C语言是单片机开发中不可或缺的基础知识,本文介绍了一些在STM32学习中常见的C语言基础知识。
1. 位操作
接下来,我们将解释几种常见的位操作符,并探讨位操作的一些技巧。C语言支持以下六种位操作符:
下面,重点讲解一下位操作在单片机开发中的一些实用技巧。
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,方法就是我们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:
GPIOA->CRL &= 0xFFFFFF0F; /* 将第 4~7 位清零 */
然后再与需要设置的值进行 | 或运算:
GPIOA->CRL ¥= 0xFFFFFF0F; /* 设置相应位的值(4),不改变其他位的值 */
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
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。
~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
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。
^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,如下:
GPIOB->ODR ^= 1
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。
2define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,这里就不多讲解了。
3ifdef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
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。
4extern变量声明
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;
这个语句是声明 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,需要掌握。
5typedef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。
这里我们可以为结构体定义一个别名 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
是等同的作用了,但是 GPIO_TypeDef
使用起来方便很多。
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