PIC單片機(jī)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（1）

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

　　一、匯編語(yǔ)言與C語(yǔ)言

　　早期的單片機(jī)程序多采用匯編語(yǔ)言編寫。用匯編語(yǔ)言編程，直接、簡(jiǎn)捷，可有效地訪問(wèn)和控制各種硬件設(shè)備，如存儲(chǔ)器、I／O口等，目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短、占用內(nèi)存少、執(zhí)行速度快、語(yǔ)句效率高。然而，由于匯編語(yǔ)言是面向機(jī)器的語(yǔ)言，不同廠家或同廠家不同系列的單片機(jī)。其匯編語(yǔ)言指令系統(tǒng)往往互不相同，即通常所說(shuō)的“不兼容”。這就出現(xiàn)了精通51單片機(jī)匯編語(yǔ)言的人不能直接編寫PIC或其他單片機(jī)的匯編語(yǔ)言源程序，反之亦然的現(xiàn)象，以及產(chǎn)品升級(jí)換代和不同單片機(jī)問(wèn)程序移植難的問(wèn)題。而且，由于匯編語(yǔ)言是采用助記符的低級(jí)語(yǔ)言，可讀性較差，當(dāng)源程序功能多、程序長(zhǎng)時(shí)，即使加了注釋，閱讀自己編寫的程序也會(huì)感到困難，更不用說(shuō)修改程序和增加功能了。

　　目前，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)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(jī)系列，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。而客戶對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jī)，并以最快的速度開(kāi)發(fā)出完全滿足市場(chǎng)需求的智能化產(chǎn)品。用匯編語(yǔ)言編程顯然無(wú)法達(dá)到要求。

　　用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)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(hù)升級(jí)方便、代碼的重復(fù)利用率高、便于跨平臺(tái)的代碼移植等。因此，C語(yǔ)言在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛的運(yùn)用。

　　C語(yǔ)言是一種高級(jí)語(yǔ)言，具有低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，原來(lái)用各種匯編語(yǔ)言編寫的單片機(jī)程序，均可用C語(yǔ)言程序代換。

　　二、C語(yǔ)言的特點(diǎn)

　　C語(yǔ)言的特點(diǎn)可歸納如下。

　　1.語(yǔ)言簡(jiǎn)潔

　　C是一種小型語(yǔ)言，共有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語(yǔ)句，表示方法簡(jiǎn)單，只需用規(guī)范的方法。就可以構(gòu)造出功能很強(qiáng)的數(shù)據(jù)類型、語(yǔ)句和程序結(jié)構(gòu)。如用++表示加1；一一表示減1；運(yùn)算符省寫等。

　　2.表達(dá)方式靈活實(shí)用

　　C語(yǔ)言提供多種運(yùn)算符和表達(dá)式值的方法，對(duì)問(wèn)題的表達(dá)可通過(guò)多種途徑獲得，其程序設(shè)計(jì)更主動(dòng)、靈活。它語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大，如對(duì)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(dá)力強(qiáng)

　　C語(yǔ)言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)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(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。C語(yǔ)言的運(yùn)算符有34種，范圍很寬，靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)難度極大的運(yùn)算。

　　C語(yǔ)言能直接訪問(wèn)硬件的物理地址，能進(jìn)行位（bit）操作。兼有高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的許多優(yōu)點(diǎn)。

　　它既可用來(lái)編寫系統(tǒng)軟件，又可用來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，已成為一種通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。

　　4.C語(yǔ)言生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高

　　C語(yǔ)言描述問(wèn)題比匯編語(yǔ)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(yǔ)言相當(dāng)。

　　5.結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

　　C語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，提供編寫結(jié)構(gòu)化程序所需的控制流的結(jié)構(gòu)語(yǔ)句，如for、while、do…while、lf…else等；用函數(shù)作為程序設(shè)計(jì)的基本單位，以實(shí)現(xiàn)程序的模塊化；其源文件還可分割為多個(gè)源文件，以分別對(duì)各源文件進(jìn)行編譯，再連接生成可執(zhí)行的目標(biāo)碼（hex）文件。

　　6.可移植性

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

　　三、學(xué)習(xí)方法

　　用PIC單片機(jī)開(kāi)發(fā)電子產(chǎn)品和用C語(yǔ)言編程，最主要的是要堅(jiān)持學(xué)習(xí)，不能中斷。應(yīng)通過(guò)各種實(shí)例程序來(lái)學(xué)習(xí)C語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則。要熟練掌握C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型表達(dá)方法、各種運(yùn)算符、各種語(yǔ)句結(jié)構(gòu)。

　　最好能背誦。要學(xué)會(huì)用C函數(shù)實(shí)現(xiàn)所需功能的方法。實(shí)際上，每個(gè)C函數(shù)都相當(dāng)于一個(gè)功能模塊，一個(gè)C函數(shù)便可實(shí)現(xiàn)一種功能。

　　此外，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)PIC單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品，必須具有PIC單片機(jī)匯編語(yǔ)言知識(shí)。如果你已經(jīng)掌握了用匯編語(yǔ)言編寫PIC單片機(jī)源程序的方法，最好將編寫成功的PIC單片機(jī)匯編語(yǔ)言源程序，逐個(gè)用C語(yǔ)言源文件代換，從中體會(huì)C語(yǔ)言的優(yōu)越性。

　　四、簡(jiǎn)單的C 語(yǔ)言程序

　　為了幫助讀者進(jìn)入C語(yǔ)言編程環(huán)境，要給大家介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言程序。

　　下面扼要介紹該程序所用到的C語(yǔ)言基本知識(shí)。更多的知識(shí)則在后文詳細(xì)介紹。

　　1.主函數(shù)main（ ）

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

　　2.C語(yǔ)言函數(shù)

　　C語(yǔ)言程序的基本單位是函數(shù)。C語(yǔ)言程序必須有且只能有一個(gè)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(kù)函數(shù)，也可以是程序設(shè)計(jì)者自己編寫的函數(shù)——對(duì)于MCU （如PIC單片機(jī)），所用的大多是自己編寫的函數(shù)。一個(gè)函數(shù)由函數(shù)頭和函數(shù)體兩部分組成，每個(gè)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(biāo)志——（ ），即一對(duì)圓括號(hào)，以及參數(shù)表，又稱函數(shù)形式參數(shù)名和參數(shù)說(shuō)明（定義形式參數(shù)類型）組成。

　　前兩項(xiàng)必須有，如主函數(shù)main（ ），后兩項(xiàng)為即可選項(xiàng)。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(duì)花括號(hào)：{}括起來(lái)，括號(hào)內(nèi)由若干語(yǔ)句組成。這些語(yǔ)句有兩種類型：一類是說(shuō)明語(yǔ)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(yǔ)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(méi)有變量定義部分，但有若干執(zhí)行語(yǔ)句。而在特定的情況下，則既無(wú)聲明部分，也無(wú)執(zhí)行部分，如：

　　Dump（ ）

　　{}

　　這是一個(gè)空函數(shù)。什么也不做，它也是合法的函數(shù)。

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

（3）賦值運(yùn)算符賦值號(hào)“=”，即賦值運(yùn)算符。

　　賦值運(yùn)算符有三種表達(dá)形式，這里先介紹一種簡(jiǎn)單的賦值運(yùn)算符。

　　格式：變量=表達(dá)式。

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

　　PORTB=0X0 3

　　TRISB=0×0 0

　　TRISA=0X0 F （0X代表十六進(jìn)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(diǎn)燈電路和C語(yǔ)言程序

　　下面以控制PIC16F84A單片機(jī)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(yǔ)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(kāi)發(fā)環(huán)境及PICC編譯器，所生成的C語(yǔ)言源程序又稱源文件。

　　在編寫C的源程序時(shí)，需要定義硬件的標(biāo)志頭文件（也稱包含頭文件或頭文件）。因?yàn)橛脩艚?jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)寄存器地址和其位地址都被定義在Pic h標(biāo)志頭文件中，按C語(yǔ)言編譯器編譯源程序的語(yǔ)法規(guī)則，在編寫C語(yǔ)言程序時(shí)，必須使用#include語(yǔ)句，把這個(gè)pic.h頭文件包含到自己的源程序中。即對(duì)于PIC中級(jí)產(chǎn)品的單片機(jī)，C語(yǔ)言程序的開(kāi)頭是固定格式#includepic.h>。編譯器在編譯處理#includepic.h>語(yǔ)句時(shí)，會(huì)把pic.h的內(nèi)容。復(fù)制到你的源程序中，這樣PICC才認(rèn)為用戶使用的標(biāo)準(zhǔn)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(huì)合法地使用這些標(biāo)準(zhǔn)寄存器及其對(duì)應(yīng)的位。關(guān)于MPLAP IDE V7.4和picc編譯器，在后文還會(huì)詳細(xì)介紹。

　　4.PIC單片機(jī)端口寄存器的位定義

　　這里介紹的PIC單片機(jī)端口的位定義，屬于需要背誦的內(nèi)容。

　　以PIRTB為例，PIC單片機(jī)端口寄存器的位（即8位）定義，實(shí)寫如下：

　　5.延時(shí)函數(shù)

　　PiC單片機(jī)C語(yǔ)言中的延時(shí)函數(shù)（即延時(shí)一定值），有多種等效的編寫，這里介紹一種最簡(jiǎn)延時(shí)函數(shù)，在后文中，我們還會(huì)詳細(xì)介紹各種延時(shí)函數(shù)。

　　函數(shù)中的K為給定的整形值

6.C語(yǔ)言程序清單

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

　　說(shuō)明：以上是一個(gè)完整的，可執(zhí)行圖1 LED點(diǎn)燈的C程序，主要由端口寄存器PORTB 1：3的位定義，延時(shí)函數(shù)delay （）定義； 主函數(shù)main（）、延時(shí)函數(shù)void delay（ ）及各種語(yǔ)句等組成。

　　該C程序第三行以符號(hào)“∥”開(kāi)頭的說(shuō)明文是一個(gè)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(shuō)明程序的相關(guān)功能、注意事項(xiàng)，以及說(shuō)明有關(guān)算法等。注釋應(yīng)盡可能簡(jiǎn)捷。在編譯時(shí)，注釋不產(chǎn)生代碼。C程序還可用“ ”開(kāi)頭到“ ”結(jié)尾之間的內(nèi)容作注釋，與符號(hào)“∥”開(kāi)頭的注釋是等效的。

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

　　第二行是PIC單片機(jī)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(duì)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(shí)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(dá)方式。在用C語(yǔ)言編寫PIC單片機(jī)源文件時(shí)，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(dá)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(shí)也應(yīng)用PORTB—O： 或位定義用了PORT_O，對(duì)應(yīng)賦值時(shí)也應(yīng)用PORT_O。

（待續(xù)）