单片机开发中几个重要的C语言知识

2024-02-08 20:12:29

C语言是单片机开发中的必备基础知识，这里列举部分STM32学习中会遇见的C 语言基础知识点。

01 、位操作

下面我们先看几种位操作符，然后讲解位操作使用技巧。C语言支持如下6中位操作：

运算符	含义	运算符	含义
&	按位与	~	按位取反
\|	按位或	<<	左移
ˆ	按位异或	>>	右移

以下是位操作在单片机开发中的一些实用技巧。

1. 1 在不改变其他位的值的状况下，对某几个位进行设值。

这个场景在单片机开发中经常使用，方法就是先对需要设置的位用&操作符进行清零操作，然后用 | 操作符设值。

比如我要改变GPIOA的状态,可以先对寄存器的值进行&清零操作：

GPIO->CRL &= 0XFFFFFF0F;          /*将第4-7位清零*/

然后再与需要设置的值进行|或运算：

GPIO->CRL |=0X00000040;       /*设置相应位的值（4），不改变其他位的值*/

1.2 移位操作提高代码的可读性。
移位操作在单片机开发中非常重要，下面是delay_init函数的一行代码：

SysTick->CTRL |= 1 << 1;

这个操作就是将CTRL寄存器的第1位（从0开始算起）设置为1，为什么要通过左移而不是直接设置一个固定的值呢？
其实这是为了提高代码的可读性以及可重用性。这行代码可以很直观明了的知道，是将第1位设置为1。如果写成：

SysTick->CTRL |= 0X0002;

这个虽然也能实现同样的效果，但是可读性稍差，而且修改也比较麻烦。

1.3 ~按位取反操作使用技巧

按位取反在设置寄存器的时候经常被使用，常用于清除某一个/某几个位。下面是delay_us函数的一行代码：

SysTick->CTRL &= ~(1 << 0) ;    /* 关闭SYSTICK */

该代码可以解读为仅设置CTRL寄存器的第0位（最低位）为0，其他位的值保持不变。

同样我们也不使用按位取反，将代码写成：

SysTick->CTRL &= 0XFFFFFFFE;        /* 关闭SYSTICK */

可见前者的可读性，及可维护性都要比后者好很多。

1.4 ^按位异或操作使用技巧

该功能非常适合用于控制某个位翻转，常见的应用场景就是控制LED闪烁，如：

GPIOB->ODR ^= 1 << 5;

执行一次该代码，就会使PB5的输出状态翻转一次，如果我们的LED接在PB5上，就可以看到LED闪烁了。

02、define宏定义

define是C语言中的预处理命令，它用于宏定义（定义的是常量），可以提高源代码的可读性，为编程提供方便。常见的格式：

#define   标识符    字符串

“标识符”为所定义的宏名。“字符串”可以是常数、表达式、格式串等。例如：

#define    HSE_VALUE     8000000U

定义标识符HSE_VALUE的值为8000000，数字后的U表示unsigned的意思。至于define宏定义的其他一些知识，比如宏定义带参数这里我们就不多讲解。

03、ifdef条件编译

单片机程序开发过程中，经常会遇到一种情况，当满足某条件时对一组语句进行编译，而当条件不满足时则编译另一组语句。
条件编译命令最常见的形式为：

#ifdef 标识符    

程序段1

#else    

程序段2

#endif

它的作用是：当标识符已经被定义过(一般是用#define命令定义)，则对程序段1进行编译，否则编译程序段2。其中#else部分也可以没有，即：

  #ifdef   标识符

 程序段1   

 #endif

条件编译在HAL库里面是用得很多，在stm32mp1xx_hal_conf.h这个头文件中经常会看到这样的语句：

#if !defined  (HSE_VALUE)    

#define HSE_VALUE    24000000U    #endif

如果没有定义HSE_VALUE这个宏，则定义HSE_VALUE宏，并且HSE_VALUE的值为24000000U。条件编译也是C语言的基础知识吧。
这里提一下，24000000U中的U表示无符号整型，常见的，UL表示无符号长整型，F表示浮点型。

这里加了U以后，系统编译时就不进行类型检查，直接以U的形式把值赋给某个对应的内存，如果超出定义变量的范围，则截取。

04、extern变量申明

C语言中extern可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。

这里面要注意，对于extern申明变量可以多次，但定义只有一次。在我们的代码中你会看到看到这样的语句：

extern uint16_t g_usart_rx_sta;

这个语句是申明g_usart_rx_sta变量在其他文件中已经定义了，在这里要使用到。

所以，你肯定可以找到在某个地方有变量定义的语句：

 uint16_t g_usart_rx_sta;

extern的使用比较简单，但是也会经常用到。

05、typedef类型别名

typedef用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。typedef在HAL库用得最多的就是定义结构体的类型别名和枚举类型了。

    struct _GPIO{
                  __IO uint32_t CRL;        
                  __IO uint32_t CRH;        
                  …    
                };

定义了一个结构体GPIO，这样我们定义结构体变量的方式为：

struct  _GPIO  gpiox;       /* 定义结构体变量gpiox */

但是这样很繁琐，HAL库中有很多这样的结构体变量需要定义。这里我们可以为结体定义一个别名GPIO_TypeDef，这样我们就可以在其他地方通过别名GPIO_TypeDef来定义结构体变量了，方法如下：

    typedef struct{
                   __IO uint32_t CRL;           
                   __IO uint32_t CRH;            
                   …    
                  } GPIO_TypeDef;

Typedef为结构体定义一个别名GPIO_TypeDef，这样我们可以通过GPIO_TypeDef来定义结构体变量：GPIO_TypeDef gpiox;
这里的GPIO_TypeDef就跟struct _GPIO是等同的作用，但是GPIO_TypeDef使用起来方便很多。

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