单片机printf使用

一、printf常用说明

printf的格式控制的完整格式：

%  -  0  m.n  l或h  格式字符

下面对组成格式说明的各项加以说明：

①%：表示格式说明的起始符号，不可缺少。

②-：有-表示左对齐输出，如省略表示右对齐输出。

③0：有0表示指定空位填0,如省略表示指定空位不填。

④m.n：m指域宽，即对应的输出项在输出设备上所占的字符数。N指精度。用于说明输出的实型数的小数位数。为指定n时，隐含的精度为n=6位。

⑤l或h:l对整型指long型，对实型指double型。h用于将整型的格式字符修正为short型。

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格式字符

格式字符用以指定输出项的数据类型和输出格式。

 ①d格式：用来输出十进制整数。有以下几种用法：

%d：按整型数据的实际长度输出。

%md：m为指定的输出字段的宽度。如果数据的位数小于m，则左端补以空格，若大于m，则按实际位数输出。

%ld：输出长整型数据。

②o格式：以无符号八进制形式输出整数。对长整型可以用"%lo"格式输出。同样也可以指定字段宽度用“%mo”格式输出。

例：

   main()

   { int a = -1;

     printf("%d, %o", a, a);

   }

  运行结果：-1,177777

  程序解析：-1在内存单元中（以补码形式存放）为(1111111111111111)2，转换为八进制数为(177777)8。

③x格式：以无符号十六进制形式输出整数。对长整型可以用"%lx"格式输出。同样也可以指定字段宽度用"%mx"格式输出。

④u格式：以无符号十进制形式输出整数。对长整型可以用"%lu"格式输出。同样也可以指定字段宽度用“%mu”格式输出。

⑤c格式：输出一个字符。

⑥s格式：用来输出一个串。有几中用法

%s：例如:printf("%s", "CHINA")输出"CHINA"字符串（不包括双引号）。

%ms：输出的字符串占m列，如字符串本身长度大于m，则突破获m的限制,将字符串全部输出。若串长小于m，则左补空格。

%-ms：如果串长小于m，则在m列范围内，字符串向左靠，右补空格。

%m.ns：输出占m列，但只取字符串中左端n个字符。这n个字符输出在m列的右侧，左补空格。

%-m.ns：其中m、n含义同上，n个字符输出在m列范围的左侧，右补空格。如果n>m，则自动取n值，即保证n个字符正常输出。

⑦f格式：用来输出实数（包括单、双精度），以小数形式输出。有以下几种用法：

%f：不指定宽度，整数部分全部输出并输出6位小数。

%m.nf：输出共占m列，其中有n位小数，如数值宽度小于m左端补空格。 

%-m.nf：输出共占n列，其中有n位小数，如数值宽度小于m右端补空格。

⑧e格式：以指数形式输出实数。可用以下形式：

%e：数字部分（又称尾数）输出6位小数，指数部分占5位或4位。

%m.ne和%-m.ne：m、n和”-”字符含义与前相同。此处n指数据的数字部分的小数位数，m表示整个输出数据所占的宽度。

⑨g格式：自动选f格式或e格式中较短的一种输出，且不输出无意义的零。

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关于printf函数的进一步说明：

如果想输出字符"%",则应该在“格式控制”字符串中用连续两个%表示，如:

printf("%f%%", 1.0/3);

输出0.333333%。

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对于单精度数，使用%f格式符输出时，仅前7位是有效数字，小数6位．

对于双精度数，使用%lf格式符输出时，前16位是有效数字，小数6位．

由高手指点

对于m.n的格式还可以用如下方法表示（例）

char ch[20];

printf("%*.*s\n",m,n,ch);

前边的*定义的是总的宽度，后边的定义的是输出的个数。分别对应外面的参数m和n 。我想这种方法的好处是可以在语句之外对参数m和n赋值，从而控制输出格式。

二、printf在单片机中的应用

有时候在C51中直接使用printf比自己编个串口发送字符串的函数方便，但有几个问题要注意的。

在51单片机中往串口发送数据如下代码，也可以用sprintf()函数：

TI=1;

    printf("love\n");  //这样可以换行 

   //while(!TI);

TI=0;

 

1. 使用printf之前要先包含stdio.h这个头文件

       #include 

具体stdio.h包含的函数见下面网址

http://www.keil.com/support/man/docs/c51/c51_stdio_h.htm 

2.

   ES0=0;                       //禁止串口中断

   SFRPAGE_SAVE = SFRPAGE;  //c8051f120特殊功能寄存器分页

   SFRPAGE = UART0_PAGE;

   TI0=1;

   printf ("\n\nTest complete.");

   TI0=0;                        //可以省略

   SFRPAGE = SFRPAGE_SAVE;               

   ES0=1;                       //打开串口中断

 

printf函数是调用putchar函数，从串口发送字符串的，可以从keil反汇编看出这一点。在C51程序中printf的位置设一个断点，运行到断点处后，再一步步执行程序，可以看出，跳转到PRINTF执行。

 

 

 

PRINTF有很长一大段汇编，一步步执行。

 

 

 

运行到PUTCHAR处，这个就是串口发送字符串的函数。

 

 

 

可以看到有这么一句“C:0521    JNB TI0,C:0521”

第一次运行到这的时候，如果前面没有TI0=1，那么程序指针PC就一直在这条语句上判断，也就死在这里等待。

所以要使用printf，开头必须要先置TI0(传统51为TI)为1。那么发送了第一个字节后，发送中断标志位TI0自动置1，再回到“C:0521    JNB 

TI0,C:0521”，接着发送第二个字节。

 

 

 

因为TI0为中断标志位，但如果程序使用了UAR0中断，那么在printf函数执行过程中就会不断调用中断函数(UART0_Interrupt)，所以每次使用printf之前要先禁止串口中断(ES0=0)。

 

3. 由上面可以看到使用printf非常麻烦，其实可以用sprintf代替printf，只要在前面先定义一个存放字符串的数组。

……

unsigned char PrintChar[15]

……

SFRPAGE_SAVE = SFRPAGE;   //C8051F120特殊功能寄存器分页

SFRPAGE = UART0_PAGE;      //传统51单片机没有SFR分页

sprintf (PrintChar,"\nTest complete.");

send_string_com(s, 15);

SFRPAGE = SFRPAGE_SAVE;

 

 

上面总结得都是经验教训啊，在这个小小的bug上浪费了几天，记录下来，希望对大家有点帮助。

 

4.  当使用printf循环打印时要注意，下面程序是有问题的

   pchar = XRAM_START;

   for (i = 0; i < RAM_SIZE; i++)

 {

         *pchar= 0;

         ES0=0;

         TI0=1;    

         printf("writing 0x%04x:%u\n",(unsigned)pchar,(unsigned) *pchar);

         ES0=1;

         pchar++;

}

sprintf(PrintChar,"Test complete.\n");

send_string_com(PrintChar,15);

 

串口调试助手接收如下，可以看到第二次打印“write”时少了“w”。用sprintf打印“Test”少了“T”。

 

 

 

        可以重新看一下PUTCHAR处。

 

 

 

第一次发送字符的时候，由于TI0=1，所以在C:0x05B6的位置不会死等，执行C:0x05B9的时候TI0=0，接着A寄存器的值通过SBUF0发送。由于串口发送的速率是很慢的(波特率才19200kBPS)，所以，等在执行一遍上面的代码，回到C:0x05B6的时候，TI0还是为0，在C:0x05B6处等TI0变为1。当串口发送完了之后，发送中断标志位TI0才被硬件置1。此时PC机上的串口调试助手才显示刚发送的字符。

当发送最后一个字符时，C:0x05BB，把寄存在A的最后字符的ASCII代码复制给SUBF0后，并没有等待TI0变为1的指令，而是占用了下次for循环发送首字母的C:0x05B6，导致下次for循环首字母没有发送出去。正确的办法是把TI0=1挪到for循环之后。

“Test”中的“T”没接收到也是同样的问题，最后一次发送的字符，没有等待TI0硬件置位的过程，造成发送的字符丢失。

正确的代码如下：

   pchar = XRAM_START;

   TI0=1;

   for (i = 0; i < RAM_SIZE; i++)

    {

      *pchar= 0; 

       ES0=0;

       printf("writing 0x%04x:%u\n",(unsigned)pchar,(unsigned) *pchar);

       ES0=1;

       pchar++;

    }

    while(TI0==0){};

    TI0=0;

   sprintf(PrintChar,"Test complete.\n");

   send_string_com(PrintChar,15);

 

正确的输出如下：

 

 

 

 

 

     串口的printf实现

 

    最近想搞一下SD卡，很久以前看过SD卡的规范以及相关的程序，后来由于种种原因，没有亲自去做，趁这几天没有上考研辅导课，就学习一下。但其中涉及到到串口的格式化数据传输问题，简单说就是相当于C语言中的printf()函数，只不过输出数据的不是屏幕，而是串口，于是上网找了一下资料，写一些心得。相关SD卡的只好待日后有时间、有心情再学习了。

    WinAVR库中的printf()是可以直接传输数据到串口上的，但之前需要初始化很多东西。下面是avr-lib中的一个例子：

#include     

static int uart_putchar(char c, FILE *stream);    

static FILE mystdout = FDEV_SETUP_STREAM(uart_putchar, NULL,                                              _FDEV_SETUP_WRITE);    

static int uart_putchar(char c, FILE *stream)    

{      

if (c == ''\n'')        

uart_putchar(''\r'', stream);     

loop_until_bit_is_set(UCSRA, UDRE);      

UDR = c;      

return 0;    

}    

int main(void)    

{      

init_uart();      

stdout = &mystdout;      

printf("Hello, world!\n");      

return 0;   

 } 

    从上面例子可以看出，在使用printf()之前的初始化比较麻烦，也不方便使用，而且编译出来的代码量也不少。因为这是标准库函数，要考虑到很多情况，其复杂的处理就不难理解了。所以在实际中可以按我们自己的需要来现实相同效果的printf，即相对简单一点，又不失实用性。

    首先介绍可变参数函数。在文件中，定义了几个与可变参数相关的宏。——每个C编译器都支持这个头文件的，所以不用担心此文件的合法性。这些宏如下：

    typedef char* va_list;

    void va_start ( va_list ap, prev_param );

     type va_arg ( va_list ap, type ); 

     void va_end ( va_list ap );

             

    其中，va_list 是一个字符指针，可以理解为指向当前参数的一个指针，取参必须通过这个指针进行。使用这些宏的步骤是如下。

    1、在调用参数表之前，应该定义一个 va_list 类型的变量，以供后用，程序中这个变量名为ap；

    2、对 ap 进行初始化，让它指向可变参数表里面的第一个参数，这是通过 va_start 来实现的，第一个参数是 ap 本身，第二个参数是在变参表前面紧挨着的一个变量；

    3、 然后是获取参数，调用 va_arg，它的第一个参数是 ap，第二个参数是要获取的参数的指定类型，然后返回这个指定类型的值，并且把 ap 的位置指向变参表的下一个变量位置；

    4、获取所有的参数之后，我们有必要将这个 ap 指针关掉，以免发生危险，方法是调用 va_end，他是输入的参数 ap 置为 NULL。

    再来看一下具体的函数。为了避免与标准库发生冲突，将我们要实现的这个函数改名为myprintf，当然可以改为别的名称。这里保留函数的全部，包括当初的注释。

            /*

            * 说明：\r \n运行正常

            * 为了避免冲突，改了一下名称

            * 大约是半K字节左右

            */

            //#define USERHEX   // not use this macro

            static void myprintf(const char* fmt,...)

            {

                const char* s;

                int d;

                char buf[16];

                va_list ap;

                va_start(ap,fmt);   // 将ap指向fmt（即可变参数的第一个?下一个？）

                while (*fmt)

                {

                    if (*fmt != ''%'')

                    {

                        put_char(*fmt++);   // 正常发送

                        continue;   

                    }

                    switch (*++fmt) // next of %

                    {

                    case ''s'':

                        s = va_arg(ap,const char*); // 将ap指向者转成char*型，并返回之

                        for (; *s; s++)

                            put_char(*s);

                        break;

                    case ''x'':

                        d = va_arg(ap,int);// 将ap指向者转成int型，并返回之

                        itoa(d,buf,16);   // 将整型d以16进制转到buf中

                        // 下面的做法还不如直接用库函数简单、代码量少！

                        #ifdef USERHEX

                        while (d)

                        {

                            const uint8 table[] = "0123456789ABCDEF";

                            uint8 i = 0;

                            buf[i++] = table[d & 0x0f];

                            d >>= 4;

                        }

                        #endif

             

                        for (s = buf; *s; s++)

                            put_char(*s);

                        break;

                    case ''d'':

                        d = va_arg(ap,int);

                        itoa(d,buf,10);  // 将整型d以10进制转到buf中

                        for (s = buf; *s; s++)

                            put_char(*s);

                        break;

                    default:

                        put_char(*fmt);

                        break;

                    }

                    fmt++;

                }

                va_end(ap);

            }

             

    思路很简单，先是用前面介绍的方法对可变参数进行处理，while循环是本函数的主体，主要对myprintf函数中的字符串进行解析，进行%之前的正常发送，当发现有%时，则对其一下位进行处理，此处分别处理了三种情况：即%s、%d和%x，分别代表以字符串、十进制和十六进制发送。其处理过程也简单，就是将与%对应的那一个变量转换为字符串——将十进制或十六进制数据都看成字符串，所以用到了itoa库函数，它的意思是将int类型转换成array，即字符串类型。它有三个参数，分别是要转换的数据、转换后数据存放的地方和以多少进制转换。在处理十六进制时，用了自己写的转换代码。测试结果发现，它还没有库函数那么方便、简洁，所以就不用了。大家可以自己试一下。

     其实怎么样也要用到串口发送的函数的。该函数如下：

     // 发送，出于某些原因，没有使用中断

     static void put_char(uint8 data)

     {

           if (data == ''\r'')

              put_char(0x09);

           while ( !(UCSRA & (1<  // 不为空，等之

                    ;

            UDR = data;

         }

    它处理了’\r’的情况，实际测试中发现，它会自动处理’\n’，但不会处理’\r’，原因还没有知道。由于测试通过了，也就不管它了。

            测试代码如下：

            int main(void)

            {

                usart_init_std();   // 初始化串口

                uint8 i = 100;

                uint8* s = "Word!";

                myprintf("\n\rHello %s\n\r0x%x = %d\n",s,i,i);

                return 0;

            }

             

            结果如下图：

 

            与代码对比一下，可知它实现了我们所需要的功能——简单的功能。

    其实只要理解了如何处理可变参数这就行了，其它的不是问题。本文参考了网上的文章，此处没有写明，如果不小心看到这篇文章与某文章大约一致，不要惊讶，在此声明一下。文后附本次完整工程。其它操作等方面，不一一说明。