數(shù)類型）組成。

　　前兩項必須有，如主函數(shù)main（ ），后兩項為即可選項。注意：函數(shù)名可包括函數(shù)類型和函數(shù)名字等。

　?。?）函數(shù)體由一對花括號：{}括起來，括號內(nèi)由若干語句組成。這些語句有兩種類型：一類是說明語句，又稱變量定義，其作用是定義函數(shù)中用到的變量；另一類是執(zhí)行語句，又稱函數(shù)功能的執(zhí)行部分。

　　用于完成一定的功能，即算法處理。注意：有的函數(shù)沒有變量定義部分，但有若干執(zhí)行語句。而在特定的情況下，則既無聲明部分，也無執(zhí)行部分，如：

　　Dump（ ）

　　{}

　　這是一個空函數(shù)。什么也不做，它也是合法的函數(shù)。

　　再有，每個語句和數(shù)據(jù)定義的最后，必須有一個分號“；”（#define……的不加分號）。分號是C語言環(huán)境首先接觸到的基本符號，在以后的文章中我們還會深入介紹這些符號的用途。

（3）賦值運算符賦值號“=”，即賦值運算符。

　　賦值運算符有三種表達形式，這里先介紹一種簡單的賦值運算符。

　　格式：變量=表達式。

　　功能：先計算出表達式值（有些表達式已有結(jié)果，勿需計算），并將該值賦給等式左端的變量。賦值運算符是按照“自右而左”的順序進行作業(yè)的。例如：

　　PORTB=0X0 3

　　TRISB=0×0 0

　　TRISA=0X0 F （0X代表十六進制）

　　分別執(zhí)行以下操作：把等式右邊的0X0 3送給等式左邊的端口寄存器PORTB口，即B口低兩位為高電平，其余6位為低電平；把0X0 0送給方向寄存器TRISB，即設(shè)置B口為輸出；把0×0 F送給方向寄存器TRISA，即設(shè)置A 口低四位為輸入，高四位為輸出。

　　3.PIC16F84A點燈電路和C語言程序

　　下面以控制PIC16F84A單片機端口寄存器PORTB口外接的8只LED任一位的亮滅為例，介紹相關(guān)C語言程序的編寫。電路如圖1所示。

　　筆者使用的是MPLAB tDE V7 40集成開發(fā)環(huán)境及PICC編譯器，所生成的C語言源程序又稱源文件。

　　在編寫C的源程序時，需要定義硬件的標志頭文件（也稱包含頭文件或頭文件）。因為用戶經(jīng)常使用的標準寄存器地址和其位地址都被定義在Pic h標志頭文件中，按C語言編譯器編譯源程序的語法規(guī)則，在編寫C語言程序時，必須使用#include語句，把這個pic.h頭文件包含到自己的源程序中。即對于PIC中級產(chǎn)品的單片機，C語言程序的開頭是固定格式#includepic.h>。編譯器在編譯處理#includepic.h>語句時，會把pic.h的內(nèi)容。復(fù)制到你的源程序中，這樣PICC才認為用戶使用的標準寄存器的端口地址和端1：3的位地址已經(jīng)被定義，源程序就會合法地使用這些標準寄存器及其對應(yīng)的位。關(guān)于MPLAP IDE V7.4和picc編譯器，在后文還會詳細介紹。

　　4.PIC單片機端口寄存器的位定義

　　這里介紹的PIC單片機端口的位定義，屬于需要背誦的內(nèi)容。

　　以PIRTB為例，PIC單片機端口寄存器的位（即8位）定義，實寫如下：

　　5.延時函數(shù)

　　PiC單片機C語言中的延時函數(shù)（即延時一定值），有多種等效的編寫，這里介紹一種最簡延時函數(shù)，在后文中，我們還會詳細介紹各種延時函數(shù)。

　　函數(shù)中的K為給定的整形值

6.C語言程序清單

　　PIC16F84A單片機PORTB口外接8只LED間亮和位1、2、6外接的LED分別點亮的程序清單如下（源文件名PIC01.C）：

　　說明：以上是一個完整的，可執(zhí)行圖1 LED點燈的C程序，主要由端口寄存器PORTB 1：3的位定義，延時函數(shù)delay （）定義； 主函數(shù)main（）、延時函數(shù)void delay（ ）及各種語句等組成。

　　該C程序第三行以符號“∥”開頭的說明文是一個注釋，它可在一行內(nèi)寫完，亦可分多行寫完。注釋可寫在程序的任何位置，用于幫助閱讀和理解程序。說明程序的相關(guān)功能、注意事項，以及說明有關(guān)算法等。注釋應(yīng)盡可能簡捷。在編譯時，注釋不產(chǎn)生代碼。C程序還可用“ ”開頭到“ ”結(jié)尾之間的內(nèi)容作注釋，與符號“∥”開頭的注釋是等效的。

　　上述程序的第一行，是引導(dǎo)程序開始的用#in—clude語句的頭文件。

　　第二行是PIC單片機PORTB口的位定義，這里指8位，即（ddd）*8。

　　第三行是第二行端口寄存器PORTB的位定義的注釋。

　　第四行～第六行是端口寄存器PORTB口的RBO、RB1、RB6三位的定義，以便在后續(xù)程序中對其賦值之用。

　　第七行是RBO、RB1、RB6三位的定義注釋。

　　第八行是延時函數(shù)的定義第九行到結(jié)尾的功能（參看相關(guān)注釋）。

　　關(guān)于端口寄存器的位表達方式。在用C語言編寫PIC單片機源文件時，一旦端口的位被定義，即（以端口PORTB為例）；#daefine PORTBIT （ddd，bit）（（unsigned）（ddd） 8+（bie）），在該條件下，端口PORTB的位有兩種表達方式，在C程序中均是等效的。以PORTB的0位為例：

　　它們都是等效的。但一旦位定義中用了PORTB_ O.則在賦值時也應(yīng)用PORTB—O： 或位定義用了PORT_O，對應(yīng)賦值時也應(yīng)用PORT_O。

（待續(xù)）