单片机及C语言入门

2024-07-02 07:05| 来源: 网络整理| 查看: 265

本篇文章是给单片机纯小白制作的，为了让刚接触单片机的小伙伴不至于一头雾水，如果有不理解的章节，可以在评论区留言，我会在文章中继续补充。

一、什么是单片机？将CPU芯片、存储器芯片、I/O接口芯片和简单的I/O设备（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上监控程序（固化在ROM中），就构成了一台单片微型计算机（简称单片机）。由于单片机在使用时，通常处于测控系统的核心地位并嵌入其中，因而，国际上通常把单片机称为嵌入式控制器( Embedded MicroController Unit, EMCU )或微控制器( MicroContoller Unit,MCU)。而在我国，大部分工程技术人员则习惯使用“单片机”这一名称。单片机是一块可编程的控制芯片，通过给单片机设计不同的程序，让单片机执行不同的功能。种类：4位、8位、16位和32位单片机，位数越高，数据处理能力更强。 8051单片机、AVR单片机、PIC单片机、MSP430/432单片机、基于ARM技术的单片机。用途：工业自动化: 数据采集、测控技术。智能仪器仪表: 数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。消费类电子产品: 洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC 卡、汽车电子设备等。通讯方面: 调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。武器装备: 飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。单片机最小系统板

需要添加复位电路，电源电路、晶振电路，单片机才能正常工作。

二、单片机结构单片机的结构单片机内部各种部件：CPU，RAM，ROM，计时器/计数器、串行口，IO口、中断系统、特殊功能寄存器、看门狗定时器。

举例：AT89S51

片内结构图在这里插入图片描述图片来源网络

封装图在这里插入图片描述

图片来源网络

实物图在这里插入图片描述图片来源网络

下面是该51单片机的引脚的介绍： VCC为电源引脚，用于给单片机供电，VSS为接地。 1~40的数字为不同引脚的编号，数字旁边的英文+数字是引脚的名称，如P1.0、P1.1、P1.2，VCC等。 2. IO口（input，output）以P开头的引脚是IO口引脚（P0.0–P0.7、P1.0–P1.7、P2.0–P2.7，P3.0–P3.7），IO有两种状态，高电平和低电平，也叫1和0。高电平简单来说就是相对高的电压，一般为单片机的VCC的电压，5V或3.3V，AT89S51为5V。低电平为0V。单片机上电后IO口的默认状态为悬空。可以用程序来控制单片机，让单片机的IO口输出不同的电平，若再给IO口引脚连接到电子元件，可以完成不同的目的如led亮灭等。也可以给单片机的IO引脚连接外部电源或者接地，此时可以编写程序，让单片机检测自己引脚电平状态，实现计算、逻辑运算等不同的功能。 3. 其他功能复位：能让单片机内部程序从头开始运行，单片机RST引脚接高电平 RX/TX : 在单片机和其他设备通信时候用。 ADC: 采集外部信号时用

三、单片机工作过程如果使用实物设计电路：设计搭建好硬件电路。【最简单电路直接用导线连接，较简单电路可以用面包板连接，当然有焊接条件的可以用洞洞板，PCB板（需要学习画PCB的软件）】。编程：用软件编写C语言程序(keil4、keil5等)。注：51单片机和一些其他单片机都用C语言进行编程，当然也有可以用Python等语言编写程序的单片机，如ESP32。编译：把C语言程序编译成 .hex文件烧录：用下载线连接单片机和电脑，把hex文件“输入”到单片机内部，即把程序写入单片机。（这个烧录过程可以理解为光盘的刻录的写入数据，但是它们的原理是不同的）上电运行：单片机根据烧录的程序，开始执行对于的操作。

注：如果使用实物，只有孤零零的一块MCU芯片是不行的，还需要外围电路（晶振、复位电路、烧录电路等），并且需要焊接。初学者可以用仿真或购买一块该芯片的最小系统板（包含了外围电路和MCU芯片，且较便宜），如果预算充足，可以购买相应芯片的开发板（开发板还焊接了各类外设：LED、数码管、按键等）

如果使用仿真设计电路：打开proteus软件，选择对应单片机型号，放置单片机，设计需要的电路编程：用软件编写C语言程序(keil4、keil5等) 编译：把C语言程序编译成 .hex文件烧录：双击单片机芯片，选择编译好的hex文件，确定。运行：点击运行按钮，运行proteus仿真

如果需要修改程序，可以重新烧录运行。

四、单片机编程–C语言入门

编程可以让电脑代替人完成一些工作，如果应用到单片机领域，就可以让单片机完成一些功能 1. 位和进制 (1) 介绍进制转化在此之前，介绍字节和位数的概念：由于内部结构，计算机只能识别0和1两种状态，位是最基本单位，它只能取值0和1 1个字节 = 8位请添加图片描述 1位二进制只能是0和1，2位二进制的组合方式有00、01、10、11 ，换算成十进制后，分别可以表示 0、1、2、3 。4位二进制的组合方式有16种，可以表示十进制0~15，总共16个数字，如下图所示。依次类推 n位可以表示2^n个数字。所以一个字节的大小为0~255。所以任意一个数字可以被0和1来表示，0和1组成的数叫二进制数同样的，也有16进制数，十进制的0-15分别用十六进制的0-9、A~F(不区分大小写)表示，一般会在十六进制前加0x用以区分不同进制举个例子：十进制的15用0xF表示，16用0x10表示(F+1会向第二位进位)，255用0xff表示在单片机中会经常用到十六进制数和二进制的转换请添加图片描述图片来源网络

根据数学规律，二进制每4个一组转化为对应的十六进制字母即可得到十六进制数

| 二进制数： 1001 0001 1111 1100 转化为十六进制数 | | | ||---------------------------------------|--------|------|------|------|------|--|--|--|
| 每4位转化为十六进制数 | | 1001 | 0001 | 1111 | 1100 || | | 9 | 1 | f | c |
| 结果 | 0x91fc |

即1001000111111100=0x91fc，反之也成立只有二进制和十六进制转化时可以每一位分开转化，二进制和十进制之间不可以，也就是说 0001 1001 不能等于十进制19，十进制15也不能等于001101 (2) 介绍位运算位运算为二进制数的运算，所以其他进制数进行位运算时需要转化为二进制数

运算名称运算符号：运算举例，解释与 &：0&0=0，0&1=0，1&0=0，1&1=1，0和任意数相与（&）得0。或 | ：0|0=0，0|1=1，1|0=1，1|1=1, 1和任意数相或（|）得1。异或^: 0^0=0，0^1=1,1^0=1,1^1=0 相同为0，相异为1 取反~：~0=1，~1=0 左移：01=0表示0右移一位，还是0

多位二进制数也可以进行位运算 0001&1111=0001 运算方法为逐位相与 0&0 0&0 0&0 1&1 多位二进制数也可以进行移位运算 01011=0010 ,左侧补0，低位1直接舍弃 2. 语法下面是一些所要用到的C语言知识。单看一篇文章是无法掌握一门语言的，建议看完本文并有点感觉的同学去阅读相关书籍和视频。下文仅作入门知识讲解。

(1) 就像学习英语等其他语言一样，掌握语法是基础，C语言也有自己的语法。电脑执行C语言程序时，会一行执行完，再执行下一行，即顺序执行请添加图片描述

如图中执行完第24行后，才会到25行，然后26行，27，28… (2) C语言每一条语句末尾都需要添加分号，如果不添加分号，就会和下一条语句视为同一行。 (3) 一条语句分为几部分内容，内容之间需要用空格隔开，如定义变量中int和a之间要用空格隔开。 (4) C语言大括号用于区分不同的代码块，相当于给代码分组，几个语句可以分为一组 (5) 注释：单行注释用两个斜杠+注释内容表示。如上图的绿色字体。多行注释用 /* 注释内容 */表示，注释内容两边加斜杠和星号。注释不算语句，对语句的运行没有影响，主要用于解释自己的语句内容。勤加注释可以帮助自己理清程序思路，让别人读懂自己的程序，在程序出现bug时更好排查 (6) C语言所有语句都用英文输入法来写，包括逗号，分号，引号，如果语句内容出现中文汉字或中文标点，程序会出错 3. 变量变量可以存储一些数据，能执行逻辑运算等操作。操作变量分为三步：定义，赋值、运算 (1) 定义：定义变量的取值范围，后面的赋值操作不能超出这个范围，定义只需定义一次。语法结构为：数据类型+空格+变量名字+分号如

int a; float a1;//a和a1是不同变量的名字 unsigned int car; char car_value1;//变量名字可以为字母数字下划线，但名字开头不能用数字，如1a，1b是错误的命名方式。

数据类型包括char , int，unsigned int，float，short int，unsigned short int，long int，unsigned long int，char，float 等。（数据类型的作用：让数字、浮点数、字符这些内容分开，因为它们各自的所占存储空间是不同的）这些类型的区别为定义的范围不同： int定义的变量范围为4个字节,范围为在这里插入图片描述

char定义的为8个字节，范围为-128~127， unsigned char定义的范围和char一样，unsigned意思是没有符号，不能为负数，即unsigned char的变量只能取0~255 ![[Pasted image 20220917171711.png]]

(2) 逻辑运算和算术运算运算的语法结构为：变量名字 + 运算符 + 运算的内容（可以为数字、字母、另外一个变量名等）+ 分号举例

a = 1; //把1赋值给a, 注意：赋值前一定要先定义

还可以把其他变量的值赋值给这个变量

int b; //定义b为int类型 int a; //定义a为int类型 b=1; //给b赋值给1 b=2; //多次赋值会覆盖之前的值，值以最近的一次为准，所以此时b的值为2 a=b; //把b的值赋值给a ，此时a的值为2 b=b-1;//把b-1的值赋值给b，因为b-1等于1，所以b的值此时变成了1 b=b1的结果为true（真或1）。如果a为2，那么结果为真。 a b=1 } //if内条件成立，执行语句b=2，给b赋值

除了if，还有switch case语句。

循环的作用：执行多条重复或有规律的语句有两种 while语句 for语句 while：

while(判断语句) { //判断语句成立时执行大括号内的代码 /*如果执行完一次，会进入判断语句，再次判断条件是否成立（true），如果成立，就会再执行代码，如果不成立，不会执行代码，直接执行while后面的其他代码*/ /*执行次数取决于判断语句*/ } /*其他代码（在大括号外边，不在while的作用域内）*/*

举例

int a=1;//定义和赋值写一起也可以 int b; while(a

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