《单片机C语言简介》课件

单片机C语言简介单片机是一种集成电路，包含一个中央处理器(CPU)和其他外围组件，例如存储器、输入输出(I/O)端口和定时器。单片机C语言是一种用于编程单片机的强大工具，它提供了结构化编程、数据类型和函数调用等功能。什么是单片机?微型计算机单片机是一种集成了中央处理器(CPU)、存储器和外设的微型计算机。它体积小巧，价格低廉，功耗低，适用于各种嵌入式应用。嵌入式系统单片机通常用于嵌入式系统，即把计算机嵌入到其他设备中，例如家用电器、汽车和工业控制系统。控制系统单片机能够控制其他设备，例如电机、传感器和显示器，实现各种功能。编程控制通过编写程序，可以控制单片机的行为和功能，实现特定任务。单片机硬件结构单片机硬件结构主要包括中央处理器(CPU)、存储器(ROM、RAM)、输入/输出(I/O)接口、定时器/计数器、中断系统、A/D转换器、D/A转换器等。这些硬件模块相互协作，共同完成各种功能，例如接收外部信号、处理数据、控制外部设备等。单片机软件结构程序代码单片机程序代码，用于控制单片机硬件。嵌入式操作系统用于管理单片机资源，提供系统服务。驱动程序管理单片机外设，例如定时器、串口等。应用软件实现特定功能，例如控制电机、采集数据等。C语言基础语法关键字C语言中预先定义的具有特殊意义的标识符，不能用作变量或函数名。运算符用于执行各种操作的符号，如算术运算符、关系运算符等。数据类型定义变量存储数据的类型，例如整数、字符、浮点数等。表达式由运算符和操作数组成的式子，用于计算值。变量和常量定义11.变量变量是指在程序运行过程中，其值可以改变的量。22.常量常量是指在程序运行过程中，其值始终保持不变的量。33.定义方式使用data_typevariable_name;定义变量，使用constdata_typevariable_name=value;定义常量。44.数据类型常用的数据类型包括整型int、字符型char、浮点型float。运算符和表达式算术运算符算术运算符用于执行算术运算，例如加、减、乘、除和取模。+-*/%关系运算符关系运算符用于比较两个操作数，结果为真或假。==!=><>=<=逻辑运算符逻辑运算符用于组合表达式，结果为真或假。&&||!位运算符位运算符用于操作操作数的二进制位。&^~|<<>>分支语句分支语句用于根据条件执行不同的代码路径。当程序运行到分支语句时，程序会根据条件判断语句的结果选择执行不同的代码块。if语句当条件为真时执行代码块。else语句当条件为假时执行代码块。switch语句根据表达式的值选择执行不同的代码块。循环语句1循环结构循环语句重复执行一段代码，直到满足特定条件。2while循环在满足条件时，执行代码块。条件检查放在循环开始。3for循环循环次数预先设定。代码块执行固定次数，适用于已知循环次数。4do-while循环至少执行一次代码块，然后检查条件。适合需要至少执行一次的情况。数组和字符串数组存储相同数据类型元素的集合。方便访问和操作数据。字符串字符的序列。包含文本信息，常用于显示和输入。内存分配数组在编译时分配内存。字符串在运行时分配内存。函数定义与调用函数定义函数定义是创建函数的代码块，包含函数名、参数列表和函数体。函数调用函数调用是使用函数名和实参执行函数的代码。函数参数函数参数是在函数定义时声明的变量，用于接收调用函数时传递的值。函数返回值函数返回值是函数执行完后返回的结果，可用于传递信息或控制程序流程。函数参数传递1值传递将实参的值复制到形参，函数内对形参的修改不会影响实参。2地址传递将实参的地址传递给形参，函数内对形参的修改会影响实参。3传值-传址混合根据函数需求，可以将部分参数按值传递，部分参数按地址传递。函数返回值定义函数执行结束后返回给调用者的值，用于传递计算结果或状态信息。类型返回值类型必须与函数声明中定义的类型一致，例如，如果函数返回一个整数值，则返回值类型应为int。使用使用return语句将值返回给调用者，return语句后面的表达式将被计算并返回。示例例如，一个计算两个数之和的函数，可以通过return语句将计算结果返回给调用者。指针基本概念内存地址指针变量存储的是内存单元的地址，而不是数据本身。间接访问通过指针变量，可以间接访问内存单元中存储的数据。数据类型指针变量也有数据类型，指示其指向的内存单元中数据的类型。运算指针可以进行加减运算，表示移动指针指向的内存位置。指针的运算指针加减运算指针可以与整型值进行加减运算，其结果也是一个指针。指针加减运算的本质是根据指针类型的大小进行地址的偏移。指针之间的比较指针之间可以进行比较，其结果取决于两个指针指向的内存地址的大小关系。使用==和!=操作符进行比较。指针的解引用运算解引用运算符*用于获取指针所指向的内存单元中的值。例如，*p表示获取指针p所指向的内存单元的值。指针的算术运算除了加减运算，指针还可以进行其他的算术运算，例如取模运算、乘除运算等。但这些运算通常用于特定场景，需要谨慎使用。动态内存管理堆内存程序运行时动态分配内存，在程序结束时释放内存。malloc()函数从堆中分配指定大小的内存块。free()函数释放先前分配的内存块。内存泄漏未释放分配的内存，导致内存占用不断增加。结构体和联合体结构体结构体用于将不同类型的数据组合成一个整体，方便管理。联合体联合体成员共享同一内存空间，节省内存。结构体数组定义多个结构体变量，方便管理相同类型的数据。联合体数组定义多个联合体变量，方便管理相同类型的数据。位运算位运算概述位运算直接操作数据二进制位，效率高。常用于控制硬件、处理数据位、加密解密等。常见的位运算符按位与(&)按位或(|)按位异或(^)按位取反(~)左移(<<)右移(>>)中断机制1中断源外部信号或内部事件触发中断请求。2中断向量表记录每个中断源对应的中断服务程序入口地址。3中断优先级多个中断源同时触发时，需要设定中断优先级。4中断服务程序响应中断请求，执行特定任务，避免程序流程中断。定时器/计数器定时器功能定时器用于产生精确的时间间隔，控制系统延时或定时操作。计数器功能计数器用于记录外部发生的事件次数，例如脉冲信号或外部中断。应用场景广泛用于系统控制，如控制电机转速、定时执行任务、测量时间间隔等。输入输出接口数字输入接口数字输入接口接收数字信号，例如按钮、开关、传感器等。单片机通过读取数字输入引脚的电平状态判断外部设备的状态。数字输出接口数字输出接口发送数字信号，例如控制LED灯、电机、蜂鸣器等。单片机通过设置数字输出引脚的电平状态来控制外部设备。模数转换1模拟信号模拟信号是连续变化的，通常由传感器或其他模拟设备产生。2数字信号数字信号是离散的，由一系列二进制数字表示，单片机只能处理数字信号。3模数转换器(ADC)ADC将模拟信号转换为数字信号，以便单片机可以处理和使用这些数据。4ADC精度ADC的精度是指它能将模拟信号转换为数字信号的细致程度，精度越高，转换结果越准确。串行通信串行通信方式单片机串口通信以一位一位的方式传输数据，通常使用RS-232或UART接口。异步串行通信异步串行通信不使用公共时钟信号，发送方和接收方根据起始位和停止位来同步数据传输。串行通信应用串行通信广泛应用于数据采集、控制系统、人机界面和网络通信等领域。I2C通信双线通信协议I2C是一种串行通信协议，仅使用两条线进行数据传输，分别为时钟线（SCL）和数据线（SDA）。地址寻址每个I2C设备都有一个唯一的7位地址，用于识别不同的设备，避免冲突。数据传输方式I2C通信以字节为单位传输数据，并利用起始和停止条件来标志数据传输的开始和结束。应用场景广泛I2C广泛用于各种嵌入式系统，如传感器、EEPROM、实时时钟等，实现数据交换和控制。SPI通信串行外设接口SPI是一种同步串行通信协议，用于微控制器与外设之间进行数据传输。主从模式SPI通信采用主从模式，主设备控制数据传输，从设备接收数据。时钟信号主设备提供时钟信号，控制数据传输速度和同步。数据传输数据通过4根信号线进行传输：时钟、数据输入、数据输出、片选。实时时钟11.时间管理实时时钟提供精确的计时功能，用于系统时间管理和时间戳记录。22.定时器实时时钟可以作为定时器，实现特定时间间隔的任务触发和执行。33.事件同步不同设备之间可以通过实时时钟进行时间同步，确保数据一致性。44.硬件实现实时时钟通常由独立的晶振和计数器电路实现，保持稳定的时间基准。EEPROM存储非易失性存储EEPROM是一种非易失性存储器，在断电后仍可保留数据。数据写入EEPROM允许用户多次写入数据，但写入次数有限。单片机控制单片机可通过I2C或SPI接口与EEPROM进行通信，读写数据。应用场景EEPROM常用于存储程序配置参数、校准数据或其他需要长期保存的信息。看门狗电路什么是看门狗看门狗定时器，一种硬件电路，帮助防止单片机程序崩溃，确保正常运行。工作原理看门狗定时器由一个计数器组成，当计数器到达某个值时，单片机将复位。复位机制程序需要周期性地向看门狗计数器写入值，重置计数器，防止定时器溢出，避免单片机复位。低功耗模式降低功耗单片机进入低功耗模式可以显著降低功耗，延长电池续航时间。常见的低功耗模式包括睡眠模式、停机模式和掉电模式。模式选择选择合适的低功耗模式取决于应用场景和功耗需求。睡眠模式保留少量功能，停机模式关闭大部分功能，掉电模式完全断电。综合案例实践1项目需求分析明确项目目标