PIC單片機(jī)C語(yǔ)言編程教程(1)

但在單片機(jī)上用 C 語(yǔ)言寫程序和在 PC 機(jī)上寫程序絕對(duì)不能簡(jiǎn)單等同。現(xiàn)在的 PC 機(jī)資

源十分豐富，運(yùn)算能力強(qiáng)大，因此程序員在寫 PC 機(jī)的應(yīng)用程序時(shí)幾乎不用關(guān)心編譯后的可

執(zhí)行代碼在運(yùn)行過(guò)程中需要占用多少系統(tǒng)資源，也基本不用擔(dān)心運(yùn)行效率有多高。寫單片機(jī)

的 C 程序最關(guān)鍵的一點(diǎn)是單片機(jī)內(nèi)的資源非常有限，控制的實(shí)時(shí)性要求又很高，因此，如

果沒有對(duì)單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)和硬件資源作詳盡的了解，以筆者的愚見認(rèn)為是無(wú)法寫出高質(zhì)量實(shí)

用的 C 語(yǔ)言程序。這就是為什么前面所有章節(jié)中的的示范代碼全部用基礎(chǔ)的匯編指令實(shí)現(xiàn)

的原因，希望籍此能使讀者對(duì) PIC 單片機(jī)的指令體系和硬件資源有深入了解，在這基礎(chǔ)之

上再來(lái)討論 C 語(yǔ)言編程，就有水到渠成的感覺。

本書圍繞中檔系列 PIC 單片機(jī)來(lái)展開討論，Microchip 公司自己沒有針對(duì)中低檔系列 PIC

單片機(jī)的 C 語(yǔ)言編譯器，但很多專業(yè)的第三方公司有眾多支持 PIC 單片機(jī)的 C 語(yǔ)言編譯器

提供，常見的有 Hitech、CCS、IAR、Bytecraft 等公司。其中筆者最常用的是 Hitech 公司的

PICC 編譯器，它穩(wěn)定可靠，編譯生成的代碼效率高，在用 PIC 單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)

的工程師群體中得到廣泛認(rèn)可。其正式完全版軟件需要購(gòu)置，但在其網(wǎng)站上有限時(shí)的試用版

供用戶評(píng)估。另外，Hitech 公司針對(duì)廣大 PIC 的業(yè)余愛好者和初學(xué)者還提供了完全免費(fèi)的學(xué)

習(xí)版 PICC-Lite 編譯器套件，它的使用方式和完全版相同，只是支持的 PIC 單片機(jī)型號(hào)限制

在 PIC16F84、PIC16F877 和 PIC16F628 等幾款。這幾款 Flash 型的單片機(jī)因其所具備的豐富

的片上資源而最適用于單片機(jī)學(xué)習(xí)入門，因此筆者建議感興趣的讀者可從 PICC-Lite 入手掌

握 PIC 單片機(jī)的 C 語(yǔ)言編程。

在此列出幾個(gè)主要的針對(duì) PIC 單片機(jī)的 C 編譯器相關(guān)連接網(wǎng)址，供讀者參考：

Hitech-PICC： www.htsoft.com

IAR：www.iar.com

CCS：www.ccsinfo.com/picc.shtml

ByteCraft：www.bytecraft.com/mpccaps.html

語(yǔ)法和基礎(chǔ)知識(shí)介紹，因?yàn)樵谶@些方面都有大量的書籍可以參考。重點(diǎn)突出針對(duì) PIC 單片

機(jī)的特點(diǎn)而所需要特別注意的地方。

11.2

Hitech-PICC 編譯器

PICC 基本上符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，除了一點(diǎn)：它不支持函數(shù)的遞歸調(diào)用。其主要原因是因

為 PIC 單片機(jī)特殊的堆棧結(jié)構(gòu)。在前面介紹 PIC 單片機(jī)架構(gòu)時(shí)已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了 PIC 單片機(jī)

中的堆棧是硬件實(shí)現(xiàn)的，其深度已隨芯片而固定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)需要大量堆棧操作的遞歸算法；

另外在 PIC 單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)軟件堆棧的效率也不是很高，為此，PICC 編譯器采用一種叫做“靜

態(tài)覆蓋”的技術(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì) C 語(yǔ)言函數(shù)中的局部變量分配固定的地址空間。經(jīng)這樣處理后產(chǎn)

生出的機(jī)器代碼效率很高，按筆者實(shí)際使用的體會(huì)，當(dāng)代碼量超過(guò) 4K 字后，C 語(yǔ)言編譯出

的代碼長(zhǎng)度和全部用匯編代碼實(shí)現(xiàn)時(shí)的差別已經(jīng)不是很大（<10%），當(dāng)然前提是在整個(gè) C

代碼編寫過(guò)程中須時(shí)時(shí)處處注意所編寫語(yǔ)句的效率，而如果沒有對(duì) PIC 單片機(jī)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)、

各功能模塊及其匯編指令深入了解，要做到這點(diǎn)是很難的。

11.3

MPLAB-IDE 內(nèi)掛接 PICC

PICC 編譯器可以直接掛接在 MPLAB-IDE 集成開發(fā)平臺(tái)下，實(shí)現(xiàn)一體化的編譯連接和

原代碼調(diào)試。使用 MPLAB-IDE 內(nèi)的調(diào)試工具 ICE2000、ICD2 和軟件模擬器都可以實(shí)現(xiàn)原

代碼級(jí)的程序調(diào)試，非常方便。

首先必須在你的計(jì)算機(jī)中安裝PICC編譯器，無(wú)論是完全版還是學(xué)習(xí)版都可以和

MPLAB-IDE掛接。安裝成功后可以進(jìn)入IDE，選擇菜單項(xiàng)Project Set Language Tool

Locations…，打開語(yǔ)言工具掛接設(shè)置對(duì)話框，如圖 11-1 所示：

%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/7.jpg" src="file:///F:/data/%C3%83%C2%8F%C3%83%C2%82%C3%83%C2%94%C3%83%C2%98/PIC%C3%82%C2%B5%C3%82%C2%A5%C3%83%C2%86%C3%82%C2%AC%C3%82%C2%BB%C3%83%C2%BAC%C3%83%C2%93%C3%83%C2%AF%C3%83%C2%91%C3%83%C2%94%C3%82%C2%B1%C3%83%C2%A0%3Cwbr%3E%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/7.jpg" />

圖 11-1 MPLAB-IDE 語(yǔ)言工具設(shè)置對(duì)話框

在對(duì)話框中選擇“HI-TECH PICC Toolsuite”欄，展開可執(zhí)行文件組“Executable”后，

列出了將被 MPLAB-IDE 后臺(tái)調(diào)用的編譯器所用到的所有可執(zhí)行文件，其中有匯編編譯器

“PICC Assembler”、C 原程序編譯器“PICC Compiler”和連接定位程序“PICC Linker”。同

時(shí)在此列表中還顯示了對(duì)應(yīng)的可執(zhí)行程序名，請(qǐng)注意在這里都是“PICC.EXE”。用鼠標(biāo)分別

點(diǎn)擊選中這三項(xiàng)可執(zhí)行文件，觀察對(duì)話框下面“Location”一欄中顯示的文件路徑，用

“Browse…”按紐，從計(jì)算機(jī)中已經(jīng)安裝的 PICC 編譯器文件夾中選擇 PICC.EXE 文件。實(shí)

際上 PICC.EXE 只是一個(gè)調(diào)度管理程序，它會(huì)按照所輸入的文件擴(kuò)展名自動(dòng)調(diào)用對(duì)應(yīng)的編譯

器和連接器，用戶要注意的是 C 語(yǔ)言原程序擴(kuò)展名用“.c”，匯編原程序用“.as”即可。

工具掛接完成后，在建立項(xiàng)目時(shí)可以選擇語(yǔ)言工具為“HI-TECH PICC”，具體步驟可以

參閱第三章 3.1.3 節(jié)，此處不再重復(fù)。項(xiàng)目建立完成后可以加入 C 或匯編原程序，也可以加

入已有的庫(kù)文件或已經(jīng)編譯的目標(biāo)文件。最常見的是只加入 C 原程序。用 C 語(yǔ)言編程的好

處是可以實(shí)現(xiàn)模塊化編程。程序編寫者應(yīng)盡量把相互獨(dú)立的控制任務(wù)用多個(gè)獨(dú)立的 C 原程序文件實(shí)

現(xiàn)，如果程序量較大，一般不要把所有的代碼寫在一個(gè)文件內(nèi)。

圖 11-2 列出的是筆者建立的一個(gè)項(xiàng)目中所有 C 原程序模塊，其中主控、數(shù)值計(jì)算、I2C 總線操

作、命令按鍵處理和液晶顯示驅(qū)動(dòng)等不同的功能分別在不同的獨(dú)立的原程序模塊中實(shí)現(xiàn)。

%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/8.jpg" src="file:///F:/data/%C3%83%C2%8F%C3%83%C2%82%C3%83%C2%94%C3%83%C2%98/PIC%C3%82%C2%B5%C3%82%C2%A5%C3%83%C2%86%C3%82%C2%AC%C3%82%C2%BB%C3%83%C2%BAC%C3%83%C2%93%C3%83%C2%AF%C3%83%C2%91%C3%83%C2%94%C3%82%C2%B1%C3%83%C2%A0%3Cwbr%3E%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/8.jpg" />

圖 11-2 C 語(yǔ)言多模塊編程

11.4 PIC 單片機(jī)的 C 語(yǔ)言原程序基本框架

基于 PICC 編譯環(huán)境編寫 PIC 單片機(jī)程序的基本方式和標(biāo)準(zhǔn) C 程序類似，程序一般由以

下幾個(gè)主要部分組成：

&O1540; 在程序的最前面用#include 預(yù)處理指令引用包含頭文件，其中必須包含一個(gè)編譯器

提供的“pic.h”文件，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)內(nèi)特殊寄存器和其它特殊符號(hào)的聲明；

&O1540; 用“__CONFIG”預(yù)處理指令定義芯片的配置位；

&O1540; 聲明本模塊內(nèi)被調(diào)用的所有函數(shù)的類型，PICC 將對(duì)所調(diào)用的函數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的類型

匹配檢查；

&O1540; 定義全局變量或符號(hào)替換；

&O1540; 實(shí)現(xiàn)函數(shù)（子程序），特別注意 main 函數(shù)必須是一個(gè)沒有返回的死循環(huán)。

下面的例 11-1 為一個(gè) C 原程序的范例，供大家參考。

#include //包含單片機(jī)內(nèi)部資源預(yù)定義

#include “pc68.h” //包含自定義頭文件

//定義芯片工作時(shí)的配置位

__CONFIG (HS & PROTECT & PWRTEN & BOREN & WDTDIS);

//聲明本模塊中所調(diào)用的函數(shù)類型

void SetSFR(void);

void Clock(void);

void KeyScan(void);

void Measure(void);

void LCD_Test(void);

void LCD_Disp(unsigned char);

//定義變量

unsigned char second, minute, hour;

bit flag1,flag2;

//函數(shù)和子程序

void main(void)

{

SetSFR();

PORTC = 0x00;

TMR1H += TMR1H_CONST;

LED1 = LED_OFF;

LCD_Test();

//程序工作主循環(huán)

while(1) {

asm(“clrwdt”);

Clock();

KeyScan();

Measure();

SetSFR();

}

}

//清看門狗

//更新時(shí)鐘

//掃描鍵盤

//數(shù)據(jù)測(cè)量

//刷新特殊功能寄存器

11.5

PICC 中的變量定義

例 11-1 C 語(yǔ)言原程序框架舉例

11.5.1 PICC 中的基本變量類型

PICC 遵循 Little-endian 標(biāo)準(zhǔn)，多字節(jié)變量的低字節(jié)放在存儲(chǔ)空間的低地址，高字節(jié)放

在高地址。

11.5.2 PICC 中的高級(jí)變量

基于表 11-1 的基本變量，除了 bit 型位變量外，PICC 完全支持?jǐn)?shù)組、結(jié)構(gòu)和聯(lián)合等復(fù)

合型高級(jí)變量，這和標(biāo)準(zhǔn)的 C 語(yǔ)言所支持的高級(jí)變量類型沒有什么區(qū)別。例如：

數(shù)組：unsigned int data[10];

結(jié)構(gòu)：struct commInData {

unsigned char inBuff[8];

unsigned char getPtr, putPtr;

};

聯(lián)合：union int_Byte {

unsigned char c[2];

unsigned int i;

};

例 11-2 C 語(yǔ)言高級(jí)變量舉例

11.5.3 PICC 對(duì)數(shù)據(jù)寄存器 bank 的管理

為了使編譯器產(chǎn)生最高效的機(jī)器碼，PICC 把單片機(jī)中數(shù)據(jù)寄存器的 bank 問題交由編程

員自己管理，因此在定義用戶變量時(shí)你必須自己決定這些變量具體放在哪一個(gè) bank 中。如

果沒有特別指明，所定義的變量將被定位在 bank0，例如下面所定義的這些變量：

unsigned char buffer[32];

bit flag1,flag2;

float val[8];

除了 bank0 內(nèi)的變量聲明時(shí)不需特殊處理外，定義在其它 bank 內(nèi)的變量前面必須加上

相應(yīng)的 bank 序號(hào)，例如：

bank1 unsigned char buffer[32]; //變量定位在 bank1 中

bank2 bit flag1,flag2;

bank3 float val[8];

//變量定位在 bank2 中

//變量定位在 bank3 中

中檔系列 PIC 單片機(jī)數(shù)據(jù)寄存器的一個(gè) bank 大小為 128 字節(jié)，刨去前面若干字節(jié)的特

殊功能寄存器區(qū)域，在 C 語(yǔ)言中某一 bank 內(nèi)定義的變量字節(jié)總數(shù)不能超過(guò)可用 RAM 字節(jié)

數(shù)。如果超過(guò) bank 容量，在最后連接時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)，大致信息如下：

Error[000] : Cant find 0x12C words for psect rbss_1 in segment BANK1

連接器告訴你總共有 0x12C（300）個(gè)字節(jié)準(zhǔn)備放到 bank1 中但 bank1 容量不夠。顯然，只

有把一部分原本定位在 bank1 中的變量改放到其它 bank 中才能解決此問題。

雖然變量所在的 bank 定位必須由編程員自己決定，但在編寫原程序時(shí)進(jìn)行變量存取操

作前無(wú)需再特意編寫設(shè)定 bank 的指令。C 編譯器會(huì)根據(jù)所操作的對(duì)象自動(dòng)生成對(duì)應(yīng) bank 設(shè)

定的匯編指令。為避免頻繁的 bank 切換以提高代碼效率，盡量把實(shí)現(xiàn)同一任務(wù)的變量定位

在同一個(gè) bank 內(nèi)；對(duì)不同 bank 內(nèi)的變量進(jìn)行讀寫操作時(shí)也盡量把位于相同 bank 內(nèi)的變量

歸并在一起進(jìn)行連續(xù)操作。

11.5.4 PICC 中的局部變量

PICC 把所有函數(shù)內(nèi)部定義的 auto 型局部變量放在 bank0。為節(jié)約寶貴的存儲(chǔ)空間，它

采用了一種被叫做“靜態(tài)覆蓋”的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)局部變量的地址分配。其大致的原理是在編譯

器編譯原代碼時(shí)掃描整個(gè)程序中函數(shù)調(diào)用的嵌套關(guān)系和層次，算出每個(gè)函數(shù)中的局部變量字

節(jié)數(shù)，然后為每個(gè)局部變量分配一個(gè)固定的地址，且按調(diào)用嵌套的層次關(guān)系各變量的地址可

以相互重疊。利用這一技術(shù)后所有的動(dòng)態(tài)局部變量都可以按已知的固定地址地進(jìn)行直接尋

址，用 PIC 匯編指令實(shí)現(xiàn)的效率最高，但這時(shí)不能出現(xiàn)函數(shù)遞歸調(diào)用。PICC 在編譯時(shí)會(huì)嚴(yán)

格檢查遞歸調(diào)用的問題并認(rèn)為這是一個(gè)嚴(yán)重錯(cuò)誤而立即終止編譯過(guò)程。

既然所有的局部變量將占用 bank0 的存儲(chǔ)空間，因此用戶自己定位在 bank0 內(nèi)的變量字

節(jié)數(shù)將受到一定的限制，在實(shí)際使用時(shí)需注意。

11.5.5 PICC 中的位變量

bit 型位變量只能是全局的或靜態(tài)的。PICC 將把定位在同一 bank 內(nèi)的 8 個(gè)位變量合并

成一個(gè)字節(jié)存放于一個(gè)固定地址。因此所有針對(duì)位變量的操作將直接使用 PIC 單片機(jī)的位

操作匯編指令高效實(shí)現(xiàn)?；诖?，位變量不能是局部自動(dòng)型變量，也無(wú)法將其組合成復(fù)合型

高級(jí)變量。

PICC 對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間實(shí)行位編址，0x000 單元的第 0 位是位地址 0x0000，以此后

推，每個(gè)字節(jié)有 8 個(gè)位地址。編制位地址的意義純粹是為了編譯器最后產(chǎn)生匯編級(jí)位操作指

令而用，對(duì)編程人員來(lái)說(shuō)基本可以不管。但若能了解位變量的位地址編址方式就可以在最后

程序調(diào)試時(shí)方便地查找自己所定義的位變量，如果一個(gè)位變量 flag1 被編址為 0x123，那么

實(shí)際的存儲(chǔ)空間位于：

字節(jié)地址＝0x123/8 = 0x24

位偏移 ＝0x123%8 = 3

即 flag1 位變量位于地址為 0x24 字節(jié)的第 3 位。在程序調(diào)試時(shí)如果要觀察 flag1 的變化，必

須觀察地址為 0x24 的字節(jié)而不是 0x123。

PIC 單片機(jī)的位操作指令是非常高效的。因此，PICC 在編譯原代碼時(shí)只要有可能，對(duì)

普通變量的操作也將以最簡(jiǎn)單的位操作指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。假設(shè)一個(gè)字節(jié)變量 tmp 最后被定位在

地址 0x20，那么

tmp |= 0x80

tmp &= 0xf7

=> bsf

=> bcf

0x20,7

0x20,3

if (tmp&0xfe)

=> btfsc 0x20,0

即所有只對(duì)變量中某一位操作的 C 語(yǔ)句代碼將被直接編譯成匯編的位操作指令。雖然編程

時(shí)可以不用太關(guān)心，但如果能了解編譯器是如何工作的，那將有助于引導(dǎo)我們寫出高效簡(jiǎn)介

的 C 語(yǔ)言原程序。

在有些應(yīng)用中需要將一組位變量放在同一個(gè)字節(jié)中以便需要時(shí)一次性地進(jìn)行讀寫，這一

功能可以通過(guò)定義一個(gè)位域結(jié)構(gòu)和一個(gè)字節(jié)變量的聯(lián)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如：

union {

struct {

unsigned b0: 1;

unsigned b1: 1;

unsigned b2: 1;

unsigned b3: 1;

unsigned b4: 1;

unsigned b5: 1;

unsigned : 2; //最高兩位保留

} oneBit;

unsigned char allBits;

} myFlag;

例 11-3 定義位變量于同一字節(jié)

需要存取其中某一位時(shí)可以

myFlag.oneBit.b3=1; //b3 位置 1

一次性將全部位清零時(shí)可以

myFlag.allBits=0; //全部位變量清 0

當(dāng)程序中把非位變量進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換成位變量時(shí)，要注意編譯器只對(duì)普通變量的最低

位做判別：如果最低位是 0，則轉(zhuǎn)換成位變量 0；如果最低位是 1，則轉(zhuǎn)換成位變量 1。而標(biāo)

準(zhǔn)的 ANSI-C 做法是判整個(gè)變量值是否為 0。另外，函數(shù)可以返回一個(gè)位變量，實(shí)際上此返

回的位變量將存放于單片機(jī)的進(jìn)位位中帶出返回。

11.5.6 PICC 中的浮點(diǎn)數(shù)

PICC 中描述浮點(diǎn)數(shù)是以 IEEE-754 標(biāo)準(zhǔn)格式實(shí)現(xiàn)的。此標(biāo)準(zhǔn)下定義的浮點(diǎn)數(shù)為 32 位長(zhǎng)，

在單片機(jī)中要用 4 個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)。為了節(jié)約單片機(jī)的數(shù)據(jù)空間和程序空間，PICC 專門提供了

一種長(zhǎng)度為 24 位的截短型浮點(diǎn)數(shù)，它損失了浮點(diǎn)數(shù)的一點(diǎn)精度，但浮點(diǎn)運(yùn)算的效率得以提

高。在程序中定義的 float 型標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)的長(zhǎng)度固定為 24 位，雙精度 double 型浮點(diǎn)數(shù)一般

也是 24 位長(zhǎng)，但可以在程序編譯選項(xiàng)中選擇 double 型浮點(diǎn)數(shù)為 32 位，以提高計(jì)算的精度。

一般控制系統(tǒng)中關(guān)心的是單片機(jī)的運(yùn)行效率，因此在精度能夠滿足的前提下盡量選擇

24 位的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。