单片机高级编程技巧：掌握高级特性，提升代码质量

# 1. 单片机高级编程概述**

单片机高级编程涉及使用高级语言和技术来开发复杂且高效的单片机应用程序。它超越了基本编程，专注于优化性能、提高代码质量和扩展单片机的功能。

高级编程技术包括使用汇编语言的高级指令和宏定义，优化中断服务程序，以及利用C语言中的指针、结构体、函数指针和动态内存管理等特性。这些技术使程序员能够创建更复杂、更结构化的代码，从而提高可维护性和可扩展性。

# 2. 单片机高级语言编程技巧

### 2.1 汇编语言高级编程

#### 2.1.1 高级汇编指令和宏定义

高级汇编指令是汇编语言中用于执行复杂操作的指令，例如循环、分支和比较。它们可以简化代码，提高代码的可读性和可维护性。

宏定义是汇编语言中用于创建代码块的预处理器指令。宏定义可以简化代码，减少重复代码，并提高代码的可重用性。

#### 2.1.2 中断服务程序的优化

中断服务程序（ISR）是响应中断事件而执行的代码段。优化 ISR 至关重要，因为它可以减少中断响应时间，提高系统效率。

优化 ISR 的方法包括：

- 减少 ISR 中的代码量
- 使用汇编语言编写 ISR
- 避免使用函数调用
- 使用寄存器变量
- 使用中断优先级

### 2.2 C语言高级编程

#### 2.2.1 指针和结构体的应用

指针是 C 语言中用于存储变量地址的数据类型。指针可以用于间接访问变量，从而实现动态内存分配、数据结构和函数指针。

结构体是 C 语言中用于存储相关数据项的复合数据类型。结构体可以简化代码，提高代码的可读性和可维护性。

#### 2.2.2 函数指针和回调函数

函数指针是 C 语言中用于存储函数地址的数据类型。函数指针可以用于将函数作为参数传递给其他函数，从而实现回调函数。

回调函数是响应特定事件而执行的函数。回调函数可以提高代码的灵活性，简化代码的组织和维护。

#### 2.2.3 动态内存管理

动态内存管理是 C 语言中用于在运行时分配和释放内存的技术。动态内存管理允许程序在需要时分配内存，并在不再需要时释放内存。

动态内存管理的方法包括：

- `malloc()` 和 `free()` 函数
- `realloc()` 函数
- `calloc()` 函数

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    // 分配 10 个整数的内存
    int *array = (int *)malloc(10 * sizeof(int));

    // 使用数组
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        array[i] = i;
    }

    // 释放数组的内存
    free(array);

    return 0;
}

这段代码使用 `malloc()` 函数分配 10 个整数的内存，然后使用数组，最后使用 `free()` 函数释放数组的内存。

# 3.1 定时器高级应用

#### 3.1.1 捕获和比较模式

**捕获模式**

捕获模式允许定时器捕获外部事件的发生时间。当外部事件触发定时器的捕获输入引脚时，定时器将记录当前计数值。

**使用场景：**

* 测量脉冲宽度和周期
* 实现频率计数器
* 产生精确的延时

**比较模式**

比较模式允许定时器将当前计数值与一个预设值进行比较。当计数值达到或超过预设值时，定时器会触发一个中断或输出一个脉冲。

**使用场景：**

* 产生PWM波形
* 实现看门狗定时器
* 产生定时中断

#### 3.1.2 波形发生和PWM控制

**波形发生**

定时器可以配置为产生各种波形，如正弦波、方波和三角波。

**代码块：**

// 正弦波发生器
void sine_wave_generator(void) {
    // 设置定时器参数
    TIM_SetPrescaler(TIMx, 1000);  // 分频系数为 1000
    TIM_SetAutoreload(TIMx, 1000); // 自动重装载值为 1000

    // 启用正弦波发生功能
    TIM_EnableSineWaveGenerator(TIMx);

    // 启动定时器
    TIM_Start(TIMx);
}

**逻辑分析：**

* `TIM_SetPrescaler()`：设置定时器的分频系数，降低时钟频率。
* `TIM_SetAutoreload()`：设置定时器的自动重装载值，决定波形的周期。
* `TIM_EnableSineWaveGenerator()`：启用定时器的正弦波发生功能。
* `TIM_Start()`：启动定时器，开始产生波形。

**PWM控制**

PWM（脉宽调制）是一种通过改变脉冲宽度来控制输出功率的技术。定时器可以配置为产生PWM波形，用于控制电机、LED 和其他设备。

**代码块：**

// PWM 输出控制
void pwm_output(void) {
    // 设置定时器参数
    TIM_SetPrescaler(TIMx, 1000);  // 分频系数为 1000
    TIM_SetAutoreload(TIMx