单片机C语言程序设计：从入门到精通

# 1. 单片机C语言基础

单片机C语言是一种专门为单片机设计的编程语言，它具有易学、易用、功能强大的特点。单片机C语言是基于C语言开发的，它保留了C语言的大部分语法和结构，同时增加了许多针对单片机的特性和功能。

单片机C语言的基本语法包括数据类型、变量、流程控制、函数和数组等。数据类型用于定义变量的类型，变量用于存储数据，流程控制用于控制程序的执行顺序，函数用于封装代码块，数组用于存储多个同类型的数据。

# 2. 单片机C语言编程技巧

### 2.1 数据类型和变量

#### 2.1.1 数据类型概述

单片机C语言支持多种数据类型，用于表示不同类型的变量。主要的数据类型包括：

- 整数类型：`int`、`short`、`long`
- 浮点类型：`float`、`double`
- 字符类型：`char`
- 布尔类型：`bool`

每个数据类型都有其特定的取值范围和存储空间大小。选择合适的数据类型对于优化代码性能和避免数据溢出至关重要。

#### 2.1.2 变量的定义和使用

变量是存储数据的内存区域。在使用变量之前，需要先对其进行定义。变量的定义语法如下：

数据类型 变量名;

例如：

int number;
char character;

定义变量后，可以使用赋值运算符 `=` 为其赋值。例如：

number = 10;
character = '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。常见的条件语句包括：

- `if` 语句：如果条件为真，则执行代码块。
- `else` 语句：如果 `if` 条件为假，则执行代码块。
- `else if` 语句：如果 `if` 条件为假，则检查另一个条件。

例如：

if (number > 0) {
  // number 为正数
} else if (number == 0) {
  // number 为零
} else {
  // number 为负数
}

#### 2.2.2 循环语句

循环语句用于重复执行代码块。常见的循环语句包括：

- `for` 循环：使用计数器变量控制循环次数。
- `while` 循环：只要条件为真，就继续执行循环。
- `do-while` 循环：先执行循环体，再检查条件。

例如：

// for 循环
for (int i = 0; i < 10; i++) {
  // 执行代码块
}

// while 循环
while (character != '\0') {
  // 执行代码块
}

// do-while 循环
do {
  // 执行代码块
} while (number > 0);

#### 2.2.3 函数和参数传递

函数是代码的模块化单元，可以多次调用。函数可以接收参数，并返回一个值。

函数的声明语法如下：

数据类型 函数名(参数列表);

例如：

int sum(int a, int b);

函数的调用语法如下：

函数名(实参列表);

例如：

int result = sum(1, 2);

参数传递可以按值传递或按引用传递。按值传递会复制实参的值传递给形参，而按引用传递会传递实参的内存地址。

### 2.3 数组和结构体

#### 2.3.1 数组的定义和使用

数组是一种数据结构，用于存储相同数据类型的多个元素。数组的定义语法如下：

数据类型 数组名[数组大小];

例如：

int numbers[10];

数组元素可以使用下标访问。例如：

numbers[0] = 1;

#### 2.3.2 结构体的定义和使用

结构体是一种数据结构，用于存储不同数据类型的多个成员。结构体的定义语法如下：

struct 结构体名 {
  数据类型 成员名;
  ...
};

例如：

struct student {
  char name[20];
  int age;
  float gpa;
};

结构体成员可以使用点运算符访问。例如：

student.name = "John Doe";

# 3. 单片机C语言实践应用

### 3.1 输入输出操作

#### 3.1.1 串口通信

**串口通信**是一种通过串行数据传输的通信方式，它使用一对发送线和接收线进行数据传输。在单片机系统中，串口通信模块通常用于与外部设备（如计算机、显示器等）进行数据交换。

**串口通信的原理**

串口通信采用异步传输方式，即数据位之间没有时钟信号同步。数据以位为单位发送，每个数据位由一个起始位、8个数据位、一个奇偶校验位和一个停止位组成。

**串口通信的配置**

在单片机系统中，串口通信模块的配置主要包括波特率、数据位、奇偶校验位和停止位等参数。波特率表示数据传输速率，单位为比特/秒（bps）；数据位表示数据位数，通常为8位；奇偶校验位用于检测数据传输中的错误；停止位用于表示数据帧的结束。

**串口通信的代码示例**

// 初始化串口
void uart_init(void) {
    // 设置波特率
    UBRR0H = (uint8_t)(UBRR_VALUE >> 8);
    UBRR0L = (uint8_t)UBRR_VALUE;
    // 设置数据位、奇偶校验位、停止位
    UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
    // 启用串口接收和发送
    UCSR0B = (1 << RXEN0) | (1 << TXEN0);
}

// 发送一个字节
void uart_send_byte(uint8_t data) {
    // 等待发送缓冲区为空
    while (!(UCSR0A & (1 << UDRE0)));
    // 将数据写入发送缓冲区
    UDR0 = data;
}

// 接收一个字节
uint8_t uart_receive_byte