【单片机C语言编程入门秘籍】：从零基础到实战应用，轻松掌握单片机开发

# 1. 单片机C语言基础**

单片机C语言是一种嵌入式系统开发中广泛使用的编程语言，它基于标准C语言，并针对单片机的特点进行了扩展。单片机C语言具有代码紧凑、执行效率高、易于移植等优点，非常适合于资源受限的嵌入式系统开发。

本章将介绍单片机C语言的基础知识，包括数据类型、变量、流程控制、输入/输出操作等内容。掌握这些基础知识是学习单片机C语言编程的基石。

# 2. 单片机C语言编程技巧

### 2.1 数据类型和变量

#### 2.1.1 基本数据类型

单片机C语言支持多种基本数据类型，用于表示不同类型的数值和字符。常见的基本数据类型包括：

| 数据类型 | 大小 | 取值范围 |
|---|---|---|
| char | 1 字节 | -128 ~ 127 |
| unsigned char | 1 字节 | 0 ~ 255 |
| short | 2 字节 | -32768 ~ 32767 |
| unsigned short | 2 字节 | 0 ~ 65535 |
| int | 2 字节 | -32768 ~ 32767 |
| unsigned int | 2 字节 | 0 ~ 65535 |
| long | 4 字节 | -2147483648 ~ 2147483647 |
| unsigned long | 4 字节 | 0 ~ 4294967295 |
| float | 4 字节 | 1.175494351e-38 ~ 3.402823466e+38 |
| double | 8 字节 | 2.2250738585072014e-308 ~ 1.7976931348623157e+308 |

#### 2.1.2 变量的声明和使用

变量用于存储程序中的数据。变量的声明语法为：

数据类型 变量名;

例如：

int a;
char b;

声明变量后，需要使用 `=` 赋值，才能使用。赋值语法为：

变量名 = 值;

例如：

a = 10;
b = 'A';

### 2.2 流程控制

#### 2.2.1 条件语句

条件语句用于根据条件执行不同的代码块。常见条件语句包括：

- **if 语句**：执行条件为真的代码块。
- **if-else 语句**：执行条件为真的代码块，否则执行条件为假的代码块。
- **switch-case 语句**：根据条件执行不同的代码块。

例如：

if (a > 10) {
  // a 大于 10 时执行的代码
} else {
  // a 小于或等于 10 时执行的代码
}

switch (b) {
  case 'A':
    // b 为 'A' 时执行的代码
    break;
  case 'B':
    // b 为 'B' 时执行的代码
    break;
  default:
    // b 为其他字符时执行的代码
    break;
}

#### 2.2.2 循环语句

循环语句用于重复执行一段代码块。常见循环语句包括：

- **while 循环**：只要条件为真，就重复执行代码块。
- **do-while 循环**：先执行代码块，再判断条件是否为真。
- **for 循环**：使用初始化、条件和增量表达式控制循环。

例如：

while (a > 0) {
  // a 大于 0 时执行的代码
  a--;
}

do {
  // 执行的代码
} while (a > 0);

for (int i = 0; i < 10; i++) {
  // i 从 0 到 9 时执行的代码
}

#### 2.2.3 函数和参数传递

函数是代码的子程序，可以重复使用。函数可以接收参数，并在函数内使用。

函数声明语法为：

返回值类型 函数名(参数列表);

例如：

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

函数调用语法为：

函数名(参数列表);

例如：

int result = add(10, 20);

### 2.3 输入/输出操作

#### 2.3.1 串口通信

串口通信是单片机与外部设备通信的常用方式。串口通信使用 `UART`（通用异步收发器）芯片实现。

串口通信的代码块如下：

// 初始化串口
UART_Init(9600);

// 发送数据
UART_SendString("Hello world!\n");

// 接收数据
char buffer[100];
UART_ReceiveString(buffer, 100);

**代码逻辑分析：**

- `UART_Init(9600)`：初始化串口，波特率为 9600。
- `UART_SendString("Hello world!\n")`：发送字符串 "Hello world!"。
- `UART_ReceiveString(buffer, 100)`：接收数据，最大长度为 100 个字符。

#### 2.3.2 I/O口操作

I/O 口操作是单片机控制外部设备的常用方式。I/O 口可以设置为输入或输出模式。

I/O 口操作的代码块如下：

// 设置 P1.0 为输出模式
P1DIR |= 0x01;

// 设置 P1.0 为高电平
P1OUT |= 0x01;

// 设置 P1.0 为低电平
P1OUT &= ~0x01;

**代码逻辑分析：**

- `P1DIR |= 0x01`：将 P1.0 设置为输出模式。
- `P1OUT |= 0x01`：将 P1.0 设置为高电平。
- `P1OUT &= ~0x01`：将 P1.0 设置为低电平。

# 3.1 LED控制

#### 3.1.1 单个LED控制

**操作步骤：**

1. 定义LED引脚：在程序中定义一个引脚，用于连接LED。
2. 设置引脚为输出：使用GPIO库函数将LED引脚配置为输出模式。
3. 控制LED状态：通过写入高电平或低电平到引脚，控制LED的开或关。

**代码块：**

// 定义LED引脚
#define LED_PIN GPIO_PIN_0

// 初始化LED引脚
void led_init() {
    // 设置引脚为输出模式
    gpio_set_mode(LED_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT);
}

// 控制LED状态
void led_set(bool state) {
    // 写入高电平或低电平到引脚
    gpio_set_level(LED_PIN, state);
}

**逻辑分析：**

* `led_init()`函数初始化LED引脚，将其配置为输出模式。
* `led_set()`函数控制LED的状态，传入`true`表示打开LED，传入`false`表示关闭LED。

#### 3.1.2 多个LED控制

**操作步骤：**

1. 定义LED引脚数组：在程序中定义一个引脚数组，用于连接多个LED。
2. 设置引脚为输出：使用GPIO库函数将LED引脚数组中的所有引脚配置为输出模式。
3. 控制LED状态：通过写入高电平或低电平到引脚数组中的引脚，控制各个LED的开或关。

**代码块：**

// 定义LED引脚数组
#define LED_PINS {GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_2}

// 初始化LED引脚
void leds_init() {
    // 设置引脚数组中的所有引脚为输出模式
    for (int i = 0; i < sizeof(LED_PINS) / sizeof(LED_PINS[0]); i++) {
        gpio_set_mode(LED_PINS[i], GPIO_MODE_OUTPUT);
    }
}

// 控制LED状态
void leds_set(bool state) {
    // 写入高电平或低电平到引脚数组中的所有引脚
    for (int i = 0; i < sizeof(LED_PINS) / sizeof(LED_PINS[0]); i++) {
        gpio_set_level(LED_PINS[i], state);
    }
}

**逻辑分析：**

* `leds_init()`函数初始化LED引脚数组，将其中的所有引脚配置为输出模式。
* `leds_set()`函数控制LED数组的状态，传入`true`表示打开所有LED，传入`false`表示关闭所有LED。

# 4.1 中断处理

### 4.1.1 中断源和中断向量

**中断源**

中断源是指能够触发中断事件的外部或内部事件。单片机中常见的中断源包括：

- 外部中断：由外部引脚上的信号触发
- 定时器中断：由定时器溢出或捕获事件触发
- 串口中断：由串口接收或发送数据触发
- 看门狗中断：由看门狗定时器溢出触发

**中断向量**

中断向量表是一个存储中断处理程序地址的内存区域。当发生中断时，单片机会根据中断源的类型从中断向量表中获取相应的中断处理程序地址，并跳转到该地址执行中断处理程序。

### 4.1.2 中断处理程序

**中断处理程序**

中断处理程序是响应中断事件而执行的代码段。其主要任务是：

- 保存中断发生时的寄存器状态
- 处理中断事件
- 恢复中断发生前的寄存器状态

**中断处理程序的编写**

中断处理程序的编写需要遵循以下步骤：

1. **保存寄存器状态：**使用 `PUSH` 指令保存中断发生时的寄存器状态，包括程序计数器 (PC)、程序状态字 (PSW) 和通用寄存器 (R0-R7)。
2. **处理中断事件：**根据中断源的类型，执行相应的处理逻辑，例如读取外部引脚状态、清除定时器中断标志位或处理串口数据。
3. **恢复寄存器状态：**使用 `POP` 指令恢复中断发生前的寄存器状态，包括程序计数器、程序状态字和通用寄存器。
4. **返回主程序：**使用 `RET` 指令返回主程序，继续执行中断发生前的代码。

**中断处理程序示例**

以下是一个外部中断处理程序示例：

#pragma interrupt_handler INT0_ISR
void INT0_ISR() {
    // 保存寄存器状态
    PUSH PSW;
    PUSH ACC;
    PUSH B;
    PUSH DPL;
    PUSH DPH;

    // 处理中断事件
    // ...

    // 恢复寄存器状态
    POP DPH;
    POP DPL;
    POP B;
    POP ACC;
    POP PSW;

    // 返回主程序
    RET;
}

**中断处理程序的优先级**

单片机通常支持多级中断，不同中断源具有不同的优先级。优先级高的中断会打断优先级低的中断。中断处理程序的优先级可以通过以下方式设置：

- **硬件优先级：**由中断源的硬件特性决定
- **软件优先级：**通过设置中断向量表中的中断处理程序地址来实现

# 5.1 温度测量系统

### 5.1.1 温度传感器选型

温度测量系统中，温度传感器的选择至关重要。常用的温度传感器类型包括：

- **热电偶：**测量温度范围广，精度高，但需要冷端补偿。
- **热敏电阻：**温度灵敏度高，但非线性较大。
- **铂电阻：**线性度好，精度高，但价格昂贵。
- **数字温度传感器：**集成温度测量和转换电路，精度较高，易于使用。

对于单片机应用，数字温度传感器更适合，如 LM35、DS18B20 等。这些传感器提供数字输出，无需额外的转换电路。

### 5.1.2 温度测量程序设计

温度测量程序主要包括以下步骤：

1. **初始化温度传感器：**配置传感器工作模式和参数。
2. **读取温度数据：**通过 I2C 或 SPI 等接口读取传感器输出的数字温度值。
3. **温度转换：**将数字温度值转换为实际温度值。不同传感器有不同的转换公式。
4. **显示温度：**通过串口、LCD 或其他方式显示测量到的温度。

// LM35 温度传感器初始化
void LM35_Init(void)
{
    // ...
}

// 读取 LM35 温度数据
float LM35_ReadTemp(void)
{
    // ...
}

// 温度测量主函数
int main(void)
{
    LM35_Init();

    while (1)
    {
        float temp = LM35_ReadTemp();
        printf("当前温度：%.2f℃\n", temp);
        // ...
    }

    return 0;
}