单片机C语言程序设计100例：新手入门到精通的实战宝典

# 1. 单片机C语言基础**

单片机C语言是一种针对单片机设计的编程语言，它融合了C语言的特性和单片机系统的特点。单片机C语言具有代码紧凑、执行效率高、可移植性好等优点，广泛应用于嵌入式系统开发中。

本节将介绍单片机C语言的基础知识，包括数据类型、变量、流程控制、函数和数组等内容。掌握这些基础知识是学习单片机C语言编程的基础。

# 2. 单片机C语言编程技巧**

**2.1 数据类型和变量**

**2.1.1 数据类型概述**

单片机C语言中提供了丰富的变量数据类型，用于存储不同类型的数据。常见的类型包括：

* **整型：**用于存储整数，有 `char`、`short`、`int`、`long` 等类型。
* **浮点型：**用于存储浮点数，有 `float` 和 `double` 类型。
* **字符型：**用于存储单个字符，类型为 `char`。
* **布尔型：**用于存储真或假值，类型为 `bool`。

**2.1.2 变量的定义和使用**

变量用于存储数据，其定义格式为：

数据类型 变量名;

例如：

int age;
float weight;

变量定义后，可以通过赋值运算符 `=` 为其赋值：

age = 25;
weight = 65.5;

**2.2 流程控制**

**2.2.1 条件语句**

条件语句用于根据条件判断执行不同的代码块。常见的条件语句有：

* **if 语句：**如果条件为真，则执行其后的代码块。
* **if-else 语句：**如果条件为真，则执行其后的代码块，否则执行 `else` 语句块。
* **switch-case 语句：**根据表达式值执行不同的代码块。

**2.2.2 循环语句**

循环语句用于重复执行一段代码块。常见的循环语句有：

* **for 循环：**以指定步长循环执行一段代码块。
* **while 循环：**只要条件为真，就循环执行一段代码块。
* **do-while 循环：**先执行一段代码块，然后再检查条件是否为真。

**2.2.3 函数和参数传递**

函数是将代码块封装成一个可重用的单元。函数可以接收参数并返回结果。

函数定义格式为：

返回类型 函数名(参数列表) {
    函数体
}

函数调用格式为：

函数名(参数列表);

**2.3 数组和指针**

**2.3.1 数组的基本概念和应用**

数组是一种数据结构，用于存储相同类型数据的集合。数组元素可以通过索引访问。

数组定义格式为：

数据类型 数组名[数组大小];

例如：

int numbers[5];

**2.3.2 指针的基本概念和应用**

指针是一个变量，它存储另一个变量的地址。指针可以用于间接访问变量。

指针定义格式为：

数据类型 *指针名;

例如：

int *ptr;

指针指向变量的地址后，可以通过指针解引用运算符 `*` 访问变量的值。

*ptr = 10; // 将指向变量的值设置为 10

# 3.1 输入输出设备编程

**3.1.1 LED和按键编程**

LED（发光二极管）和按键是单片机常用的输入输出设备。LED用于显示状态，按键用于接收用户输入。

**LED编程**

// 初始化LED端口为输出模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

// 点亮LED
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);

// 熄灭LED
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);

**逻辑分析：**

* 初始化GPIOC的13号引脚为输出模式，不带下拉电阻。
* 设置引脚为高电平，点亮LED。
* 设置引脚为低电平，熄灭LED。

**按键编程**

// 初始化按键端口为输入模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

// 读取按键状态
if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET) {
  // 按键按下
}

**逻辑分析：**

* 初始化GPIOA的0号引脚为输入模式，带下拉电阻。
* 读取引脚状态，如果为低电平，表示按键按下。

**3.1.2 串口编程**

串口是单片机与外部设备通信的常用接口。

// 初始化串口
UART_HandleTypeDef huart1;
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 115200;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
HAL_UART_Init(&huart1);

// 发送数据
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"Hello world", 11, 1000);

// 接收数据
uint8_t rx_data[100];
HAL_UART_Receive(&huart1, rx_data, 100, 1000);

**逻辑分析：**

* 初始化串口USART1，配置波特率、数据位、停止位、校验位等参数。
* 发送数据，发送"Hello world"字符串，等待1000ms超时。
* 接收数据，接收最多100字节的数据，等待1000ms超时。

# 4.1 数据结构和算法

### 4.1.1 数据结构概述

数据结构是组织和存储数据的方式，它决定了数据的访问和操作效率。单片机C语言中常用的数据结构包括：

- **数组：** 一组具有相同数据类型的元素，元素按索引顺序排列。
- **链表：** 一组元素，每个元素包含数据和指向下一个元素的指针。
- **栈：** 一种后进先出（LIFO）的数据结构，元素只能从栈顶添加或删除。
- **队列：** 一种先进先出（FIFO）的数据结构，元素只能从队首添加或从队尾删除。
- **树：** 一种分层数据结构，每个节点可以有多个子节点。
- **图：** 一种由节点和边组成的非线性数据结构，用于表示对象之间的关系。

### 4.1.2 算法设计和分析

算法是解决特定问题的步骤序列。算法设计涉及选择和组合数据结构和操作，以高效地解决问题。算法分析评估算法的效率和复杂度，包括：

- **时间复杂度：** 算法执行所需的时间，通常用大 O 表示法表示。
- **空间复杂度：** 算法执行所需的空间，通常用大 O 表示法表示。

**代码块：**

// 数组示例
int array[10]; // 声明一个包含 10 个整数的数组

// 链表示例
struct node {
    int data;
    struct node *next;
};

**逻辑分析：**

数组使用连续内存空间存储元素，通过索引快速访问。链表使用指针连接元素，提供动态内存分配和插入/删除操作的灵活性。

**参数说明：**

- `array`：数组变量名
- `data`：链表节点中的数据
- `next`：链表节点指向下一个节点的指针

# 5.1 温度检测和显示系统

### 5.1.1 系统设计和原理

温度检测和显示系统是一个基本的单片机应用，它使用温度传感器检测温度并将其显示在LCD屏幕上。该系统由以下组件组成：

- 单片机：负责控制系统并处理数据
- 温度传感器：检测温度并将其转换为电信号
- LCD屏幕：显示温度读数
- 电源：为系统供电

该系统的原理如下：

1. 单片机通过ADC模块读取温度传感器输出的模拟信号。
2. 单片机将模拟信号转换为数字信号并计算温度值。
3. 单片机将温度值发送到LCD屏幕。
4. LCD屏幕显示温度读数。

### 5.1.2 C语言程序实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// ADC模块配置
void adc_init() {
    // ...
}

// 温度计算函数
float get_temperature(uint16_t adc_value) {
    // ...
}

// LCD模块配置
void lcd_init() {
    // ...
}

// 温度显示函数
void display_temperature(float temperature) {
    // ...
}

int main() {
    adc_init();
    lcd_init();

    while (1) {
        uint16_t adc_value = adc_read();
        float temperature = get_temperature(adc_value);
        display_temperature(temperature);
    }

    return 0;
}