单片机C语言程序设计实训：100个案例中的物联网应用开发

# 1. 单片机C语言基础与开发环境

### 1.1 单片机简介

单片机是一种集成了中央处理器、存储器和输入/输出接口等功能于一体的微型计算机。它具有体积小、功耗低、成本低等优点，广泛应用于各种电子设备中。

### 1.2 C语言简介

C语言是一种结构化的高级编程语言，具有简洁、高效、可移植性好等特点。它广泛用于单片机、嵌入式系统和操作系统等领域。

### 1.3 开发环境搭建

单片机C语言开发需要一个集成的开发环境（IDE），它提供了代码编辑、编译、调试等功能。常用的IDE包括Keil uVision、IAR Embedded Workbench和Code Composer Studio（CCS）。

# 2. 单片机C语言程序设计基础

### 2.1 数据类型和变量

#### 2.1.1 数据类型

单片机C语言中，数据类型用于指定变量可以存储的数据类型。主要的数据类型包括：

- 整型：用于存储整数，包括有符号整数（int）和无符号整数（unsigned int）。
- 浮点型：用于存储浮点数，包括单精度浮点数（float）和双精度浮点数（double）。
- 字符型：用于存储单个字符，使用单引号表示。
- 布尔型：用于存储逻辑值，只有 true 和 false 两个值。
- 指针型：用于存储其他变量的地址。

#### 2.1.2 变量

变量是用来存储数据的命名内存单元。在使用变量之前，需要先声明变量类型和变量名。变量声明的语法如下：

数据类型 变量名;

例如：

int num;
float temp;

### 2.2 运算符和表达式

#### 2.2.1 算术运算符

算术运算符用于对数值进行算术运算，包括：

- 加法（+）：将两个值相加。
- 减法（-）：将第二个值从第一个值中减去。
- 乘法（*）：将两个值相乘。
- 除法（/）：将第一个值除以第二个值。
- 取模（%）：将第一个值除以第二个值，并返回余数。

#### 2.2.2 关系运算符

关系运算符用于比较两个值，并返回一个布尔值。关系运算符包括：

- 等于（==）：检查两个值是否相等。
- 不等于（!=）：检查两个值是否不相等。
- 大于（>）：检查第一个值是否大于第二个值。
- 小于（<）：检查第一个值是否小于第二个值。
- 大于等于（>=）：检查第一个值是否大于或等于第二个值。
- 小于等于（<=）：检查第一个值是否小于或等于第二个值。

### 2.3 控制语句

#### 2.3.1 if语句

if语句用于根据条件执行不同的代码块。语法如下：

if (条件) {
  // 条件为 true 时执行的代码块
} else {
  // 条件为 false 时执行的代码块
}

例如：

int num = 10;
if (num > 5) {
  printf("num 大于 5");
} else {
  printf("num 小于或等于 5");
}

#### 2.3.2 switch语句

switch语句用于根据变量的值执行不同的代码块。语法如下：

switch (变量名) {
  case 值1:
    // 变量名等于值1 时执行的代码块
    break;
  case 值2:
    // 变量名等于值2 时执行的代码块
    break;
  default:
    // 变量名不等于任何值时执行的代码块
}

例如：

int num = 1;
switch (num) {
  case 1:
    printf("num 等于 1");
    break;
  case 2:
    printf("num 等于 2");
    break;
  default:
    printf("num 不等于 1 或 2");
}

### 2.4 函数和数组

#### 2.4.1 函数

函数是代码的独立模块，可以重复使用。函数可以接收参数，并返回一个值。函数的语法如下：

返回类型 函数名(参数列表) {
  // 函数体
}

例如：

int sum(int a, int b) {
  return a + b;
}

#### 2.4.2 数组

数组是存储相同数据类型元素的集合。数组的元素使用索引访问。数组的语法如下：

数据类型 数组名[大小];

例如：

int numbers[5];

# 3. 单片机C语言外设接口编程

### 3.1 GPIO编程

#### 3.1.1 GPIO的概念

GPIO（General Purpose Input/Output）通用输入/输出端口，是单片机与外部设备通信的桥梁。GPIO端口可以被配置为输入或输出模式，从而实现数据的输入或输出功能。

#### 3.1.2 GPIO的配置和使用

**GPIO配置**

// 设置GPIOA的第0位为输出模式
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

**参数说明：**

- `GPIO_Pin`：要配置的GPIO引脚，如`GPIO_Pin_0`表示GPIOA的第0位
- `GPIO_Mode`：配置的模式，如`GPIO_Mode_Out_PP`表示推挽输出模式

**GPIO使用**

// 设置GPIOA的第0位输出高电平
GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);

// 设置GPIOA的第0位输出低电平
GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);

### 3.2 定时器编程

#### 3.2.1 定时器的概念

定时器是单片机中用于产生定时脉冲或测量时间间隔的硬件模块。定时器可以被配置为不同的模式，如计数模式、比较模式等。

#### 3.2.2 定时器的配置和使用

**定时器配置**

// 配置TIM2为向上计数模式，时钟源为APB1时钟，预分频系数为1000
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 1000;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1000;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStruc