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c语言在生活中的应用

盛年不重来，一日难再晨。

及时宜自勉，岁月不待人。

C语言程序设计在生活及工业中的应用

——以单片机为例

姓名：

连东

学号：

105030540004

班级：

103511

指导老师：

张印

2012年05月29日

【摘要】．C语言作为一种编程语言，由于现今计算机技术变得日益重要，学习c语言的重要性也就显得很重要了。

其中单片机就是c语言应用的一个具体体现。

单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。

目前，单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。

单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。

本文，主要通过单片机在生活和工业中的应用及以后发展，来凸显出c语言程序设计在生活中的用途之宽广。

【关键词】c语言；单片机；应用

1.C语言概述

C语言是一种计算机程序设计语言。

它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。

它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。

1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。

它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。

它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。

具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。

1.1C语言的发展

C语言的前身是ALGOL语言（AL-GOL60是一种面向问题的高级语言）。

1963年英国剑桥大学推出CPL语言，此语言在ALGOL语言的基础上增加了硬件处理能力，同年剑桥大学的马丁•理查德对其进行简化，提出BCPL语言；1970年美国贝尔实验室的肯•汤姆逊进一步简化，提出了B语言（取BCPL的第一个字母）；1972年美国贝尔实验室的布朗•W.卡尼汉和丹尼斯•M.利奇对其完善和扩充，提出了C语言（取BCPL的第二个字母）；1987年美国标准化协会指定了C语言标准ANSIC，即现在流行的C语言。

自1972年投入使用之后，C语言成为UNIX和XENIX操作系统的主要语言，是当今使用最为广泛的程序设计语言之一。

1.2C语言的特点

C语言是具有低级语言功能的高级语言。

C语言既具有高级语言的功能，又具有低级语言的许多功能。

它把高级语言的基本机构和语言与低级语言的实用性集合起来，是处于汇编语言和高级语言之间的一种程序设计语言，也可称其为“中级语言”。

C语言简洁、紧凑、使用方便、灵活。

程序书写形式自由，主要用小写字母表示，相对其他高级语言源程序代码量少。

运算符丰富，表达式能力强。

C语言共有34种运算符，范围广泛，除一般高级语言使用的算术、关系和逻辑运算符外，还可以实现以二进制位为单位的运算，并且具有如a++、b++等单项运算符和+=、-=、*=、/=等复合运算符。

数据结构丰富，便于数据的描述与存储。

C语言具有丰富的数据结构，其数据类型有整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等，因此能实现复杂的数据结构的运算。

C语言是结构化、模块化的编程语言。

程序的逻辑结构可以使用顺寻、分支和循环3种基本结构。

C语言程序采用函数结构，便于把整体程序分割成若干相对独立的功能模块，为程序模块间的相互调用以及数据传递提供了便利。

C语言程序中，可使用宏定义编译预处理语句、条件编译预处理语句。

可移植性好。

与汇编语言相比，C程序基本上不作修改就可以运行于各种型号的计算机和各种操作系统。

C语言也存在一些不足之处，例如运算符及其优先级过多、语法定义不严格等，对于初学者有一定的困难。

由于C语言具有上述特点，因此C语言得到了迅速推广，成为人们编写大型软件的首选语言之一。

许多原来用汇编语言处理的问题可以用C语言来处理了

1.3C语言的重要性

C语言语法结构很简洁精妙，写出的程序也很高效，很便于描述算法，大多数的程序员愿意使用C语言去描述算法本身，所以，如果你想在程序设计方面有所建树，就必须去学它。

C语言能够让你深入系统底层，你知道的操作系统，哪一个不是C语言写的？

所有的windows,Unix,Linux,Mac,os/2，没有一个里外的，如果你不懂C语言，怎么可能深入到这些操作系统当中去呢？

更不要说你去写它们的内核程序了。

很多新型的语言都是衍生自C语言，C++,Java.哪个不是呢？

掌握了C语言，可以说你就掌握了很多门语言，经过简单的学习，你就可以用这些新型的语言去开发了，这个再一次验证了C语言是程序设计的重要基础。

还有啊，多说一点：

即使现在招聘程序员，考试都是考C语言，你想加入it行业，那么就一定要掌握好C语言。

2C语言与单片机的联系

电子行业飞速发展，单片机渗透到各个领域之中。

如冰箱、空调、音响、手机等等，都用到单片机来做智能控制。

因此单片机是电子技术对于很多行业的技术人员都是需要掌握的--fl技术。

而学习单片机除了需要掌握一定硬件知识，还需要掌握至少一门计算机语言。

目前许多学习单片机的人都以汇编语言作为编程语言．因为汇编语言有其独特的优点．但是作为一种结构化的程序设计语言。

C语言可以使你尽量少地对硬件进行操作，具有很强的功能性、结构性和可移植性，是一门非常实用的单片机系统的编程语言。

也是单片机开发人员必学的一门语言．

2.1C语言在单片机开发中的重要性

C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能，常把其成为中级语言。

C语言有功能丰富的库函数、运算速度快、编译效率高、有良好的可移植性，可以直接实现对系统硬件的控制。

C语言是一种结构化程序设计语言，它支持当前程序设计中广泛采用的由顶向下结构化程序设计技术。

此外，C语言程序具有完善的模块程序结构，从而为软件开发中采用模块化程序设计方法提供了有力的保障。

因此，使用c语言进行程序设计已成为软件开发的一个主流。

用C语言来编写目标系统软件，会大大缩短开发周期，且明显地增加软件的可读性，便于改进和扩充，从而研制出规模更大、性能更完备的系统。

在单片机中使用C语言进行编程，还有许多突出优点。

不懂得单片机的指令集．也能够编写完美的单片机程序：

不懂得单片机的具体硬件。

也能够编出符合硬件实际的专业水平的程序；中断服务程序的现场保护和恢复，中断向量表的填写，是直接与单片机相关的，都由C编译器代办；提供常用的标准函数库，以供用户直接使用：

头文件中定义宏、说明复杂数据类型和函数原型。

有利于程序的移植和支持单片机的系列化产品的开发：

有严格的句法检查。

错误很少．可容易地在高级语言的水平上迅速地被排掉：

可方便地接受多种实用程序的服务：

如片上资源的初始化有专门的实用程序自动生成：

再如，有实时多任务操作系统可调度多道任务．简化用户编程．提高运行的安全性：

提供auto、static、cons-'t等存储类型，自动为变量合理地分配地址等等。

因此．用C语言进行单片机程序设计是单片机开发与应用的必然趋势。

所以作为一个涉足较大规模的软件系统开发的单片机开发人员除了掌握汇编语言之外。

还需要握基本的C语言编程。

3．单片机在生活和工业中的应用

随着电子技术的迅速发展，特别是随着大规模集成电路产生而出现的微型计算机，给人类生活带来了根本性的改变。

如果说微型计算机的出现使现代科学技术研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张地说，单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。

3.1单片机概述

单片微型计算机简称单片机。

它是把组成微型计算机的各功能部件：

中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。

由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器（SingleChipMicrocontroller）。

目前国外已开始把它称作单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）。

3.2单片机的特点

单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领域。

它有以下主要特点；

高集成度，体积小，高可靠性。

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。

芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗噪音性能优于一般通用的CPU。

单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

控制功能强。

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:

分支转移能力，I/O口的逻辑操作及处理能力，非常适用于专门的控制功能。

低电压，低功耗，便于生产便携式产品。

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

易扩展。

单片机内具有计算机正常运行所必需的部件。

芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

优异的性能价格比单片机的性能极高。

为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。

单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。

由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

3.3单片机的历史

单片机最早是被用在工业控制领域。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。

早期的单片机都是8位或4位的。

其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。

基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。

随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。

90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。

随着INTELi960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。

而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。

目前，高端的32位单片机主频已经超过300MHz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端[1]的型号也只有10美元。

当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。

而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。

3.4单片机的应用领域

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。

3.4.1工业控制中的应用

工业自动化控制是最早采用单片机控制的领域之一，在测控系统，过程控制，机电一体化设备中主要利用单片机实现逻辑控制，数据采集，运算处理，数据通信等用途。

单独使用单片机可以实现一些小规模的控制功能，最为底层检测，控制单元与上位计算机结合可以组成大规模工业自动化控制系统。

特别在机电一体化技术中，单排年级的结构特点使其更容易发挥其集机械，微电子和计算机技术一体的优势。

例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制，各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。

3.4.2在智能仪器中的应用

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。

采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。

例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）

3.4.3在家用电器中的应用

可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。

3.4.4在计算机网络通信中的应用

现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。

3.4.5在办公自动化设备中的应用

现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。

如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等

3.4.6在商业营销设备中的应用

在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、IC卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。

3.4.7在医用设备领域中的应用

单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等

3.4.8在汽车电子产品中的应用

现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。

特别是采用现场总线的汽车控制系统中以单片机担当核心的节点通过协调，高效的数据传送不仅完成了复杂的控制功能，而且简化了系统结构。

3.4.9在航空航天系统和国防军事、尖端武器等领域的应用

单片机的应用更是不言而喻。

单片机用于各种仪器仪表，一方面提高了仪器仪表的使用功能和精度，使仪器仪表智能化，同时还简化了仪器仪表的硬件结构，从而可以方便地完成仪器仪表产品的升级换代。

如各种智能电气测量仪表、智能传感器等

4．单片机的发展前景

单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。

在这几方面，较为典型地说明了单片机的水平。

在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。

下面分别就这四个方面说明单片机的技术进步状况。

4.1内部结构的进步

单片机在内部已集成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：

定时器，比较器，A/D转换器，D/A转换器，串行通信接口，Watchdog电路，LCD控制器等。

有的单片机为了构成控制网络或形成局部网，内部含有局部网络控制模块CAN。

例如，Infineon公司的C505C，C515C，C167CR，C167CS-32FM，81C90；Motorola公司的68HC08AZ系列等。

特别是在单片机C167CS-32FM中，内部还含有2个CAN。

因此，这类单片机十分容易构成网络。

特别是在控制，系统较为复杂时，构成一个控制网络十分有用。

为了能在变频控制中方便使用单片机，形成最具经济效益的嵌入式控制系统。

有的单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路，这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列；Motorola公司的MC68HC08MR16、MR24等。

在这些单片机中，脉宽调制电路有6个通道输出，可产生三相脉宽调制交流电压，并内部含死区控制等功能。

现在有的单片机已采用所谓的三核（TrCore）结构。

这是一种建立在系统级芯片（Systemonachip）概念上的结构。

这种单片机由三个核组成：

一个是微控制器和DSP核，一个是数据和程序存储器核，最后一个是外围专用集成电路（ASIC）。

这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。

虽然从结构定义上讲，DSP是单片机的一种类型，但其作用主要反映在高速计算和特殊处理如快速傅立叶变换等上面。

把它和传统单片机结合集成大大提高了单片机的功能。

这是目前单片机最大的进步之一。

这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP；Hitachi公司的SH7410，SH7612等。

这些单片机都是高档单片机，MCU都是32位的，而DSP采用16或32位结构，工作频率一般在60MHz以上。

4.2功耗、封装及电源电压的进步

现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。

Philips公司的单片机P87LPC762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5mA，而在节电方式中，其功耗只有0.5mA。

而在功耗上最令人惊叹的是TI公司的单片机MSP430系列，它是一个16位的系列，有超低功耗工作方式。

它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4，3种。

当电源为3V时，如果工作于LMP1方式，即使外围电路处于活动，由于CPU不活动，振荡器处于1～4MHz，这时功耗只有50?

A。

在LPM3时，振荡器处于32kHz，这时功耗只有1.3?

A。

在LPM4时，CPU、外围及振荡器32kHz都不活动，则功耗只有0.1?

A。

现在单片机的封装水平已大大提高，随着贴片工艺的出现，单片机也大量采用了各种合符贴片工艺的封装方式出现，以大量减少体积。

在这种形势中，Microchip公司推出的8引脚的单片机特别引人注目。

这是PIC12CXXX系列。

它含有0.5～2K程序存储器，25～128字节数据存储器，6个I/O端口以及一个定时器，有的还含4道A/D，完全可以满足一些低档系统的应用。

扩大电源电压范围以及在较低电压下仍然能工作是今天单片机发展的目标之一。

目前，一般单片机都可以在3.3～5.5V的条件下工作。

而一些厂家，则生产出可以在2.2～6V的条件下工作的单片机。

这些单片机有Fujitsu公司的MB89191～89195，MB89121～125A，MB89130系列等，应该说该公司的F2MC-8L系列单片机绝大多数都满足2.2～6V的工作电压条件。

而TI公司的MSP430X11X系列的工作电压也是低达2.2V的。

4.3工艺上的进步

现在的单片机基本上采用CMOS技术，但已经大多数采用了0.6?

m以上的光刻工艺，有个别的公司，如Motorola公司则已采用0.35?

m甚至是0.25?

m技术。

这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。

5.单片机的应用前景

中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短的五年时间里发展极为迅速。

1986年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。

单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，还不包括国外的。

电子界，在2003年7月，在上海，广州，北京等大城市所做的一次专业人士需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。

大家都奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？

因为它改变了我们的生活，它为我们改变了什么？

纵观我们现在生活的格格领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能ic卡，电子宠物等，这些都离不开单机片。

以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，原器件不断老话，控制的精度自然也会达不到标准。

在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。

这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。

所以，它的魔力不仅是现在，在将来会有更多的人来接受它，使用它。

据统计，在我国的单片机年容量已达3亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%，特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多少用到单片机，并不断地辐射向内毒。

所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的。

学习c语言，改进单片机，推广单片机，争取做现代生活的领航人。

参考文献：

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清华大学出版社，2005．205．278．

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