C語(yǔ)言編程在智能化重力加速度測(cè)試儀中的應(yīng)用

摘要在基于單片機(jī)的智能化重力加速度測(cè)試儀中采用C語(yǔ)言輔程苘化了程序設(shè)計(jì)任
務(wù)，對(duì)于匯輔語(yǔ)言難干處理的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算及扳字打印輸出可通過(guò)C語(yǔ)言箱譯罌的內(nèi)部庫(kù)函數(shù)調(diào)
用實(shí)現(xiàn)。舟紹了一種專為8051系列單片機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)器碼，并且提供了豐富的內(nèi)部函數(shù)庫(kù)。描述了C51函數(shù)庫(kù)所支持的
IEEE標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)的內(nèi)存格式 及采用sprintf0函數(shù)處理包括漢字在內(nèi)的各種字符串的方法。給
出了測(cè)試儀的輸出結(jié)果。電導(dǎo)計(jì)| 水分測(cè)定儀| 濁度計(jì)| 色度計(jì)| 粘度計(jì)| 折射計(jì)| 滴定儀| 密度計(jì)| 熱流計(jì)| 濃度計(jì)| 折射儀| 采樣儀|

單片機(jī)在工業(yè)測(cè)量控制領(lǐng)域內(nèi)獲得了十分廣泛的應(yīng)用-】J。一般在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)
時(shí)太多采用 編語(yǔ)言作為軟件工具。但是，當(dāng)程序中需要采用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)，用忙編語(yǔ)言編
寫程序十分麻煩；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
高程序的編寫效率，只有采用高級(jí)語(yǔ)言編程。c語(yǔ)言是目前公認(rèn)的一種高效率計(jì)算機(jī)開發(fā)用
高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言口]，它既能象匯編語(yǔ)言那樣直接操作機(jī)器硬件，又能很方便地進(jìn)行各種
數(shù)學(xué)運(yùn)算和字符處理。筆者結(jié)合實(shí)例介紹采用美國(guó)Franklin軟件公司推出的c語(yǔ)言編譯器
一C51開發(fā)8051單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和漢字打印程序的原理和方法。
1 C51編譯器的特殊擴(kuò)充
C51編譯器采用符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)的c語(yǔ)言進(jìn)行編程，為了滿足8051系列單片機(jī)哈福
結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的需要[3]，C51編譯器擴(kuò)展了說(shuō)明存儲(chǔ)器類型的關(guān)鍵字data：(可直接尋址的內(nèi)
部RAM 區(qū)O～7FH)；bdata：(可位尋址的內(nèi)部RAM 區(qū)20H 2FH)；iclata；(可閫接尋址
的內(nèi)部RAM 區(qū)0~0FFH)；pdata：(分頁(yè)尋址的外部RAM 區(qū)256頁(yè)×256字節(jié))；xdata：
(外部RAM 區(qū)O～0FFFFH)；code：(ROM 區(qū)0~0FFFFH)。FranklinC51編譯器對(duì)于變量
的定義符合ANSI C標(biāo)準(zhǔn)，即可以定義多維數(shù)組，可以通過(guò)指針進(jìn)行變量訪問(wèn)，可以將若
干個(gè)變量組成為結(jié)構(gòu)和聯(lián)合等。還擴(kuò)展了可用來(lái)簡(jiǎn)化對(duì)8051單片機(jī)內(nèi)部特殊功能寄存器
及可尋址位訪問(wèn)的％bit”和“sfr 數(shù)據(jù)類型 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(chǔ)器類型。如果在定義變量時(shí)不指定其存儲(chǔ)器類型，則按編譯時(shí)給出的存儲(chǔ)
模式來(lái)決定變量的存儲(chǔ)區(qū)域。表1列出了Franklin C51編譯器所支持的存儲(chǔ)器模式。這3種存儲(chǔ)器模式各有優(yōu)缺
點(diǎn)，SMALL模式下參數(shù)
的傳遞是在內(nèi)部RAM 中
完成的，COMPACT 和
LARGE允許參數(shù)傳遞在
外部RAM 中進(jìn)行。由于
衰1 Franklin C51編譯囂的存儲(chǔ)囂橫式
存儲(chǔ)模式 說(shuō) 明
SMALl 參數(shù)和局部變量存^可直接尋址的內(nèi)部RAM(默認(rèn)值為data)
COMPACT 參數(shù)和局部變量存人分頁(yè)外部RAM(默認(rèn)值為0aat~)
LARGE 參數(shù)和局部變量直接存^外部RAM(默認(rèn)值為xdata)
8051單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部RAM 的速度比訪問(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(nèi)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(zhǎng)。C51編譯器對(duì)于局
部變量采用了靜態(tài)覆蓋技術(shù)來(lái)提高內(nèi)部RAM 的使用效率，因此在實(shí)際編程時(shí)只要有可
能，應(yīng)盡量采用局部變量。
2 C51編譯器支持的浮點(diǎn)數(shù)格式
C51編譯器支持的浮點(diǎn)數(shù)采用關(guān)鍵字float來(lái)進(jìn)行聲明，它是滿足IEEE一754標(biāo)準(zhǔn)的32
位單精度浮點(diǎn)數(shù)，占用四個(gè)存儲(chǔ)器單元，在內(nèi)存中按從低到高的地址順序存儲(chǔ)．格式如下
地址 +0 +1 +2 +3
內(nèi)容MMMMMMMM MMMMMMMM E MMMMMMM S EEEEEEE
其中，最高位S為符號(hào)位，0表示正數(shù)，1表示負(fù)數(shù)。從次高位開始的8位EEEEEEEE占用
了兩個(gè)字節(jié)，用來(lái)表示浮點(diǎn)數(shù)的階碼，為了避免出現(xiàn)負(fù)階碼值，并不用實(shí)際指數(shù)作為階碼，
而是將實(shí)際指數(shù)加上偏移量127之后再作為階碼。指數(shù)可正可負(fù)，其范圍是一127～+128，
加上127之后便使階碼在o～255的范圍之內(nèi)。階碼之后是浮點(diǎn)數(shù)尾數(shù)的小數(shù)部分，共23
位，占用3個(gè)字節(jié)。尾數(shù)的整數(shù)部分永遠(yuǎn)是1，所以不予表示，但它是隱含存在的，因此尾
數(shù)實(shí)際上應(yīng)視為24位。例如將+124．75用IEEE一754標(biāo)準(zhǔn)的單精度浮點(diǎn)數(shù)表示為(16進(jìn)
制數(shù))42F98000H，在內(nèi)存中的存儲(chǔ)格式為
地址 +0 +1 +2 +3
內(nèi)容00000000 10000000 1 1111001 0 1000010
C51編譯器提供了大量實(shí)用的庫(kù)函數(shù)，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(jù)源程序中是否使用了浮點(diǎn)運(yùn)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(shù)庫(kù)加入到目標(biāo)代碼中去 ]。
3 浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算結(jié)果及漢字打印輸出的實(shí)現(xiàn)
在C51的編譯器函數(shù)庫(kù)中有一個(gè)十分有用的輸出函數(shù)sprintf()，它可將數(shù)值或字符串
以ASIIC碼的形式輸出到內(nèi)存中的某個(gè)地址單元，利用該函數(shù)可十分方便地實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)
算結(jié)果及漢字字符的顯示或打印輸出。sprintf()函數(shù)的一般格式為
sprintf(字符指針，格式說(shuō)明，輸出參數(shù)表列)
其中，第一個(gè)參數(shù)必須是指針，它可以是數(shù)組，也可以是變量的地址，用于指定內(nèi)存單元的
首地址。格式說(shuō)明是一個(gè)用雙引號(hào)括起來(lái)的字符串：“ [flag][width][．precision]type”
其中，flag稱為標(biāo)志符，用于控制輸出數(shù)據(jù)的符號(hào)、空格、小數(shù)點(diǎn)的位置等；width是
一個(gè)十進(jìn)制的正整數(shù)，用來(lái)指定
最小輸出字符的數(shù)目；precision
用來(lái)表示輸出數(shù)據(jù)的精度，由小
數(shù)點(diǎn)和一個(gè)非負(fù)的十進(jìn)制整數(shù)組
成；type稱為輸出格式轉(zhuǎn)換字
符，對(duì)于浮點(diǎn)數(shù)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(shù)據(jù)類型 輸出格式
float [一]dddd dddd形式的浮點(diǎn)數(shù)
float [一]d．ddddE [sign3 dd形式的浮點(diǎn)數(shù)
float e或f形式的浮點(diǎn)數(shù)，取其中形式較好者
輸出參數(shù)表列是需要輸出的一些數(shù)據(jù)項(xiàng)，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(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的限制，輸出表列中參數(shù)的總字節(jié)數(shù)有一定的限
制，在SMALL和COMPACT模式下，最大可傳遞1 5個(gè)字節(jié)的參數(shù)(5個(gè)指針，或1個(gè)指
針和3個(gè)long型數(shù)據(jù))，在LARGE模式下，最多可傳遞4o個(gè)字節(jié)的參數(shù)。
在C語(yǔ)言源程序中采用浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算結(jié)果是按IEEE一754標(biāo)準(zhǔn)格式存儲(chǔ)在內(nèi)存
單元中的。這種存儲(chǔ)格式不便于顯示和打印輸出。利用sprint{O 函數(shù)可以很容易地將運(yùn)算
結(jié)果轉(zhuǎn)換成宜于顯示和打印輸出的ASIIC碼。如果單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中需要采用漢字輸出，
則可以在漢字操作系統(tǒng)(ga UCDOS)下編寫C語(yǔ)言源程序，將要輸出的漢字作為字符串?dāng)?shù)
組直接定義到ROM 區(qū)，則該RoM 區(qū)中就存儲(chǔ)了一系列漢字的代碼。從該RoM 區(qū)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(jī)上，即可很方便地實(shí)現(xiàn)
漢字的打印輸出 。
4 實(shí) 例
所研制的智能化重力加速度測(cè)試儀的監(jiān)控程序采用C51編程，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)
算處理及漢字打印輸出功能 測(cè)試儀利用光電轉(zhuǎn)換器的輸出脈沖觸發(fā)8051單片機(jī)的外中斷
0，讀取兩次外部中斷之問(wèn)定時(shí)器0的計(jì)數(shù)值，通過(guò)計(jì)算獲得加速度的值．為了提高計(jì)算精
度采用了浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算。測(cè)試儀通過(guò)并行口與EPSON—LQ300K打印機(jī)相連，可將測(cè)量結(jié)果
以漢字方式打印輸出。打印機(jī)的并行接口為Centronics標(biāo)準(zhǔn)．用8051單片機(jī)的P1口作為數(shù)
據(jù)線，P3．3和P3．5分別作為聯(lián)絡(luò)信號(hào)STROB和BUSY很容易實(shí)現(xiàn)與打印機(jī)的接口。智能
化重力加速度測(cè)試儀已經(jīng)研制成功并通過(guò)江漢石油學(xué)院設(shè)備處組織的鑒定。該儀器操作簡(jiǎn)
單，一次測(cè)量可獲得多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)， 自動(dòng)計(jì)算出最終結(jié)果和相對(duì)誤差值，并可通過(guò)打印機(jī)
接表3格式輸出測(cè)量結(jié)果。
裹3 重力加速度測(cè)試儀的輸出涮■結(jié)果
落球法測(cè)量結(jié)果 單擺法涮量結(jié)果
預(yù)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(duì)誤差：Er一0．0186
單攖攖長(zhǎng)：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(duì)誤差；Er 0．0096

下面給出了儀器監(jiān)控程序中關(guān)于浮點(diǎn)數(shù)處理和漢字打印輸出部分的源程序。其中prn
()是浮點(diǎn)數(shù)打印輸出函數(shù)。對(duì)于小于0的浮點(diǎn)數(shù)先將其轉(zhuǎn)換為正數(shù)，再調(diào)用sprint{()庫(kù)
函數(shù)將其轉(zhuǎn)換成ASIIC碼，按浮點(diǎn)數(shù)的科學(xué)表示法存于數(shù)組array中。如果需要按科學(xué)表示
法打印輸出，可直接從數(shù)組array中逐個(gè)取出ASIIC碼數(shù)據(jù)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(jù)浮點(diǎn)數(shù)的階碼確定小數(shù)點(diǎn)的位置。prnint O 是單個(gè)字符打印輸
出函數(shù)。它用來(lái)向打印機(jī)輸出各種打印控制命令以及漢字的打印輸出。在ROM 區(qū)中定義了
若干個(gè)漢字字符串?dāng)?shù)組，打印漢字時(shí)只要從各個(gè)數(shù)組中取出需要輸出的漢字字符串代碼作
為實(shí)際參數(shù)來(lái)調(diào)用prnint()函數(shù)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(shù)據(jù)變量*／
sbit busy=P3 3 sbit stb=P3 5； ／*定義打印機(jī)聯(lián)絡(luò)信號(hào)*／
uns~ned char bdata flag, ／*定義其它類型數(shù)據(jù)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(cè)量?jī)x”} ／*定義漢字字符串*／
char code head2[]一“落球法測(cè)量結(jié)果”；
char code head3口一“單擺測(cè)量結(jié)果”；
char code hl[]= “硬置高度H1一H2= ；
char codeI1[]= 單擺按長(zhǎng)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(duì)誤差Er= ；
exten~char xdata[MtaPortt StaPort； ，*定義8279數(shù)據(jù)、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(shù)*／)
timer0 O interrupt 1 using 1{
／*定時(shí)器TO處理函數(shù)*／)
prn (float x){ ／*浮點(diǎn)數(shù)打印輸出函數(shù)*／
unsigned cha r i}
if(x<0)x=l x； ／*將浮點(diǎn)數(shù)作為正數(shù)處理*／
sprintf(array， 4e”+x)} ^ 轉(zhuǎn)換為ASIIC碼存于數(shù)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()《
／*鍵盤顯示接口韌始化函數(shù)*／)
unsigned char readkey ()f
／*打印輸出*／
rettlrn{ }
1]} ／* 負(fù)階碼處理*／
／* 打印輸出*／
／* 字符打印輸出函數(shù)*／
／*鍵值處理函數(shù)*／)
／* 其他處理函數(shù)*／
void kg(){ ／* 重力加速度及相對(duì)誤差計(jì)算函數(shù)*／
一2．O* ( ( ( (goat)s2) ／E2) 一( ( (float)s1)／E1)) ／ ( (E2一E1) ／1000．O)}
dse~mtl—g； ／*計(jì)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(jì)算相對(duì)誤差*／ )
void kel O { ／*測(cè)量時(shí)間參數(shù)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){ ／*開中斷．等待*／
El一(clock0*65536．O+cotmt)／1000．O} ／*計(jì)算E1的值*／ }
d ke2(){ ／*測(cè)量時(shí)間參數(shù)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(shù)*／
／*打印機(jī)初始化命令*／
／* 打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數(shù)并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數(shù)并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數(shù)并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數(shù)并換行*／
／*打印漢字*／
／*打印浮點(diǎn)數(shù)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(shù)并換行*／ }
鍵值處理*／
主函數(shù)*／