C語言在單片機開發中的應用分析
「本文簡要闡述了C語言在單片機程序開發中的應用優勢，就C語言在單片機開發中的具體步驟進行了分析探討，包括開發工具的選擇與安裝、建立源文件、調試編譯程序以及生成HEX文件，并在此基礎上提出了C語言在單片機開發應用過程中應注意的一些事項。(2023-2-25)」
關鍵詞：C語言;單片機開發;C語言編程
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A
文章編號：1009-3044（2020）03-0265-02
C語言是一門面向過程的高級計算機編程語言，與匯編語言相較，利用C語言進行編程工作量少，可讀性好，易于修改、移植和調試，且可以保證代碼質量。由于C語言兼顧了高級語言與匯編語言的優點，且不需要任何環境支持便可以運行，普適性強，因此在編程領域得到了廣泛的運用。運用C語言進行單片機程序的開發，開發者無須對單片機硬件結構進行全面了解也可以進行高效編程，這為單片機程序開發提供了很大的便利，使得單片機程序開發變得簡單且可靠。本文基于單片機程序開發實踐，就C語言在單片機開發中的應用進行分析探討，以期能夠為廣大單片機程序開發者提供一些參考與借鑒。
1 C語言在單片機程序開發中的應用優勢
單片機屬于一種微型計算機，具有體積小、功耗小、功能強大等特點，在工業控制領域及現代電子產品設計中具有廣泛的應用。單片機除對體積、功耗等具有嚴格要求外，還依賴于應用程序的開發。由于單片機內部存儲器的存儲空間較小且對運行效率要求較高，因此，對于應用程序開發來說，必須要考慮編譯代碼所占的空間大小問題及運行效率問題。匯編語言屬于第二代編程語言，是面向機器的程序設計語言，其特點是保持了機器語言優秀的執行效率，能夠直接控制硬件，同時具有可讀性及簡便性，且程序占用存儲空間少，這些特點十分契合單片機程序的開發要求，因此，單片機程序開發中匯編語言的應用十分廣泛。但匯編語言作為一種面向機器的語言，對于開發者來說并不是十分友好，主要表現為程序代碼的可讀性較差、編寫和調試復雜、移植困難等。
C語言兼顧了高級語言與匯編語言的優點，相較于匯編語言，具有更高的可閱讀性，便于理解，調試、修改更為容易簡便;更為重要的是，其具有良好的可移植性，大大提高了程序的重復利用率，有助于程序開發人員提高程序編寫效率。C語言的跨平臺特性是其最為顯著的特征，這使得用C語言編寫的程序可以在不同的計算機平臺穩定運行，大大提高了程序開發者的工作效率，減少了成本。C語言擁有34種運算符，數組、指針等多種表達方式，庫函數豐富，運算結構簡單易懂。由于C語言包含了單片機的指令集，因此，對于一些簡單的單片機程序開發，即使程序開發者不了解單片機的硬件結構，也可以用C語言編寫出高質量的程序代碼。C語言將程序開發分解為多個互不影響的功能模塊，這使得后期優化變得更為便利[1]。隨著單片機的應用范圍不斷拓展，C語言憑借其強大的功能及特性，在單片機程序開發中的應用優勢日益明顯，得到了單片機開發者的廣泛應用。
2 C語言在單片機開發中的具體應用步驟
2.1 開發工具的選擇與安裝
C語言開發工具的選擇與安裝是運用C語言進行單片機開發的首要環節。C語言開發工具又叫C語言編譯器或集成開發環境，C語言的編譯器有很多種，不同的平臺下有不同的編譯器，如Windows下常用的是微軟編譯器cl.exr，Linux下常用的是CUN組織開發的GCC，Mac下常用的是LLVM/Clang。安裝編譯器或者IDE（集成開發環境），也叫搭建開發環境。Windows下的C語言IDE眾多，常用的包括Visual Studio、Dev C++、VisualC++6.0等。
Visual Studio（簡稱VS），它是Windows下的標準IDE，但是VS安裝包有點龐大，下載不方便，安裝時間較長，而且會安裝很多暫時用不到的工具。Dev C++是一款免費開源的C/C++IDE，內嵌CCC編譯器（Linux GCC編譯器的Windows移植版），優點是體積�。ㄖ挥袔资祝�、安裝卸載方便、學習成本低，缺點是調試功能弱。Visual C++ 6.0（簡稱VC 6.0）是微軟開發的一款經典的IDE，但VC 6.0是1998年的產品，在Win7、Win8、Winl0T會有各種各樣的兼容性問題，甚至根本不能運行，目前基本只作為教學工具來使用。除上述開發工具外，Windows平臺下還有很多其他的IDE，如Code：：Blocks是一款開源、跨平臺、免費的C/C++ IDE，它和Dev C++非常類似，小巧靈活，易于安裝和卸載，不過它的界面要比Dev C++復雜一些;Turbo C是一款DOS年代的C語言開發工具，程序員只能使用鍵盤來操作Turbo C，不能使用鼠標，所以非常不方便。但是Turbo C集成了一套圖形庫，可以在控制臺程序中畫圖，所以至今仍然有人在使用;C-Free是一款國產Windows下的C/C++ IDE，整個軟件只有14M，非常輕巧，安裝也簡單，界面也比Dev C++漂亮，缺點也是調試功能弱。這些工具在功能、難易度等方面各異，實際應用中可以根據具體的單片機設計來合理選擇。
2.2 建立C源文件
搭建好開發環境后，在開始編程前，首先需要創建一個新的項目，可以用項目特征來進行命名，選擇好存儲路徑即可完成新項目的建立。這里需要注意的是，項目名稱和存儲路徑最好不要包含中文。接下來就是在所創建項目中添加源文件，可以是新建文件也可以將以往程序文件內容添加到項目當中;之后需要再創建一個全新的語言程序文件，并在文字編輯窗口中利用void、signed、intint、void、restrict、return、continue等C語言基本語言結構對所需要的單片機程序進行逐步編寫，并在編寫任務完成后保存文件并生成最終的C語言文件[2]。
2.3 調試編譯程序
在程序代碼編寫完成之后，后續一項重要的工作就是進行調試編譯。調試編譯屬于C語言在單片機程序開發中的一個至關重要的中間環節，目的是對編寫好的程序進行檢查與完善，找出源文件中存在的BUC并進行及時的修正。在此階段，程序開發人員可以借助編譯器提供的調試模式對源程序進行仿真調試，調試過程中程序開發人員要悉心觀察程序仿真運行過程，完成對源程序的完善。編譯是將C語言編程文件轉換成機器可以識讀的文件，編輯器自動完成編譯工作并生成目標文件。生成的目標文件需要進行整合并鏈接，如果代碼沒有錯誤，則編譯器會顯示鏈接成功，并生成一個完整的可執行文件。 2.4 生成HEX文件
生成HEX文件可視為單片機C語言程序開發的最后一個環節，借助編譯器，C語言程序在完成編譯后可以生成格式文件HEX，以便被單片機獲取和執行。能夠順利生成HEX格式文件，基本可以表明單片機C語言程序開發任務已經完成，在此基礎上，借助編譯器可以將單片機HEX格式文件寫入到存儲器中，并通過仿真器對所設計的單片機程序的性能進行測試、調整。
3 C語言在單片機開發中應用的注意事項
3.1 關注編程代碼效率的提升
目前，C語言已經在單片機程序開發中被廣泛應用，但作為一種高級語言，C語言程序代碼執行效率是程序開發者應重點關注的問題。首先，應合理選擇數據類型，若可以使用字符型（char）變量，就不要使用整型變量;其次，在C語言實際應用中，執行浮點數運算時常選用double型，因為float型的精度偏低，且雙精度浮點數和單精度浮點數的計算代價相差無幾。事實上，對51單片機來說，雙精度運算比單精度運算的速度快。第三，應對各類C語言編譯器進行充分的了解，結合編程實際合理選擇編譯器。同時，還應將單片機C語言編程中出現的高頻率程序與對應的匯編語言行數進行比較匯總，對編譯效率形成一個清晰的認識，進而提高單片機C語言編程代碼的編譯、執行效率[3]。
3.2 變量類型的定義要明確
一些程序開發者受程序編寫習慣的影響，程序編寫過程中往往不考慮函數內外情況，在程序初始位置直接定義新的變量，雖然原則上并不會構成程序編寫錯誤，但一定程度上會對程序的執行產生不利影響。因此，在C語言程序編寫過程中，要注重變量類型定義的明確化，并依據編譯器版本的不同，對變量放置位置進行合理選擇。如：一般來講在C90版本的編譯器中，全局變量屬于函數外，只可以放置于引用之前，而在最新的C99版本中局部變量則可以被靈活的放置于任何位置。
參考文獻：
[1]葉曉龍.51單片機C語言編程技巧探討[J].信息與電腦：理論版，2019（04）：66-67.
[2]張延梅，論C語言在單片機開發中的應用[J].信息技術與信息化，2018（11）：78-80.
[3]張神.C語言在單片機開發中的應用分析[J].江蘇科技信息，2017（18）：47-48.
(蘿4p)
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A
文章編號：1009-3044（2020）03-0265-02
C語言是一門面向過程的高級計算機編程語言，與匯編語言相較，利用C語言進行編程工作量少，可讀性好，易于修改、移植和調試，且可以保證代碼質量。由于C語言兼顧了高級語言與匯編語言的優點，且不需要任何環境支持便可以運行，普適性強，因此在編程領域得到了廣泛的運用。運用C語言進行單片機程序的開發，開發者無須對單片機硬件結構進行全面了解也可以進行高效編程，這為單片機程序開發提供了很大的便利，使得單片機程序開發變得簡單且可靠。本文基于單片機程序開發實踐，就C語言在單片機開發中的應用進行分析探討，以期能夠為廣大單片機程序開發者提供一些參考與借鑒。
1 C語言在單片機程序開發中的應用優勢
單片機屬于一種微型計算機，具有體積小、功耗小、功能強大等特點，在工業控制領域及現代電子產品設計中具有廣泛的應用。單片機除對體積、功耗等具有嚴格要求外，還依賴于應用程序的開發。由于單片機內部存儲器的存儲空間較小且對運行效率要求較高，因此，對于應用程序開發來說，必須要考慮編譯代碼所占的空間大小問題及運行效率問題。匯編語言屬于第二代編程語言，是面向機器的程序設計語言，其特點是保持了機器語言優秀的執行效率，能夠直接控制硬件，同時具有可讀性及簡便性，且程序占用存儲空間少，這些特點十分契合單片機程序的開發要求，因此，單片機程序開發中匯編語言的應用十分廣泛。但匯編語言作為一種面向機器的語言，對于開發者來說并不是十分友好，主要表現為程序代碼的可讀性較差、編寫和調試復雜、移植困難等。
C語言兼顧了高級語言與匯編語言的優點，相較于匯編語言，具有更高的可閱讀性，便于理解，調試、修改更為容易簡便;更為重要的是，其具有良好的可移植性，大大提高了程序的重復利用率，有助于程序開發人員提高程序編寫效率。C語言的跨平臺特性是其最為顯著的特征，這使得用C語言編寫的程序可以在不同的計算機平臺穩定運行，大大提高了程序開發者的工作效率，減少了成本。C語言擁有34種運算符，數組、指針等多種表達方式，庫函數豐富，運算結構簡單易懂。由于C語言包含了單片機的指令集，因此，對于一些簡單的單片機程序開發，即使程序開發者不了解單片機的硬件結構，也可以用C語言編寫出高質量的程序代碼。C語言將程序開發分解為多個互不影響的功能模塊，這使得后期優化變得更為便利[1]。隨著單片機的應用范圍不斷拓展，C語言憑借其強大的功能及特性，在單片機程序開發中的應用優勢日益明顯，得到了單片機開發者的廣泛應用。
2 C語言在單片機開發中的具體應用步驟
2.1 開發工具的選擇與安裝
C語言開發工具的選擇與安裝是運用C語言進行單片機開發的首要環節。C語言開發工具又叫C語言編譯器或集成開發環境，C語言的編譯器有很多種，不同的平臺下有不同的編譯器，如Windows下常用的是微軟編譯器cl.exr，Linux下常用的是CUN組織開發的GCC，Mac下常用的是LLVM/Clang。安裝編譯器或者IDE（集成開發環境），也叫搭建開發環境。Windows下的C語言IDE眾多，常用的包括Visual Studio、Dev C++、VisualC++6.0等。
Visual Studio（簡稱VS），它是Windows下的標準IDE，但是VS安裝包有點龐大，下載不方便，安裝時間較長，而且會安裝很多暫時用不到的工具。Dev C++是一款免費開源的C/C++IDE，內嵌CCC編譯器（Linux GCC編譯器的Windows移植版），優點是體積�。ㄖ挥袔资祝�、安裝卸載方便、學習成本低，缺點是調試功能弱。Visual C++ 6.0（簡稱VC 6.0）是微軟開發的一款經典的IDE，但VC 6.0是1998年的產品，在Win7、Win8、Winl0T會有各種各樣的兼容性問題，甚至根本不能運行，目前基本只作為教學工具來使用。除上述開發工具外，Windows平臺下還有很多其他的IDE，如Code：：Blocks是一款開源、跨平臺、免費的C/C++ IDE，它和Dev C++非常類似，小巧靈活，易于安裝和卸載，不過它的界面要比Dev C++復雜一些;Turbo C是一款DOS年代的C語言開發工具，程序員只能使用鍵盤來操作Turbo C，不能使用鼠標，所以非常不方便。但是Turbo C集成了一套圖形庫，可以在控制臺程序中畫圖，所以至今仍然有人在使用;C-Free是一款國產Windows下的C/C++ IDE，整個軟件只有14M，非常輕巧，安裝也簡單，界面也比Dev C++漂亮，缺點也是調試功能弱。這些工具在功能、難易度等方面各異，實際應用中可以根據具體的單片機設計來合理選擇。
2.2 建立C源文件
搭建好開發環境后，在開始編程前，首先需要創建一個新的項目，可以用項目特征來進行命名，選擇好存儲路徑即可完成新項目的建立。這里需要注意的是，項目名稱和存儲路徑最好不要包含中文。接下來就是在所創建項目中添加源文件，可以是新建文件也可以將以往程序文件內容添加到項目當中;之后需要再創建一個全新的語言程序文件，并在文字編輯窗口中利用void、signed、intint、void、restrict、return、continue等C語言基本語言結構對所需要的單片機程序進行逐步編寫，并在編寫任務完成后保存文件并生成最終的C語言文件[2]。
2.3 調試編譯程序
在程序代碼編寫完成之后，后續一項重要的工作就是進行調試編譯。調試編譯屬于C語言在單片機程序開發中的一個至關重要的中間環節，目的是對編寫好的程序進行檢查與完善，找出源文件中存在的BUC并進行及時的修正。在此階段，程序開發人員可以借助編譯器提供的調試模式對源程序進行仿真調試，調試過程中程序開發人員要悉心觀察程序仿真運行過程，完成對源程序的完善。編譯是將C語言編程文件轉換成機器可以識讀的文件，編輯器自動完成編譯工作并生成目標文件。生成的目標文件需要進行整合并鏈接，如果代碼沒有錯誤，則編譯器會顯示鏈接成功，并生成一個完整的可執行文件。 2.4 生成HEX文件
生成HEX文件可視為單片機C語言程序開發的最后一個環節，借助編譯器，C語言程序在完成編譯后可以生成格式文件HEX，以便被單片機獲取和執行。能夠順利生成HEX格式文件，基本可以表明單片機C語言程序開發任務已經完成，在此基礎上，借助編譯器可以將單片機HEX格式文件寫入到存儲器中，并通過仿真器對所設計的單片機程序的性能進行測試、調整。
3 C語言在單片機開發中應用的注意事項
3.1 關注編程代碼效率的提升
目前，C語言已經在單片機程序開發中被廣泛應用，但作為一種高級語言，C語言程序代碼執行效率是程序開發者應重點關注的問題。首先，應合理選擇數據類型，若可以使用字符型（char）變量，就不要使用整型變量;其次，在C語言實際應用中，執行浮點數運算時常選用double型，因為float型的精度偏低，且雙精度浮點數和單精度浮點數的計算代價相差無幾。事實上，對51單片機來說，雙精度運算比單精度運算的速度快。第三，應對各類C語言編譯器進行充分的了解，結合編程實際合理選擇編譯器。同時，還應將單片機C語言編程中出現的高頻率程序與對應的匯編語言行數進行比較匯總，對編譯效率形成一個清晰的認識，進而提高單片機C語言編程代碼的編譯、執行效率[3]。
3.2 變量類型的定義要明確
一些程序開發者受程序編寫習慣的影響，程序編寫過程中往往不考慮函數內外情況，在程序初始位置直接定義新的變量，雖然原則上并不會構成程序編寫錯誤，但一定程度上會對程序的執行產生不利影響。因此，在C語言程序編寫過程中，要注重變量類型定義的明確化，并依據編譯器版本的不同，對變量放置位置進行合理選擇。如：一般來講在C90版本的編譯器中，全局變量屬于函數外，只可以放置于引用之前，而在最新的C99版本中局部變量則可以被靈活的放置于任何位置。
參考文獻：
[1]葉曉龍.51單片機C語言編程技巧探討[J].信息與電腦：理論版，2019（04）：66-67.
[2]張延梅，論C語言在單片機開發中的應用[J].信息技術與信息化，2018（11）：78-80.
[3]張神.C語言在單片機開發中的應用分析[J].江蘇科技信息，2017（18）：47-48.
(蘿4p)