單片機C語(yǔ)言編程應注意的若干問(wèn)題

作為一種結構化的程序設計語(yǔ)言，C語(yǔ)言的特點(diǎn)就是可以使你盡量少地對硬件進(jìn)行操作，具有很強的功能性、結構性和可移植性，常常被優(yōu)選作為單片機系統的編程語(yǔ)言。但是基于單片機的C語(yǔ)言和標準C語(yǔ)言有很大區別，如何結合單片機的系統資源，用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)符合實(shí)際工程需要的單片機系統，對用編程者來(lái)說(shuō)具有十分重要的意義。

1　單片機C語(yǔ)言主要特點(diǎn)

用C 編寫(xiě)程序比匯編更符合人們的思考習慣，開(kāi)發(fā)者可以擺脫與硬件無(wú)必要的接觸，更專(zhuān)心的考慮功能和算法而不是考慮一些細節問(wèn)題，這樣就減少了開(kāi)發(fā)和調試的時(shí)間。C語(yǔ)言具有良好的程序結構,適用于模塊化程序設計，因此采用C語(yǔ)言設計單片機應用系統程序時(shí)，首先要盡可能地采用結構化的程序設計方法，將功能模塊化，由不同的模塊完成不同的功能[1]，這樣可使整個(gè)應用系統程序結構清晰，易于調試和維護。不同的功能模塊，分別指定相應的入口參數和出口參數，對于一些要重復調用的程序一般把其編成函數，這樣可以減少程序代碼的長(cháng)度，又便于整個(gè)程序的管理，還可增強可讀性和移植性。

在實(shí)際單片機程序設計中，程序結構一般均采用如下結構：
#includereg51.h> /*頭文件說(shuō)明部份*/
unsigned char x1，x2； /*全局變量聲明部份*/
…Function1(… ){ /*功能函數定義部份*/
……　　　　　}
main()　{
　 inti,j; /*　整型變量聲明部份*/　
Function1(…); /*　功能函數說(shuō)明部份*/
……}

2 單片機C語(yǔ)言與標準C語(yǔ)言的區別

由于現在越來(lái)越多的產(chǎn)品都采用單片機開(kāi)發(fā)，所完成的計算和控制工作也日趨復雜，但是單片機系統是一種資源十分有限的系統，這主要表現在程序存儲器資源的不足，因此在程序設計時(shí)如何使用好這些有限的資源就顯得十分重要。用C語(yǔ)言編程雖然具有許多的優(yōu)點(diǎn)，但是生成的代碼相對要長(cháng)，要是編程技術(shù)不好，生成的代碼甚至有可能比匯編語(yǔ)言生成的代碼長(cháng)幾倍，因此對編程者來(lái)說(shuō)，應該注意到單片機C語(yǔ)言和一般意義上的標準C語(yǔ)言的區別，對程序進(jìn)行適當的優(yōu)化。

2.1 數據類(lèi)型的選用

單片機C語(yǔ)言編程不同于一般的C語(yǔ)言編程的顯著(zhù)的一個(gè)特點(diǎn)，就是要和程序存儲器資源結合起來(lái)，雖然其提供的數據據類(lèi)型十分豐富，但是只有bit和char 等數據類(lèi)型是是機器語(yǔ)言直接支持的數據類(lèi)型，用此類(lèi)數據類(lèi)型的語(yǔ)句所生成的代碼較短；而其它的數據類(lèi)型如整型、浮點(diǎn)型等數據要有一定的內部程序或內部函數的支持，相對來(lái)說(shuō)用該類(lèi)數據類(lèi)型的語(yǔ)句生成的代碼要長(cháng)。有些C語(yǔ)言程序表面上看起來(lái)十分的簡(jiǎn)單，但在在實(shí)際編譯時(shí)，生成的代碼卻相當長(cháng)。因此我們要按照實(shí)際需要，合理地選用數據，可以大大的減少所生成的代碼長(cháng)度。例如在C51中每種數據類(lèi)型變量所占用存儲器字節數和經(jīng)編譯后生成的代碼長(cháng)度如表1所示:

表1 不同數據類(lèi)型占用存儲器字節數和代碼長(cháng)度對比

通過(guò)表1我們知道，不同的數據類(lèi)型所生成的機器代碼長(cháng)度相差很多，相同類(lèi)型的數據類(lèi)型有無(wú)符號對機器代碼長(cháng)度也有影響。在程序編譯時(shí)生成機器代碼長(cháng)的數據類(lèi)型的優(yōu)先級越高，不同的數據類(lèi)型在進(jìn)行程序運算時(shí)要轉化為高優(yōu)先級的的數據類(lèi)型，相應的代碼長(cháng)度也會(huì )增長(cháng)[2]。因此我們應盡可能地使用 bit,char等機器語(yǔ)言直接支持的數據類(lèi)型，無(wú)符號數的變量應聲明為無(wú)符號數，盡可能地減少程序中使用的數據類(lèi)型的種類(lèi)。

2.2 算法設計問(wèn)題

單片機C語(yǔ)言和標準C語(yǔ)言存在著(zhù)很大差別，在計算機上進(jìn)行C語(yǔ)言程序設計時(shí)由于不必考慮程序代碼的長(cháng)短，只需考慮程序功能實(shí)現，但是在單片機上進(jìn)行C語(yǔ)言程序設計就必須考慮系統的硬件資源。有時(shí)并不是程序的算法越簡(jiǎn)單、長(cháng)度越短越好，因為有一些算法要調用一些內部的子程序和函數，生成的機器代碼長(cháng)度非常長(cháng)。不同的算法對程序代碼長(cháng)度影響十分大，因此在進(jìn)行程序設計時(shí)，就盡量采用程序生成代碼短的算法，在不影響程序功能實(shí)現的情況下可以采用一些優(yōu)化算法 [2]。

在單片機C語(yǔ)言編譯成機器代碼時(shí)，不同的運算生成的機器代碼的長(cháng)度相差很大，盡可能地減少程序中對某種數據類(lèi)型的運算種類(lèi),越復雜的數據類(lèi)型效果越明顯。在進(jìn)行數據計算時(shí)，在一定的精度范圍內，可以用一些近似的計算來(lái)完成一些運算,既不損失精度又能減少大量的代碼。比如：用邏輯AND/取模比MOD/%操作更有效。

在用熱敏電阻測量溫度時(shí)，可根據熱敏電阻—溫度特性公式來(lái)求值。數學(xué)表達式表示為：
RT=RT0expB(1/T-1/T0)

如果直接按照公式溫度時(shí)程序結構簡(jiǎn)單，算法復雜度不高，但是程序將調用Math.h>文件中的對數函數，在編譯成機器碼時(shí)函數有1K多字節，對于一般只有幾K字節的單片機系統來(lái)說(shuō)，這是十分不合適的?？紤]到系統資源問(wèn)題可以用一種替代方法—查表法來(lái)實(shí)現算法。只要給出一定溫度范圍內不同溫度值對應熱敏電阻的電阻值，然后建立表格，只要按照系統求出的阻值，進(jìn)行查表，插值，就可以求出相應的溫度值。這種算法相比前面的的公式法的算法復雜高，C語(yǔ)言程序代碼也長(cháng)，但在編譯成機器碼時(shí)，代碼長(cháng)度卻很短，只有一、二百字節。

3 　數據存儲器的分配

單片機內部數據存儲器RAM只有幾百字節，如果擴展外部存儲器RAM來(lái)提高數據存儲量話(huà)必將會(huì )增加了硬件成本,使系統更加的復雜，訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器比訪(fǎng)問(wèn)內部存儲器所需的代碼也要長(cháng)得多。有效地使用片內存儲器、提高存儲器空間的利用率對開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)十分關(guān)鍵。