参考连接:
- 安装MinGW-64(在win10上搭建C/C++开发环境)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/85429160
- MinGW-64;
链接:https://pan.baidu.com/s/1oE1FmjyK7aJPnDC8vASmCg?pwd=y1mz 提取码:y1mz --来自百度网盘超级会员V7的分享
- C语言菜鸟教程
https://www.runoob.com/cprogramming/c-tutorial.html
- C语言复习8-10,分别对应数组;指针;字符串;
https://blog.csdn.net/qq_43369406/article/details/125154550
;https://blog.csdn.net/qq_43369406/article/details/125163465
;https://blog.csdn.net/qq_43369406/article/details/125164029
; - 野火F407开发板-霸天虎视频-【入门篇】
https://www.bilibili.com/video/BV1Vt411X7PK/
- 野火霸天虎教程
https://doc.embedfire.com/products/link/zh/latest/mcu/stm32/ebf_stm32f407_batianhu_v1_v2/download/stm32f407_batianhu_v1_v2.html
- 【单片机】野火STM32F103教学视频 (配套霸道/指南者/MINI)【全】(刘火良老师出品) (无字幕)
https://www.bilibili.com/video/BV1yW411Y7Gw/?vd_source=39f3289ad7c2358aaf9772ccb7ff98bf
使用硬件:
- stm32 407
使用软件:
- MinGW
- VSCode
- Keil5
使用系统(以下皆可):
- win10/11
- Linux
- Mac OS
目录:
- x.1 C语言基础知识
- x.2 单片机基础知识
- 单片机GPIO介绍
x.1 C语言基础知识
如果有C语言基础可以直接跳过。
x.1.1 C语言背景知识
C语言是为了Unix系统而诞生的语言。C 语言是一种通用的、面向过程式的计算机程序设计语言。1972 年,为了移植与开发 UNIX 操作系统,丹尼斯·里奇在贝尔电话实验室设计开发了 C 语言。
x.1.2 C语言的安装
可以通过访问 MinGW 的主页 mingw-w64.org
;知乎上文章- 安装MinGW-64(在win10上搭建C/C++开发环境)https://zhuanlan.zhihu.com/p/85429160
;MinGW-64; 链接:https://pan.baidu.com/s/1oE1FmjyK7aJPnDC8vASmCg?pwd=y1mz 提取码:y1mz --来自百度网盘超级会员V7的分享
来下载安装。
当安装 MinGW 时,您至少要安装 gcc-core、gcc-g++、binutils 和 MinGW runtime,但是一般情况下都会安装更多其他的项。
添加您安装的 MinGW 的 bin 子目录到您的 PATH 环境变量中,这样您就可以在命令行中通过简单的名称来指定这些工具。
x.1.3 C语言运行流程
C语言是一门针对操作系统设计的,强类型,面向过程,运行速度媲美汇编,在运行时先要将内容编译成汇编语言的一门语言。我们使用VSCODE编辑文本,使用GCC汇编成二进制文件,输入如下命令将编辑器写好的.c
文件转成.out
二进制文件,
$ gcc test1.c test2.c -o main.out
$ ./main.out
输出的.out
文件可以直接运行。当然更加细节的操作牵扯到更深的计算机知识,链接库等,但并不需要。
x.1.4 C语言的组成和运行规则
C语言由关键字,标识符,常量,字符串值,符号(分号),注释等组成。
C语言都是从main函数开始运行的,一个C语言的简单例程如下所示,
#include <stdio.h>int main()
{/* 我的第一个 C 程序 */printf("Hello, World! \n");return 0;
}
所有的 C 语言程序都需要包含 main() 函数。 代码从 main() 函数开始执行。
/* … */ 用于注释说明。
printf() 用于格式化输出到屏幕。printf() 函数在 “stdio.h” 头文件中声明。
stdio.h 是一个头文件 (标准输入输出头文件) , #include 是一个预处理命令,用来引入头文件。 当编译器遇到 printf() 函数时,如果没有找到 stdio.h 头文件,会发生编译错误。使用<>
来寻找系统环境变量中的问价,使用""
先找当前文件中的文件,找不到再去系统环境变量中查找。
return 0; 语句用于表示退出程序。
x.1.5 C语言的变量类型
C语言的基本类型包括整型(int32),布尔型(u8),浮点型(double64),字符型(u8)。我们可以使用sizeof关键字来查看对象或者变量的大小,
#include <stdio.h>
#include <limits.h>int main()
{printf("size of int is: %lu \n", sizeof(int));int i = 0;printf("%p\n", &i);//输出:000000000061FE1C 输出的是i变量的地址return 0;
}
输出结果如下,
%lu
为 32 位无符号整数,%p
为输出指针内存地址,默认以十六位输出。常见的变量类型及其对应的大小如下,
我们使用type i的时候是对i变量声明并定义(会在内存开辟空间),使用extern type i的时候只是声明变量(并不会在内存给空间)。
extern int i; //声明,不是定义
int i; //声明,也是定义
x.1.6 C语言的常量
常见的常量有整数常量(如0xFFFFFF,7u等),浮点常量(3.14,3.14f),字符常量(如转义字符\t),还可以使用常见预处理器来定义常量,例如#define和const关键字,如下,
#define PI 3.14
const double PI_2 = 3.14;
推荐使用#define关键字,define是进行简单的文本替换,老外常用。
x.1.7 C作用域和存储类
C语言根据程序中定义的变量所存在的区域来决定变量的作用域,我们需要掌握的作用域就两种,局部变量和全局变量。在函数或块内部的变量称为局部变量,在所有函数外部的称为全局变量。
C语言变量存储类常见有auto,register,static,extern四种,局部变量的默认类型是auto,变量在函数和开始时被创建,在函数结束时被销毁。而register是放在寄存器中的变量,运行速度快,static和extern都是全局变量,在全局都可以调用,
static int count=10; /* 全局变量 - static 是默认的 */{auto int month; // auto是默认的
}int main(){printf(count);// printf(month); // can'treturn 0;
}
x.1.8 C语言运算符
C语言常见运算符有算数运算符,关系运算符(<,>),逻辑运算符(&&存在短路),位运算符等。
- 算数运算符
%是取模,即取余数。
- 关系运算符
关系运算符返回真或假的布尔常量,用于比较大小与相等与否,
- 逻辑运算
逻辑运算符与或非,也返回一个布尔值,但是与或具有短路效应,
- 位运算符(重要)
位运算符在单片机的操作中比较常见且重要,常见的运算符有对位取与,取或,取异或,取非,左移,右移(补码负数高位补1)。
x.1.8 C语言逻辑
C语言的逻辑由if-else选择判断,和循环组成。
选择判断中有if-else语句,问号语句,switch-case语句(搭配break使用,且switch中变量要为int32),例句如下,
/* ?: */
Exp1 ? Exp2 : Exp3;/* switch - case */
#include <stdio.h>int main()
{int a;printf("input integer number: ");scanf("%d",&a);switch(a){case 1:printf("Monday\n");break;case 2:printf("Tuesday\n");break;case 3:printf("Wednesday\n");break;case 4:printf("Thursday\n");break;case 5:printf("Friday\n");break;case 6:printf("Saturday\n");break;case 7:printf("Sunday\n");break;default:printf("error\n");}
}
循环中有while循环,for循环,do…while循环,搭配break,continue,goto(goto有害),例句如下,
#include <stdio.h>int main ()
{for( ; ; ){printf("该循环会永远执行下去!\n");}return 0;
}
在linux系统中,可以使用ctrl+c
终止无限循环的程序(程序中断,释放内存),使用ctrl+z
挂起程序(程序暂停,不释放内存)。
PS: 在VIM编辑器中ctrl+c
=esc
是停止输入。
x.1.9 C语言函数
面向对象语言三大特征:封装继承多态,C语言虽然是面向过程的,但是函数的存在体现着封装的思维。
C语言的函数声明必须要放在main()函数之前。函数声明告诉编译器函数的名称、返回类型和参数。函数定义提供了函数的实际主体。
函数的定义由四部分构成,返回类型,函数名称,参数,函数主体。它的四大部分的作用为:
- 返回类型:一个函数可以返回一个值。return_type 是函数返回的值的数据类型。有些函数执行所需的操作而不返回值,在这种情况下,return_type 是关键字 void。
- 函数名称:这是函数的实际名称。函数名和参数列表一起构成了函数签名。
- 参数:参数就像是占位符。当函数被调用时,您向参数传递一个值,这个值被称为实际参数。参数列表包括函数参数的类型、顺序、数量。参数是可选的,也就是说,函数可能不包含参数。
- 函数主体:函数主体包含一组定义函数执行任务的语句。
return_type function_name( parameter list )
{body of the function
}
一个简单的函数定义如下所示:
/* 函数返回两个数中较大的那个数 */
int max(int num1, int num2)
{/* 局部变量声明 */int result;if (num1 > num2) {result = num1;} else {result = num2;}return result;
}
我们使用函数名加小括号的形式调用函数。默认情况下,C 使用传值调用来传递参数。一般来说,这意味着函数内的代码不能改变用于调用函数的实际参数。
x.1.10 C语言枚举
枚举变量用于定义一组具有离散值的常量,可以实现变量名到整型的映射关系。枚举变量的定义需要使用enum关键字,案例如下:
// 1. 使用define定义常量
#define MON 1
#define TUE 2
#define WED 3
#define THU 4
#define FRI 5
#define SAT 6
#define SUN 7// 2. 使用enum实现1.中的映射关系
enum DAY
{MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};// 3. enum更改默认的映射关系
enum season {spring, summer=3, autumn, winter};// 4. 常用的定义枚举变量的方式:定义枚举类型的同时定义枚举变量
enum DAY
{MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
} day;enum DAY day; // 先定义枚举类型,再定义枚举变量
x.1.11 C语言指针
x.1.11.1 指针定义
C语言最有特色的地方便在于可以直接使用指针访问内存,我们在C语言中经常使用的数组和字符串便是指针类型变量。
一个简单的指针变量p如下定义,表示变量p就是一个指针变量,*p表示指向数字0,p表示它的值是内存的地址。
int *p = 0;
我们可以使用printf + %X
大写十六进制查看指针p的值(即指针指向的地址),可以使用printf + %p
+ &变量名
查看变量在内存中的实际地址。案例如下,
#include <stdio.h>int main()
{// 1. 使用sizeof()输出变量类型和变量大小int i = 0;printf("size of int is: %lu \nsize of i is: %lu\n", sizeof(int), sizeof(i));// 2. 使用指针p指向i的地址,以十六进制输出p的指针和i的地址int *p = &i;printf("i's address is %p\np's address is %X\n", &i, p);return 0;
}
输出结果如下所示,
x.1.11.2 指针的取地址运算符和解地址运算符
在指针使用中我们经常碰到取地址运算符&
和解地址运算符*
。顾名思义,取地址运算符为&
,符号后面只可跟一个变量,用于寻找该变量的地址;解地址运算符*
,用于得到指针变量指向的内存地方存储的值。*和&是相反的作用。如下所示:
x.1.11.3 使用传递指针访问内存
指针在C语言中的重要作用之一在于直接访问内存,传递局部变量的值并修改。我们可以将局部变量的值通过指针传到函数中,这样函数中修改的值便可以返回,即函数中的局部变量的值不会在函数结束后销毁。
通过如下四种等价的方式往函数中传递指针,
x.1.11.4 指针的类型
指针也是具有类型和大小的。指针类型最大的作用在于在做例如*p++
的运算的时候,一次性跳动的字节数不同。
#include <stdio.h>int main(){int *p = 0;*p++;printf("%X\n", p);double *q = 0;*q++;printf("%X\n", q);return 0;
}
运行代码,可以看到p一次性跳动四个字节(即int大小),q一次性跳动八个字节(即double大小),运行结果如下所示,
但我们需要注意的是,不管你的指针是什么类型,你定义的指针在内存中的实际大小都是一个字(例如我的电脑是x86x64,64bit,则大小就是64bit=8Byte,8字节)八字节大小,可以输入如下代码测试,
#include <stdio.h>int main(){void *p = NULL;double *q = NULL;printf("size of pointer p is %X\n", sizeof(p));printf("size of pointer q is %X\n", sizeof(q));return 0;
}
运行结果如下所示,在C语言中,NULL和0是等价的,
指针变量也和普通变量一样,支持强制类型转换,我们也可以声明一个新的指针变量指向原来的地址,malloc-free关键字一定会用强转,强转代码如下,
int a = 10;
int *p = &a;// 把指向 int 类型的指针强制转换为指向 char 类型的指针
char *q = (char*)p;// 使用 q 进行内存操作,一些平台可能会出现错误
*q = 'A';
x.1.11.5 使用指针动态申请内存
我们使用malloc-free
关键字来进行动态内存分配,malloc申请出来的指针默认是void *类型,所以我们一定会进行强制类型转换。
int *a = (int *) malloc ( n*sizeof(int) );
申请后的空间需要归还给系统,使用free(a)。记住要在同一个地方malloc和free。
动态申请内存是为了让系统自动给你开辟新的内存空间供你使用,你不会访问到内存别的地方,清占别的内存空间或者产生乱码。
x.1.11.6 指针和const搭配使用
const和指针混搭会产生两种效果,不用去刻意记忆名字,我们只需要判断const是否是直接修饰的指针,如int * const p = &i;
const便是直接修饰的指针,而const int *p = &i
const便不是直接修饰的指针。const修饰指针表示指针不能修改,而const不修饰指针则表示通过指针不能修改。
- 指针不能修改
int * const p = &i;
意思是指针不能修改。一旦该指针得到了某个变量的地址,就不能再指向其他变量了。
常用于:数组。
数组本质上便是一个被const修饰的指针,所以不能被直接赋值,int a[] <=> int * const a
。
- 通过指针不能修改
const int *p = &i;
意思是通过指针不能修改变量(并不使得那个变量成为const)。
常用于:字符串;在函数传参时希望用户只有访问权限,无修改权限的时候可以使用。
字符串本质上是一个const char *
,所以通过指针不能修改。
x.1.12 C语言数组
前面一章节已经说了,数组本质上是一个被const修饰的指针,即int * const p
,指针不能修改。
需要注意的是,数组在定义的时候,数组长度需要用常量定义,不能用变量,
int length = 10;
#define length_define 10
const int length_const = 10;int a[10]; // ok
int a[length_define]; // ok
int a[length_const]; // okint a[length]; // wrong
- 数组的初始化和赋值
我们使用循环来给数组赋值,数组中每一个单元的数据都是同一个类型,数组的大小在初始化的时候就需要定义好,数组越界会报segmentation fault
;数组排序从0开始往后排;
// 1. 数组初始化
int array[10];
for ( int i = 0; i<10; i++){array[i] = 0;
}int array_2 = {1, 2, 3};
注意array[0]有时候指代数组array的地址。
- 数组大小计算
数组的大小计算使用sizeof关键字,
sizeof(a)/sizeof(a[0]);
x.1.13 C语言字符串和字符数组
在前面已经讲过,C语言的字符串本质上是通过指针不能修改的类型,即char *str <=> const char *str
,char *str是字符串类型。
字符串和字符数组存在区别,C语言中字符串的结尾需要加\0
,而字符数组就是char类型的const指针,不需要以\0
结尾。
- 字符数组
字符数组和字符串不同,字符数组就是以char的数组实现的,其结尾不需要加'\0'
举例如下:
- 字符串
字符串的结尾需要加'\0'
,字符数组的长度增加了一字节,所以字符串的本质就是最后一位是\0
的字符数组,如下:
在string.h的文件内有很多处理字符串的函数。在这里需要注意的是字符串和字符数组的索引都是从0开始的。
字符串变量的常见书写方法有以下几种:
char *str = "1"; // 指针形式,最常见的形式1
char str[] = {'1', '\0'};
char str[2] = "1";// 字符数组
char str[] = "1"; // 字符数组 数组形式,最常见的形式2
C中,字符串的是以字符数组的形态存在的,但是仍然存在区别。需要注意的是char *str = "1";
是一个const char *str
类型,通过指针不能修改,所以如果创建需要修改的字符串,应该创建字符数组char s[] = "1"
;
与使用%d
来输入输出整型不同,字符串的输入输出需要用到%s
,如下,
- 字符串数组
我们有时候需要使用多个字符串,这个时候我们就可以使用字符串数组,
我们最经常使用的定义字符串数组方式如下所示:
char *a[]; // a是一个一维数组,其中每一个a[n]都是一个char *字符串,即通过指针不能更改的字符数组
这在main函数中的argv中也可以见到,
x.1.14 C语言结构体
结构体类似于LabVIEW中的簇,可以将不同类型的数据整合在一起形成一个对象,常用的定义结构的方式有以下两种,
// 1. 可以用typedef创建新类型(推荐)
typedef struct
{int a;char b;double c;
} Simple2;
//现在可以用Simple2作为类型声明新的结构体变量
Simple2 u1, u2[20], *u3;// 2. 先定义结构体类型,再定义结构体变量
//此声明声明了拥有3个成员的结构体,分别为整型的a,字符型的b和双精度的c
//结构体的标签被命名为SIMPLE,没有声明变量
struct SIMPLE
{int a;char b;double c;
};
//用SIMPLE标签的结构体,另外声明了变量t1、t2、t3
struct SIMPLE t1, t2[20], *t3;
typedef关键字在结构体定义的时候经常使用,用于使用它来为类型取一个新的名字。下面的实例为单字节数字定义了一个术语 BYTE:
typedef unsigned char BYTE;
在这个类型定义之后,标识符 BYTE 可作为类型 unsigned char 的缩写,例如:
BYTE b1, b2;
x.2 单片机基础知识
x.2.1 单片机中的C语言
在已经有C/C++或者X.1的学习后,我们再补充一点单片机中的C语言的知识。单片机中常使用C的指针来操作寄存器,使用预编译宏来定义常量,使用移位操作来控制寄存器等。
x.2.1.1 指针中的取地址,解地址
取地址符号为&
,解地址符号为*
,使用如下,
int *p = &value; // 取地址用&
*p = 1; // 解地址用*
x.2.1.2 宏编译的条件判断
使用预编译宏来取消编译,
#if 0...#endif
x.2.1.3 C语言的位操作
常见的位操作有左移,右移,取反,与,或,异或,这部分参考c语言中文网,
x.2.1.4 C语言的置位,清零
第六个位置这个地方设置为1,其他地方不变,使用或操作|= (1<<6)
;
第六个位置这个地方设置为0,其他地方不变,使用与操作&= ~ (1<<6)
;
第六五位置设置为0,其他地方不变,&= ~(0x03)<<6
;因为0x03是11。
案例如下,孰能生巧,
x.2.2 DAP仿真器下载程序
DAP仿真器用于将软件下载到单片机上,它遵循ARM公司的CMSIS-DAP标准,支持所有基于Cortex-M内核的点偏激,属于HID设备,无需安装驱动,支持多操作系统。
x.2.3 STM32背景知识
x.2.4 寄存器
x.2.5 GPIO介绍+使用GPIO点亮LED灯
x.2.6 固件库
x.3 案例——使用单片机点亮LED灯案例
x.3.1 51单片机
单片机中最基础的入门级别单片机就是51单片机,51单片机相较于stm32单片机更容易上手,因为51单片机内部已经实现了寄存器映射,所以在这里可以直接使用寄存器别名来进行访问。
电流方向永远是从正极流向负极,从高压流向低压(因为存在电势差),电子流动方向和电流流向相反。我们可以很快速地用51单片机来点亮LED灯,如果LED灯的电路图如下,则只需要控制P0,0端口将数值设置为0便可以将电路点亮,
则代码如下便可实现LED灯的开关,
x.3.2 stm32f103
寄存器映射指给寄存器地址映射一个别名,这个功能可以通过reg52.h
和stm32f10x.h
两个文件来实现。
LED灯对应的接口为PB0,则意味着是GPIOx_ODR
寄存器中的GPIOB0_ODR
。
GPIOx_ODR是指 general purpose intput output x _ Output data register,是通过ODR来控制LED灯开关的。
- SOC厂商在已经有ARM芯片基础上设计了三类地址总线,为AHB,APB2,APB1总线。我们先在参考手册中
第二章 存储器和总线架构
中找到挂载在APB2地址总线下的GPIOB的绝对地址,
- 我们需要ODR来控制LED灯,所以我们需要找到ODR0的绝对地址,我们根据地址偏移来计算,
- 我们使用ODR0来控制PB0的端口,看了电路图我们知道要实现LED中G颜色的开关,我们需要将PB0的端口电压设置为0V,这个时候我们即将PB0设置为0便可,
-
我们需要通过CRL寄存器来告诉MCU, LED中的PB0为输出值,即配置IO口为 输出。
-
打开RCC的时钟寄存器。
最终我们的代码书写如下,
x.3.3 stm32f407
- 更改GPIOx_MODER模式寄存器为输出
AHB1下
- 更改RCC时钟控制器
AHB1下
- 更改GPIOx_ODR数据寄存器
AHB1下
代码如下,stm32f4xx.h
文件内容,
main.c
文件内容,
x.3 单片机GPIO介绍
x.3.1 GPIO简介
407有144个引脚,引脚供电大部分是5V,GPIO属于引脚,但并不是所有引脚都属于GPIO;查找每一个GPIO功能通过数据手册查找。
x.3.2 GPIO 功能框图讲解
GPIO功能框图如下,
I/O引脚就是芯片和PCB印刷电路板的解除方式,而I/O引脚的左侧则是芯片的内部电路。
BSRR 指的是bit set reset register,其中set是指置位,是低16位,输出高电平置1。reset是指复位,是指高16位,输出低电平置1。
输入输出是相对ARM芯片而言的,如果往芯片写数据叫输入,从芯片往外写数据叫输出。
在输入中TTL使得输入模拟信号,当大于1.8V时为高电平,当低于1.8V时为低电平。
输入的输入较为简单,输出则较为复杂,输出的流程图如下,