C語(yǔ)言編程在智能化重力加速度測試儀中的應用

摘要在基于單片機的智能化重力加速度測試儀中采用C語(yǔ)言輔程苘化了程序設計任
務(wù)，對于匯輔語(yǔ)言難干處理的浮點(diǎn)數運算及扳字打印輸出可通過(guò)C語(yǔ)言箱譯罌的內部庫函數調
用實(shí)現。舟紹了一種專(zhuān)為8051系列單片機設計的C語(yǔ)言輔譯器Franklin C51，它具有代碼優(yōu)化
功能，能產(chǎn)生極高效率的機器碼，并且提供了豐富的內部函數庫。描述了C51函數庫所支持的
IEEE標準浮點(diǎn)數的內存格式 及采用sprintf0函數處理包括漢字在內的各種字符串的方法。給
出了測試儀的輸出結果。電導計| 水分測定儀| 濁度計| 色度計| 粘度計| 折射計| 滴定儀| 密度計| 熱流計| 濃度計| 折射儀| 采樣儀|

單片機在工業(yè)測量控制領(lǐng)域內獲得了十分廣泛的應用-】J。一般在研制單片機應用系統
時(shí)太多采用 編語(yǔ)言作為軟件工具。但是，當程序中需要采用浮點(diǎn)數運算時(shí)，用忙編語(yǔ)言編
寫(xiě)程序十分麻煩；如果程序中需要進(jìn)行漢字處理，則用匯編語(yǔ)言編程的效率極低。為了提
高程序的編寫(xiě)效率，只有采用高級語(yǔ)言編程。c語(yǔ)言是目前公認的一種高效率計算機開(kāi)發(fā)用
高級程序設計語(yǔ)言口]，它既能象匯編語(yǔ)言那樣直接操作機器硬件，又能很方便地進(jìn)行各種
數學(xué)運算和字符處理。筆者結合實(shí)例介紹采用美國Franklin軟件公司推出的c語(yǔ)言編譯器
一C51開(kāi)發(fā)8051單片機應用系統中浮點(diǎn)數運算和漢字打印程序的原理和方法。
1 C51編譯器的特殊擴充
C51編譯器采用符合ANSI標準的c語(yǔ)言進(jìn)行編程，為了滿(mǎn)足8051系列單片機哈福
結構存儲器的需要[3]，C51編譯器擴展了說(shuō)明存儲器類(lèi)型的關(guān)鍵字data：(可直接尋址的內
部RAM 區O～7FH)；bdata：(可位尋址的內部RAM 區20H 2FH)；iclata；(可閫接尋址
的內部RAM 區0~0FFH)；pdata：(分頁(yè)尋址的外部RAM 區256頁(yè)×256字節)；xdata：
(外部RAM 區O～0FFFFH)；code：(ROM 區0~0FFFFH)。FranklinC51編譯器對于變量
的定義符合ANSI C標準，即可以定義多維數組，可以通過(guò)指針進(jìn)行變量訪(fǎng)問(wèn)，可以將若
干個(gè)變量組成為結構和聯(lián)合等。還擴展了可用來(lái)簡(jiǎn)化對8051單片機內部特殊功能寄存器
及可尋址位訪(fǎng)問(wèn)的％bit”和“sfr 數據類(lèi)型 在每個(gè)變量的聲明中可采用上述關(guān)鍵字明確
指定變量的存儲器類(lèi)型。如果在定義變量時(shí)不指定其存儲器類(lèi)型，則按編譯時(shí)給出的存儲
模式來(lái)決定變量的存儲區域。表1列出了Franklin C51編譯器所支持的存儲器模式。這3種存儲器模式各有優(yōu)缺
點(diǎn)，SMALL模式下參數
的傳遞是在內部RAM 中
完成的，COMPACT 和
LARGE允許參數傳遞在
外部RAM 中進(jìn)行。由于
衰1 Franklin C51編譯囂的存儲囂橫式
存儲模式 說(shuō) 明
SMALl 參數和局部變量存^可直接尋址的內部RAM(默認值為data)
COMPACT 參數和局部變量存人分頁(yè)外部RAM(默認值為0aat~)
LARGE 參數和局部變量直接存^外部RAM(默認值為xdata)
8051單片機訪(fǎng)問(wèn)內部RAM 的速度比訪(fǎng)問(wèn)模式下外部RAM要快得多，因此可將需要經(jīng)常
使用的變量放在內部RAM 中，而將那些較大及很少使用的變量放在外部RAM 中。另外
若將變量放在外部RAM 中時(shí)，還會(huì )使程序編譯后產(chǎn)生的有效代碼加長(cháng)。C51編譯器對于局
部變量采用了靜態(tài)覆蓋技術(shù)來(lái)提高內部RAM 的使用效率，因此在實(shí)際編程時(shí)只要有可
能，應盡量采用局部變量。
2 C51編譯器支持的浮點(diǎn)數格式
C51編譯器支持的浮點(diǎn)數采用關(guān)鍵字float來(lái)進(jìn)行聲明，它是滿(mǎn)足IEEE一754標準的32
位單精度浮點(diǎn)數，占用四個(gè)存儲器單元，在內存中按從低到高的地址順序存儲．格式如下
地址 +0 +1 +2 +3
內容MMMMMMMM MMMMMMMM E MMMMMMM S EEEEEEE
其中，最高位S為符號位，0表示正數，1表示負數。從次高位開(kāi)始的8位EEEEEEEE占用
了兩個(gè)字節，用來(lái)表示浮點(diǎn)數的階碼，為了避免出現負階碼值，并不用實(shí)際指數作為階碼，
而是將實(shí)際指數加上偏移量127之后再作為階碼。指數可正可負，其范圍是一127～+128，
加上127之后便使階碼在o～255的范圍之內。階碼之后是浮點(diǎn)數尾數的小數部分，共23
位，占用3個(gè)字節。尾數的整數部分永遠是1，所以不予表示，但它是隱含存在的，因此尾
數實(shí)際上應視為24位。例如將+124．75用IEEE一754標準的單精度浮點(diǎn)數表示為(16進(jìn)
制數)42F98000H，在內存中的存儲格式為
地址 +0 +1 +2 +3
內容00000000 10000000 1 1111001 0 1000010
C51編譯器提供了大量實(shí)用的庫函數，C語(yǔ)言源程序經(jīng)過(guò)C51編譯器編譯后在連接定
位時(shí)，根據源程序中是否使用了浮點(diǎn)運算以及所采用的編譯模式，連接程序L51會(huì )自動(dòng)選
擇正確的浮點(diǎn)函數庫加入到目標代碼中去 ]。
3 浮點(diǎn)數運算結果及漢字打印輸出的實(shí)現
在C51的編譯器函數庫中有一個(gè)十分有用的輸出函數sprintf()，它可將數值或字符串
以ASIIC碼的形式輸出到內存中的某個(gè)地址單元，利用該函數可十分方便地實(shí)現浮點(diǎn)數運
算結果及漢字字符的顯示或打印輸出。sprintf()函數的一般格式為
sprintf(字符指針，格式說(shuō)明，輸出參數表列)
其中，第一個(gè)參數必須是指針，它可以是數組，也可以是變量的地址，用于指定內存單元的
首地址。格式說(shuō)明是一個(gè)用雙引號括起來(lái)的字符串：“ [flag][width][．precision]type”
其中，flag稱(chēng)為標志符，用于控制輸出數據的符號、空格、小數點(diǎn)的位置等；width是
一個(gè)十進(jìn)制的正整數，用來(lái)指定
最小輸出字符的數目；precision
用來(lái)表示輸出數據的精度，由小
數點(diǎn)和一個(gè)非負的十進(jìn)制整數組
成；type稱(chēng)為輸出格式轉換字
符，對于浮點(diǎn)數type可取3種表
示形式，如表2所示。
裹2 type字符豆其意義
type
f
e． E
g．G
數據類(lèi)型 輸出格式
float [一]dddd dddd形式的浮點(diǎn)數
float [一]d．ddddE [sign3 dd形式的浮點(diǎn)數
float e或f形式的浮點(diǎn)數，取其中形式較好者
輸出參數表列是需要輸出的一些數據項，它們可以是變量的值，也可以是照原樣輸出
的字符。由于8051系列單片機存儲器結構的限制，輸出表列中參數的總字節數有一定的限
制，在SMALL和COMPACT模式下，最大可傳遞1 5個(gè)字節的參數(5個(gè)指針，或1個(gè)指
針和3個(gè)long型數據)，在LARGE模式下，最多可傳遞4o個(gè)字節的參數。
在C語(yǔ)言源程序中采用浮點(diǎn)數運算時(shí)，運算結果是按IEEE一754標準格式存儲在內存
單元中的。這種存儲格式不便于顯示和打印輸出。利用sprint{O 函數可以很容易地將運算
結果轉換成宜于顯示和打印輸出的ASIIC碼。如果單片機應用系統中需要采用漢字輸出，
則可以在漢字操作系統(ga UCDOS)下編寫(xiě)C語(yǔ)言源程序，將要輸出的漢字作為字符串數
組直接定義到ROM 區，則該RoM 區中就存儲了一系列漢字的代碼。從該RoM 區中按順
序取出各個(gè)漢字代碼，輸出到任何一種具有漢字打印功能的打印機上，即可很方便地實(shí)現
漢字的打印輸出 。
4 實(shí) 例
所研制的智能化重力加速度測試儀的監控程序采用C51編程，實(shí)現了復雜的浮點(diǎn)數運
算處理及漢字打印輸出功能 測試儀利用光電轉換器的輸出脈沖觸發(fā)8051單片機的外中斷
0，讀取兩次外部中斷之問(wèn)定時(shí)器0的計數值，通過(guò)計算獲得加速度的值．為了提高計算精
度采用了浮點(diǎn)數運算。測試儀通過(guò)并行口與EPSON—LQ300K打印機相連，可將測量結果
以漢字方式打印輸出。打印機的并行接口為Centronics標準．用8051單片機的P1口作為數
據線(xiàn)，P3．3和P3．5分別作為聯(lián)絡(luò )信號STROB和BUSY很容易實(shí)現與打印機的接口。智能
化重力加速度測試儀已經(jīng)研制成功并通過(guò)江漢石油學(xué)院設備處組織的鑒定。該儀器操作簡(jiǎn)
單，一次測量可獲得多個(gè)測量數據， 自動(dòng)計算出最終結果和相對誤差值，并可通過(guò)打印機
接表3格式輸出測量結果。
裹3 重力加速度測試儀的輸出涮■結果
落球法測量結果 單擺法涮量結果
預置高度：H1—100 00 ram-H2—800 00 ram
下落時(shí)問(wèn)：T1—65 076 m ．T2=297．27 ms
重力加速度：g 9．9042 m／s0
相對誤差：Er一0．0186
單攖攖長(cháng)：I，=l309 ram
攖動(dòng)周期；TI，一2288．4 Ills
重力加速度：g一9．8752 m／s
相對誤差；Er 0．0096

下面給出了儀器監控程序中關(guān)于浮點(diǎn)數處理和漢字打印輸出部分的源程序。其中prn
()是浮點(diǎn)數打印輸出函數。對于小于0的浮點(diǎn)數先將其轉換為正數，再調用sprint{()庫
函數將其轉換成ASIIC碼，按浮點(diǎn)數的科學(xué)表示法存于數組array中。如果需要按科學(xué)表示
法打印輸出，可直接從數組array中逐個(gè)取出ASIIC碼數據進(jìn)行打印。本例要求按工程表示
法打印輸出，因此先要根據浮點(diǎn)數的階碼確定小數點(diǎn)的位置。prnint O 是單個(gè)字符打印輸
出函數。它用來(lái)向打印機輸出各種打印控制命令以及漢字的打印輸出。在ROM 區中定義了
若干個(gè)漢字字符串數組，打印漢字時(shí)只要從各個(gè)數組中取出需要輸出的漢字字符串代碼作
為實(shí)際參數來(lái)調用prnint()函數即可。
C語(yǔ)言源程序如下：
#include< reg51．h>
#include< stdio．h>
#indude< math．h>
#include< stdlib．h>
float g，dscountl·El，E2，s1，s2； ／*定義浮點(diǎn)型數據變量*／
sbit busy=P3 3 sbit stb=P3 5； ／*定義打印機聯(lián)絡(luò )信號*／
uns~ned char bdata flag, ／*定義其它類(lèi)型數據變量*／
sbit flagl—Ihg OI
unsigned im clockO，count；
unsigned char dsp[8]，array E]o3,
char code head1口一“歡迎使用重力加速度測量?jì)x”} ／*定義漢字字符串*／
char code head2[]一“落球法測量結果”；
char code head3口一“單擺測量結果”；
char code hl[]= “硬置高度H1一H2= ；
char codeI1[]= 單擺按長(cháng)L一”；
char codetl[]= 下落時(shí)間TI T2= ”}
char codetI[]= “擺動(dòng)周期TL= ；
char code gg[]； “重力加速度g一”}
char code er[]= “相對誤差Er= ；
exten~char xdata[MtaPortt StaPort； ，*定義8279數據、命令口*，
exter~unsigned char keyval(unsigned char va1)} ／} 匯編語(yǔ)言鍵值處理子程序*／
extern unsigned char tedseg(unsigned char x)； ‘ ／*匯編語(yǔ)言顯示段碼處理子程序*／
xint()interrupt 0 using 1 《
／*外部中斷INT0處理函數*／)
timer0 O interrupt 1 using 1{
／*定時(shí)器TO處理函數*／)
prn (float x){ ／*浮點(diǎn)數打印輸出函數*／
unsigned cha r i}
if(x<0)x=l x； ／*將浮點(diǎn)數作為正數處理*／
sprintf(array， 4e”+x)} ^ 轉換為ASIIC碼存于數組array中*／
arTay E1o]一array[93=array[93~0x0f； ／*取階碼}／
j(array[73一=0x2b){ ／*正階碼處理*／
for(1—1}i<一8r陽(yáng)y[93；I++)array[1]=array[i+1]} array[i]一Ox2e,

for(i一0‘i< 6}i+ + )《
P1一array即‘sfb=0‘stb=11 while(busy)})
next； for(1—6‘i<一3‘i一一)array[|]一arrav[j
array[9]一array[9]一1；
if(array[9]>o)goto next i
for(i一2{i—array[10]；i++)array[j]一O}
for(i—O{i< 6l i+ + ) {
P1一array[i]‘stb=O}stb=1}while(busy)‘
prnint (unsigned char x){
P1一x}stb—O}stb= 1}while (busy)； }
void kbinit()《
／*鍵盤(pán)顯示接口韌始化函數*／)
unsigned char readkey ()f
／*打印輸出*／
rettlrn{ }
1]} ／* 負階碼處理*／
／* 打印輸出*／
／* 字符打印輸出函數*／
／*鍵值處理函數*／)
／* 其他處理函數*／
void kg(){ ／* 重力加速度及相對誤差計算函數*／
一2．O* ( ( ( (goat)s2) ／E2) 一( ( (float)s1)／E1)) ／ ( (E2一E1) ／1000．O)}
dse~mtl—g； ／*計算重力加速度*，
if(d~otmt1<9．781){d~eountl一(9．781-dscount1)／9．781}rettlrn；)
dsc~ntl一(dscountl-9．781)／9．781} ／*計算相對誤差*／ )
void kel O { ／*測量時(shí)間參數El*／
unsigned char data i；
TL0=0‘TH0=0；TMOD=Ox51；"ICON—o)=O； ／* 定時(shí)器初始化*／
IE=Ox83~while(!flag1){ ／*開(kāi)中斷．等待*／
El一(clock0*65536．O+cotmt)／1000．O} ／*計算E1的值*／ }
d ke2(){ ／*測量時(shí)間參數E2*／
unsigned char data l}
TL0— 0；TH0— 0；TMOD一0x51；TCON=Ox0
E2一(crock0*65536．O+count) ／1000．0； }
void k0rn O {
IE= 0x83；whi~e (1山g1)
unsigned ch丑r i：
prnint (Oxlb)；prnint (0x74)}prnint (0x00)；
i一0；while(head[i]j一0){prnint(head D])；i++
l一0；while(hl[j]j一0)tprnint(hi[‘])}i++；)
prn (s1)；prn (Ox0a)‘
i一0f while(h2[i]l一0){prnint(h2[i])}i++‘)
prn (s2)4 prn (Ox0a)f
o‘while(tl[1]!一o){ornint(tl[i])；j++})
prn (E1)‘prn (0x0a)；
0‘while(t2[1]!一o){ornint(t2[j])；i++；)
prn (E2)}orn (OxOa)4
— o；while(gg[i]!一0){prnint(gg[i]) i++f)
orn (g)}orn (OxOa)；
／*打印輸出函數*／
／*打印機初始化命令*／
／* 打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數并換行*／i—o；while(er Ill!
prn (dscount1)；prn
code void (code *keytab
void main (void){
kbinit ()：IE— O：
while (1)(*keytab
一0){prnint(er[j])；i++
(0x0a)·
[])()一{kg，／*⋯ *／}
[readkey()])()； )
打印漢字*／
打印浮點(diǎn)數并換行*／ }
鍵值處理*／
主函數*／