构建交互式嵌入式系统：AVR单片机C程序设计与图形用户界面的结合

# 1. AVR单片机C程序设计基础

**1.1 AVR单片机简介**

AVR单片机是一种8位微控制器，以其低功耗、高性能和广泛的应用而闻名。AVR单片机的C语言编程基于AVR-GCC编译器，它提供了丰富的库函数和开发工具，简化了嵌入式系统开发。

**1.2 AVR单片机C程序结构**

一个典型的AVR单片机C程序包含以下主要部分：

* 头文件包含：包含标准库和用户定义的函数和变量的声明。
* 全局变量声明：定义在函数外部的变量。
* 主函数：程序的入口点，从这里开始执行。
* 函数定义：定义程序中使用的函数。
* 中断服务程序：处理外部事件的函数。

# 2. AVR单片机C程序设计进阶

### 2.1 存储器管理与数据结构

#### 2.1.1 AVR单片机的存储器结构

AVR单片机采用哈佛架构，即程序存储器和数据存储器是物理上分开的。程序存储器用于存储程序代码，而数据存储器用于存储数据和变量。

AVR单片机的存储器结构主要包括以下部分：

- **程序存储器（Flash）**：存储程序代码，容量一般为4KB-256KB。
- **数据存储器（SRAM）**：存储数据和变量，容量一般为512B-8KB。
- **EEPROM**：一种非易失性存储器，用于存储需要长期保存的数据，容量一般为512B-4KB。
- **寄存器**：存储临时数据和控制信息，容量较小，一般为32-64个。

#### 2.1.2 数据类型和结构体

AVR单片机C语言支持多种数据类型，包括基本数据类型（如int、char、float）和复合数据类型（如数组、结构体）。

结构体是一种复合数据类型，它允许将不同类型的数据成员组合在一起。结构体的定义格式如下：

struct <结构体名> {
  <数据成员类型> <数据成员名>;
  ...
};

例如，定义一个表示点的结构体：

struct point {
  int x;
  int y;
};

### 2.2 中断与定时器

#### 2.2.1 中断机制和优先级

中断是一种硬件机制，当发生特定事件时，它会暂停当前正在执行的程序，并跳转到中断服务程序（ISR）执行。中断的优先级决定了当多个中断同时发生时，哪个中断先被处理。

AVR单片机支持多级中断，中断优先级分为高、中、低三级。高优先级中断会优先于低优先级中断处理。中断优先级可以通过设置中断控制寄存器（SREG）中的I-bit来配置。

#### 2.2.2 定时器配置和使用

定时器是一种硬件外设，它可以产生周期性的中断或脉冲。AVR单片机通常有多个定时器，每个定时器都有自己的控制寄存器和比较寄存器。

定时器的配置和使用步骤如下：

1. **选择定时器**：根据需要选择合适的定时器。
2. **设置定时器模式**：配置定时器的模式，如计数模式、比较模式等。
3. **设置定时器时钟源**：选择定时器的时钟源，如内部时钟、外部时钟等。
4. **设置定时器比较值**：设置定时器的比较值，当计数器达到比较值时，会产生中断或脉冲。
5. **启用定时器中断**：启用定时器中断，以便当定时器达到比较值时触发中断。

### 2.3 通信接口

#### 2.3.1 串口通信

串口通信是一种异步通信方式，它使用两条线（TXD和RXD）进行数据传输。串口通信的配置和使用步骤如下：

1. **选择串口**：根据需要选择合适的串口。
2. **设置串口波特率**：配置串口的波特率，即每秒传输的比特数。
3. **设置串口数据格式**：配置串口的数据格式，如数据位、停止位、奇偶校验等。
4. **发送数据**：通过UART发送数据。
5. **接收数据**：通过UART接收数据。

#### 2.3.2 I2C总线

I2C总线是一种同步通信方式，它使用两条线（SCL和SDA）进行数据传输。I2C总线的配置和使用步骤如下：

1. **选择I2C接口**：根据需要选择合适的I2C接口。
2. **设置I2C时钟频率**：配置I2C总线的时钟频率。
3. **设置I2C地址**：配置I2C设