《單片機(jī)C語言簡介》課件

單片機(jī)C語言簡介單片機(jī)是一種集成電路，包含一個(gè)中央處理器(CPU)和其他外圍組件，例如存儲(chǔ)器、輸入輸出(I/O)端口和定時(shí)器。單片機(jī)C語言是一種用于編程單片機(jī)的強(qiáng)大工具，它提供了結(jié)構(gòu)化編程、數(shù)據(jù)類型和函數(shù)調(diào)用等功能。什么是單片機(jī)?微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)是一種集成了中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器和外設(shè)的微型計(jì)算機(jī)。它體積小巧，價(jià)格低廉，功耗低，適用于各種嵌入式應(yīng)用。嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)通常用于嵌入式系統(tǒng)，即把計(jì)算機(jī)嵌入到其他設(shè)備中，例如家用電器、汽車和工業(yè)控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)單片機(jī)能夠控制其他設(shè)備，例如電機(jī)、傳感器和顯示器，實(shí)現(xiàn)各種功能。編程控制通過編寫程序，可以控制單片機(jī)的行為和功能，實(shí)現(xiàn)特定任務(wù)。單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)主要包括中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器(ROM、RAM)、輸入/輸出(I/O)接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等。這些硬件模塊相互協(xié)作，共同完成各種功能，例如接收外部信號(hào)、處理數(shù)據(jù)、控制外部設(shè)備等。單片機(jī)軟件結(jié)構(gòu)程序代碼單片機(jī)程序代碼，用于控制單片機(jī)硬件。嵌入式操作系統(tǒng)用于管理單片機(jī)資源，提供系統(tǒng)服務(wù)。驅(qū)動(dòng)程序管理單片機(jī)外設(shè)，例如定時(shí)器、串口等。應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)特定功能，例如控制電機(jī)、采集數(shù)據(jù)等。C語言基礎(chǔ)語法關(guān)鍵字C語言中預(yù)先定義的具有特殊意義的標(biāo)識(shí)符，不能用作變量或函數(shù)名。運(yùn)算符用于執(zhí)行各種操作的符號(hào)，如算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符等。數(shù)據(jù)類型定義變量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的類型，例如整數(shù)、字符、浮點(diǎn)數(shù)等。表達(dá)式由運(yùn)算符和操作數(shù)組成的式子，用于計(jì)算值。變量和常量定義11.變量變量是指在程序運(yùn)行過程中，其值可以改變的量。22.常量常量是指在程序運(yùn)行過程中，其值始終保持不變的量。33.定義方式使用data_typevariable_name;定義變量，使用constdata_typevariable_name=value;定義常量。44.數(shù)據(jù)類型常用的數(shù)據(jù)類型包括整型int、字符型char、浮點(diǎn)型float。運(yùn)算符和表達(dá)式算術(shù)運(yùn)算符算術(shù)運(yùn)算符用于執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算，例如加、減、乘、除和取模。+-*/%關(guān)系運(yùn)算符關(guān)系運(yùn)算符用于比較兩個(gè)操作數(shù)，結(jié)果為真或假。==!=><>=<=邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符用于組合表達(dá)式，結(jié)果為真或假。&&||!位運(yùn)算符位運(yùn)算符用于操作操作數(shù)的二進(jìn)制位。&^~|<<>>分支語句分支語句用于根據(jù)條件執(zhí)行不同的代碼路徑。當(dāng)程序運(yùn)行到分支語句時(shí)，程序會(huì)根據(jù)條件判斷語句的結(jié)果選擇執(zhí)行不同的代碼塊。if語句當(dāng)條件為真時(shí)執(zhí)行代碼塊。else語句當(dāng)條件為假時(shí)執(zhí)行代碼塊。switch語句根據(jù)表達(dá)式的值選擇執(zhí)行不同的代碼塊。循環(huán)語句1循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)語句重復(fù)執(zhí)行一段代碼，直到滿足特定條件。2while循環(huán)在滿足條件時(shí)，執(zhí)行代碼塊。條件檢查放在循環(huán)開始。3for循環(huán)循環(huán)次數(shù)預(yù)先設(shè)定。代碼塊執(zhí)行固定次數(shù)，適用于已知循環(huán)次數(shù)。4do-while循環(huán)至少執(zhí)行一次代碼塊，然后檢查條件。適合需要至少執(zhí)行一次的情況。數(shù)組和字符串?dāng)?shù)組存儲(chǔ)相同數(shù)據(jù)類型元素的集合。方便訪問和操作數(shù)據(jù)。字符串字符的序列。包含文本信息，常用于顯示和輸入。內(nèi)存分配數(shù)組在編譯時(shí)分配內(nèi)存。字符串在運(yùn)行時(shí)分配內(nèi)存。函數(shù)定義與調(diào)用函數(shù)定義函數(shù)定義是創(chuàng)建函數(shù)的代碼塊，包含函數(shù)名、參數(shù)列表和函數(shù)體。函數(shù)調(diào)用函數(shù)調(diào)用是使用函數(shù)名和實(shí)參執(zhí)行函數(shù)的代碼。函數(shù)參數(shù)函數(shù)參數(shù)是在函數(shù)定義時(shí)聲明的變量，用于接收調(diào)用函數(shù)時(shí)傳遞的值。函數(shù)返回值函數(shù)返回值是函數(shù)執(zhí)行完后返回的結(jié)果，可用于傳遞信息或控制程序流程。函數(shù)參數(shù)傳遞1值傳遞將實(shí)參的值復(fù)制到形參，函數(shù)內(nèi)對(duì)形參的修改不會(huì)影響實(shí)參。2地址傳遞將實(shí)參的地址傳遞給形參，函數(shù)內(nèi)對(duì)形參的修改會(huì)影響實(shí)參。3傳值-傳址混合根據(jù)函數(shù)需求，可以將部分參數(shù)按值傳遞，部分參數(shù)按地址傳遞。函數(shù)返回值定義函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后返回給調(diào)用者的值，用于傳遞計(jì)算結(jié)果或狀態(tài)信息。類型返回值類型必須與函數(shù)聲明中定義的類型一致，例如，如果函數(shù)返回一個(gè)整數(shù)值，則返回值類型應(yīng)為int。使用使用return語句將值返回給調(diào)用者，return語句后面的表達(dá)式將被計(jì)算并返回。示例例如，一個(gè)計(jì)算兩個(gè)數(shù)之和的函數(shù)，可以通過return語句將計(jì)算結(jié)果返回給調(diào)用者。指針基本概念內(nèi)存地址指針變量存儲(chǔ)的是內(nèi)存單元的地址，而不是數(shù)據(jù)本身。間接訪問通過指針變量，可以間接訪問內(nèi)存單元中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)類型指針變量也有數(shù)據(jù)類型，指示其指向的內(nèi)存單元中數(shù)據(jù)的類型。運(yùn)算指針可以進(jìn)行加減運(yùn)算，表示移動(dòng)指針指向的內(nèi)存位置。指針的運(yùn)算指針加減運(yùn)算指針可以與整型值進(jìn)行加減運(yùn)算，其結(jié)果也是一個(gè)指針。指針加減運(yùn)算的本質(zhì)是根據(jù)指針類型的大小進(jìn)行地址的偏移。指針之間的比較指針之間可以進(jìn)行比較，其結(jié)果取決于兩個(gè)指針指向的內(nèi)存地址的大小關(guān)系。使用==和!=操作符進(jìn)行比較。指針的解引用運(yùn)算解引用運(yùn)算符*用于獲取指針?biāo)赶虻膬?nèi)存單元中的值。例如，*p表示獲取指針p所指向的內(nèi)存單元的值。指針的算術(shù)運(yùn)算除了加減運(yùn)算，指針還可以進(jìn)行其他的算術(shù)運(yùn)算，例如取模運(yùn)算、乘除運(yùn)算等。但這些運(yùn)算通常用于特定場景，需要謹(jǐn)慎使用。動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理堆內(nèi)存程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，在程序結(jié)束時(shí)釋放內(nèi)存。malloc()函數(shù)從堆中分配指定大小的內(nèi)存塊。free()函數(shù)釋放先前分配的內(nèi)存塊。內(nèi)存泄漏未釋放分配的內(nèi)存，導(dǎo)致內(nèi)存占用不斷增加。結(jié)構(gòu)體和聯(lián)合體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體用于將不同類型的數(shù)據(jù)組合成一個(gè)整體，方便管理。聯(lián)合體聯(lián)合體成員共享同一內(nèi)存空間，節(jié)省內(nèi)存。結(jié)構(gòu)體數(shù)組定義多個(gè)結(jié)構(gòu)體變量，方便管理相同類型的數(shù)據(jù)。聯(lián)合體數(shù)組定義多個(gè)聯(lián)合體變量，方便管理相同類型的數(shù)據(jù)。位運(yùn)算位運(yùn)算概述位運(yùn)算直接操作數(shù)據(jù)二進(jìn)制位，效率高。常用于控制硬件、處理數(shù)據(jù)位、加密解密等。常見的位運(yùn)算符按位與(&)按位或(|)按位異或(^)按位取反(~)左移(<<)右移(>>)中斷機(jī)制1中斷源外部信號(hào)或內(nèi)部事件觸發(fā)中斷請(qǐng)求。2中斷向量表記錄每個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址。3中斷優(yōu)先級(jí)多個(gè)中斷源同時(shí)觸發(fā)時(shí)，需要設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)。4中斷服務(wù)程序響應(yīng)中斷請(qǐng)求，執(zhí)行特定任務(wù)，避免程序流程中斷。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器功能定時(shí)器用于產(chǎn)生精確的時(shí)間間隔，控制系統(tǒng)延時(shí)或定時(shí)操作。計(jì)數(shù)器功能計(jì)數(shù)器用于記錄外部發(fā)生的事件次數(shù)，例如脈沖信號(hào)或外部中斷。應(yīng)用場景廣泛用于系統(tǒng)控制，如控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、定時(shí)執(zhí)行任務(wù)、測量時(shí)間間隔等。輸入輸出接口數(shù)字輸入接口數(shù)字輸入接口接收數(shù)字信號(hào)，例如按鈕、開關(guān)、傳感器等。單片機(jī)通過讀取數(shù)字輸入引腳的電平狀態(tài)判斷外部設(shè)備的狀態(tài)。數(shù)字輸出接口數(shù)字輸出接口發(fā)送數(shù)字信號(hào)，例如控制LED燈、電機(jī)、蜂鳴器等。單片機(jī)通過設(shè)置數(shù)字輸出引腳的電平狀態(tài)來控制外部設(shè)備。模數(shù)轉(zhuǎn)換1模擬信號(hào)模擬信號(hào)是連續(xù)變化的，通常由傳感器或其他模擬設(shè)備產(chǎn)生。2數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是離散的，由一系列二進(jìn)制數(shù)字表示，單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)。3模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便單片機(jī)可以處理和使用這些數(shù)據(jù)。4ADC精度ADC的精度是指它能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的細(xì)致程度，精度越高，轉(zhuǎn)換結(jié)果越準(zhǔn)確。串行通信串行通信方式單片機(jī)串口通信以一位一位的方式傳輸數(shù)據(jù)，通常使用RS-232或UART接口。異步串行通信異步串行通信不使用公共時(shí)鐘信號(hào)，發(fā)送方和接收方根據(jù)起始位和停止位來同步數(shù)據(jù)傳輸。串行通信應(yīng)用串行通信廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)、人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)通信等領(lǐng)域。I2C通信雙線通信協(xié)議I2C是一種串行通信協(xié)議，僅使用兩條線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，分別為時(shí)鐘線（SCL）和數(shù)據(jù)線（SDA）。地址尋址每個(gè)I2C設(shè)備都有一個(gè)唯一的7位地址，用于識(shí)別不同的設(shè)備，避免沖突。數(shù)據(jù)傳輸方式I2C通信以字節(jié)為單位傳輸數(shù)據(jù)，并利用起始和停止條件來標(biāo)志數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始和結(jié)束。應(yīng)用場景廣泛I2C廣泛用于各種嵌入式系統(tǒng)，如傳感器、EEPROM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和控制。SPI通信串行外設(shè)接口SPI是一種同步串行通信協(xié)議，用于微控制器與外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。主從模式SPI通信采用主從模式，主設(shè)備控制數(shù)據(jù)傳輸，從設(shè)備接收數(shù)據(jù)。時(shí)鐘信號(hào)主設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，控制數(shù)據(jù)傳輸速度和同步。數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)通過4根信號(hào)線進(jìn)行傳輸：時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、片選。實(shí)時(shí)時(shí)鐘11.時(shí)間管理實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供精確的計(jì)時(shí)功能，用于系統(tǒng)時(shí)間管理和時(shí)間戳記錄。22.定時(shí)器實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以作為定時(shí)器，實(shí)現(xiàn)特定時(shí)間間隔的任務(wù)觸發(fā)和執(zhí)行。33.事件同步不同設(shè)備之間可以通過實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間同步，確保數(shù)據(jù)一致性。44.硬件實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘通常由獨(dú)立的晶振和計(jì)數(shù)器電路實(shí)現(xiàn)，保持穩(wěn)定的時(shí)間基準(zhǔn)。EEPROM存儲(chǔ)非易失性存儲(chǔ)EEPROM是一種非易失性存儲(chǔ)器，在斷電后仍可保留數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)寫入EEPROM允許用戶多次寫入數(shù)據(jù)，但寫入次數(shù)有限。單片機(jī)控制單片機(jī)可通過I2C或SPI接口與EEPROM進(jìn)行通信，讀寫數(shù)據(jù)。應(yīng)用場景EEPROM常用于存儲(chǔ)程序配置參數(shù)、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或其他需要長期保存的信息?？撮T狗電路什么是看門狗看門狗定時(shí)器，一種硬件電路，幫助防止單片機(jī)程序崩潰，確保正常運(yùn)行。工作原理看門狗定時(shí)器由一個(gè)計(jì)數(shù)器組成，當(dāng)計(jì)數(shù)器到達(dá)某個(gè)值時(shí)，單片機(jī)將復(fù)位。復(fù)位機(jī)制程序需要周期性地向看門狗計(jì)數(shù)器寫入值，重置計(jì)數(shù)器，防止定時(shí)器溢出，避免單片機(jī)復(fù)位。低功耗模式降低功耗單片機(jī)進(jìn)入低功耗模式可以顯著降低功耗，延長電池續(xù)航時(shí)間。常見的低功耗模式包括睡眠模式、停機(jī)模式和掉電模式。模式選擇選擇合適的低功耗模式取決于應(yīng)用場景和功耗需求。睡眠模式保留少量功能，停機(jī)模式關(guān)閉大部分功能，掉電模式完全斷電。綜合案例實(shí)踐1項(xiàng)目需求分析明確項(xiàng)目目標(biāo)