单片机C语言程序设计与行业应用：工业控制、医疗保健等领域的探索

# 1. 单片机C语言基础

单片机C语言是一种嵌入式系统编程语言，专门用于控制单片机。它基于C语言，并针对单片机的特点进行了优化。

单片机C语言具有以下特点：

- **紧凑高效：**代码体积小，运行速度快，非常适合资源受限的单片机。
- **可移植性强：**可以轻松移植到不同的单片机平台，无需进行大量修改。
- **易于学习：**语法简洁明了，学习难度较低，即使是初学者也能快速上手。

# 2. 单片机C语言编程技术

### 2.1 数据类型与变量

#### 2.1.1 数据类型简介

单片机C语言中，数据类型决定了变量所存储数据的类型和范围。常用的数据类型包括：

- **整型：**用于存储整数，包括有符号整型（`int`）和无符号整型（`unsigned int`）。
- **浮点型：**用于存储小数，包括单精度浮点型（`float`）和双精度浮点型（`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。

#### 2.1.2 变量的定义与使用

变量用于存储数据，其定义格式为：

数据类型 变量名;

例如：

int num;
float temp;
char ch;

变量定义后，可以使用赋值运算符（`=`）为其赋值：

num = 10;
temp = 25.5;
ch = 'a';

### 2.2 运算符与表达式

#### 2.2.1 运算符概述

运算符用于对数据进行操作，包括：

- **算术运算符：**用于进行加、减、乘、除等算术运算。
- **关系运算符：**用于比较两个值的大小或相等性。
- **逻辑运算符：**用于对布尔值进行逻辑操作。
- **位运算符：**用于对二进制位进行操作。

#### 2.2.2 表达式的求值

表达式由运算符和操作数组成，其求值顺序遵循以下规则：

1. **括号：**括号中的表达式优先求值。
2. **一元运算符：**一元运算符（如 `+`、`-`）优先级最高。
3. **乘除运算符：**乘除运算符（`*`、`/`）优先级高于加减运算符。
4. **加减运算符：**加减运算符（`+`、`-`）优先级最低。

例如：

int x = 10 + 2 * 3; // 26

在该表达式中，乘法运算符（`*`）优先级高于加法运算符（`+`），因此先计算 `2 * 3`，再与 `10` 相加。

### 2.3 流程控制

#### 2.3.1 分支语句

分支语句用于根据条件执行不同的代码块，包括：

- **if-else 语句：**根据条件执行不同的代码块。
- **switch-case 语句：**根据多个条件执行不同的代码块。

例如：

if (num > 0) {
  // 执行正数处理代码
} else {
  // 执行负数处理代码
}

#### 2.3.2 循环语句

循环语句用于重复执行代码块，包括：

- **for 循环：**根据指定条件重复执行代码块。
- **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，再检查条件。

例如：

for (int i = 0; i < 10; i++) {
  // 执行循环体
}

### 2.4 函数与数组

#### 2.4.1 函数的定义与调用

函数用于将代码封装成可重用的模块，其定义格式为：

数据类型 函数名(参数列表) {
  // 函数体
}

例如：

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

函数调用时，使用函数名和参数列表：

int result = sum(10, 20);

#### 2.4.2 数组的定义与使用

数组用于存储相同类型数据的集合，其定义格式为：

数据类型 数组名[数组大小];

例如：

int arr[10];

数组元素可以通过下标访问：

arr[0] = 10;

# 3.1 输入输出设备接口

#### 3.1.1 LED灯与按键接口

**LED灯接口**

LED灯是一种发光二极管，具有体积小、功耗低、响应速度快等优点。在单片机系统中，LED灯常用于指示系统状态或输出信息。

**按键接口**

按键是一种输入设备，当按下时会产生电信号。在单片机系统中，按键常用于用户交互或控制系统运行。

**LED灯与按键接口电路**

LED灯与按键的接口电路如图所示：

graph LR
subgraph LED灯接口
    A[单片机] --> B[限流电阻] --> C[LED灯]
end
subgraph 按键接口
    D[单片机] --> E[上拉电阻] --> F[按键] --> G[GND]
end

**代码实现**

// LED灯控制
void led_control(uint8_t state)
{
    if (state) {
        GPIO_SetBits(LED_PORT, LED_PIN);
    } else {
        GPIO_ResetBits(LED_PORT, LED_PIN);