单片机应用案例解析：从理论到实践，探索物联网设备的无限可能

# 1. 单片机基础理论**

单片机是一种集成在单个芯片上的微型计算机，它具有中央处理器（CPU）、存储器（RAM 和 ROM）以及各种输入/输出（I/O）端口。与传统计算机相比，单片机体积小、功耗低、成本低，非常适合于嵌入式系统应用。

单片机的基本工作原理是执行存储在 ROM 中的程序指令。这些指令通过 CPU 解释并执行，从而控制单片机的 I/O 端口和内部寄存器。单片机通常使用 C 语言进行编程，这是一种专门为嵌入式系统设计的语言。

# 2. 单片机编程实践

### 2.1 C语言基础

#### 2.1.1 数据类型和变量

单片机编程中常用的数据类型包括：

- 整数类型：如 int、short、long
- 浮点类型：如 float、double
- 字符类型：char
- 指针类型：如 int *、char *

变量用于存储数据，其类型决定了变量可以存储的数据范围和格式。变量声明语法如下：

<数据类型> <变量名>;

例如：

int num; // 声明一个整数变量 num
float temp; // 声明一个浮点变量 temp

#### 2.1.2 运算符和表达式

运算符用于对数据进行操作，表达式是运算符和操作数的组合。常用的运算符包括：

- 算术运算符：+、-、*、/、%
- 关系运算符：==、!=、<、>、<=、>=
- 逻辑运算符：&&、||、!

表达式用于计算值，其结果可以存储在变量中。表达式求值遵循一定的优先级规则。

### 2.2 单片机硬件编程

#### 2.2.1 I/O口操作

I/O口是单片机与外部设备交互的接口。通过设置 I/O口的方向（输入或输出）和状态（高电平或低电平），可以控制外部设备。

I/O口操作通常通过寄存器进行，寄存器是单片机内部存储器的一部分。常用的 I/O操作函数包括：

- `pinMode(pin, mode)`：设置 I/O口的方向
- `digitalWrite(pin, state)`：设置 I/O口的状态
- `digitalRead(pin)`：读取 I/O口的状态

例如：

pinMode(LED_PIN, OUTPUT); // 将 LED 引脚设置为输出
digitalWrite(LED_PIN, HIGH); // 点亮 LED

#### 2.2.2 定时器和中断

定时器用于生成周期性中断，中断是一种硬件机制，当特定事件发生时会暂停程序执行并跳转到中断服务程序。

单片机通常有多个定时器，每个定时器都有自己的寄存器和控制位。常用的定时器操作函数包括：

- `timerStart(timer)`：启动定时器
- `timerStop(timer)`：停止定时器
- `timerAttachInterrupt(timer, ISR)`：为定时器中断附加中断服务程序

例如：

timerStart(TIMER1); // 启动定时器 1
timerAttachInterrupt(TIMER1, timer1ISR); // 为定时器 1 中断附加中断服务程序

# 3. 单片机应用案例

### 3.1 智能家