单片机与C语言编程实用技术.docx

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1、单片机与c语言编程实用技术浙江省机电高级技工学校上海欧兰智能科技发展有限公司前 S近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机的发展异常迅猛。单片机芯片的产量以每年27%以上的速度递增。实际证明单片机技术已经成为90年后最活跃的新一代电子应用技术。在随着我国关于产业结构调整政策的出台，传统工业向自动化、智能化、网络化方向发展成为必然趋势。在这种情况下很多学校在本科生、大专生、中等专业、职业高中等不同层次上开设了单片机课程，在职技术人员也由于工作需要，迫切希望掌握单片机的开发和应用技术。为此浙江省机电高级技工学校相关老师根据多年的教学经验，开发引进了这套Arduino单片机实验开发系统，重点面向教学

2、，集实验和开发于一体，为提高单片机原理、C语言编程课程的教学质量，提供一种经济、实用、方便的解决方案。本书将蓝牙小车作为教学组织引领，开展各章节、模块的教学，在教学的过程中把C语言编程、VC+软件操作、单片机外围电路搭建与调试、CAD机械制图、激光切割零件制作等知识、技能点串成知识、技能链，并以此涵盖产品的设计、安装、调试，突出“产品引领法”的基本特征：产品引领、知识系统、激发兴趣、内容实用、突出能力、边学边用。需要说明的是在Arduino单片机教学平台开发过程中，得到了学校、学院领导的大力支持以及课题组相关老师的大力帮助，在此，谨对他们致以衷心的感谢!由于编者水平有限，错误和疏忽之处在所难免

3、，敬请读者批评指正。目录第一章标准C语言程序与VC 6.01. 1 VC 6.0软件基本操作第二章标准C语言程序入门2. 1标准C语言程序基本框架和语法2.2 库函数调用2.3 基本数据类型2.4 常量与变量2.4.1常量2.4.2变量2.5主函数main ()2.6顺序结构及其应用2.6.1格式输出函数2.6.2格式输入函数2.7运算符和表达式2.7.1表达式2.7.2赋值运算符及赋值表达式2.7.3算术运算符及算术表达式2.7.4关系运算符及关系表达式2.7.5逻辑运算符及逻辑表达式2.7.6自增自减运算符2.7.7符号优先级2.8分支结构及其应用2.8.1 if 语句2.8.2 swit

4、ch 语句2.8.3分支结构应用实例2.9循环结构及其应用2.9.1 for 语句2.9.2 while 语句2.9.3 dowhile 语句2. 9.4循环结构及其应用实例2.10 数组及其应用2. 10.1一维数组3. 10.2字符串数组及其处理4. 10.3数组应用实例2.11 子函数及其应用2. 11.1函数的定义3. 11.2函数的调用第三章Arduino单片机开发套件简介4. 1 Arduino单片机开发板硬件说明3. 2 Sensor shield扩展板硬件说明3.10 数字量与模拟量3.11 Arduino IDE编程软件使用说明第四章Arduino C语言程序应用4. 1 A

5、rduino C语言程序基本框架介绍4.2 Arduino C语言程序与标准C语言程序的异同4.3 单片机外围电路及其元器件4.4 常用库函数介绍4. 5数字量输出函数digitalWrite ()实验一：LED闪烁实验实验二：流水灯实验4.7数字量输入函数digitalRead ()实验三：开关控制实验4. 7模拟量输出函数analogWrite ()实验四：呼吸灯实验4.8模拟量输入函数analogRead ()实验五：环境光检测实验实验六：电位器调光实验4.9舵机驱动库函数实验七：舵机驱动实验第五章机械设计与机械制图基础5.1 AutoCAD软件基本操作5. 1.1 AutoCAD 的界

6、面5. 1.2 AutoCAD的文件操作5. 1.3 AutoCAD的绘图说明与设置5.2机械设计中常见几何特征的绘制5. 2.1绘制直线5. 2.2绘制矩形、正多边形5. 2.3绘制圆、圆弧、椭圆、椭圆弧5. 2.4绘制圆角、倒角5. 2.5图形操作5. 2.6绘制齿轮5. 3常用标准件简介5.4机器人常用结构设计方案第六章激光切割机使用说明6. 1激光切割机软件操作说明6.2亚克力材料的切割6. 3亚克力材料的雕刻第七章机器人综合实验蓝牙小车6.1 蓝牙小车结构设计及制作7. 2蓝牙小车硬件搭建方案7. 3蓝牙通讯程序流程分析7. 4蓝牙小车整体软件编写第一章标准C语言程序与VC 6.0c

7、语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔实验室的Dennis M. Ritchie于1972年推出，1978年后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上，它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。自C语言诞生以来，从大型主机到小型微机，C语言被广泛应用于系统软件和应用软件的开发，随之也衍生了很多个版本。1989年

8、，美国国家标准局第一次为 C 语言制定标准，被称为 ANSI X3.159-1989 Programming Language C”，俗称ANSI C或C89标准。1990年后，国际标准化组织(简称ISO)为C语言多次修订标准，并于2011年12月8日最新修订并公布的C语言标准时ISO/IEC 9899:2011,俗称CU标准。本课程上机使用的Microsoft Visual C+6.0正是基于C11标准的C语言开发环境，因此本书将符合C11标准的C语言称为“标准 C语言”，用于与Arduino IDE开发环境下的C语言做区分。1. 1 VC 6.0软件基本操作1 .打开VC 6.0软件。打开

9、“Microsoft Visual C+6.0，将出现如下窗口。xae xam 9b)m(：i 八“，EJS*|32 .新建Win32控制台工程点击一级菜单“文件”一“新建”一选择弹出框的“工程”选项卡一选择Win32 Console Application”一在工程名称”对话框内输入工程名称mc mm，Ms x*z w moo “u， r !CW M！ atanriiH r kNaai ttniiNr AMfiuiI3选择“一个空工程”一点击“完成”一点击“确定”。工程创建成功，如下图。3 .新建C程序文件:点击一级菜单“文件”一“新建”一选择弹出框的“文件”选项卡一选择“C+Source

10、File一在“文件名称”对话框内输入文件名称。C程序文件创建成功，之后可以编写程序。4 .在程序编辑框内输入如下程序。.- il tawft Vittl C - MOO AM) X2J M) IM)on a*W-3 *|Gtoba| (AM flotial memben -J .in台%Z力, XJISW 图Gc#include void main()printf(hello, world!n);5 .编译、生成、运行程序。编译程序Compil叵：点击之后，生成.obj文件，一般用于检查程序中是否Jj存在语法错误。Hello World.obj -0 error(s),0 warning(s)

11、IFK组建l调试X在文件i中查找入在文件|生成程序Buil(1圜:点击之后，生成.exe文件。test_1.exe -0 error(s),0 warning(s)门小组建调试4在文件1中查找卜在文件 I运行程序BuildExecuteE：用于查看程序运行结果。C:UsersacerDownloadsVC lvMyPrqjectstest_lDebugte5t_l.exe*hello, world?Press any key to continuet6 .保存程序选择“文件”菜单中的“保存”命令，将源程序保存到制定的文件夹中。7 .调试程序调试程序是程序设计中一个很重要的环节。程序中的错误一般

12、分为程序语法错误和程序设计上的逻辑错误，VC 6.0编译器只能找出语法错误，而逻辑错误则需要程序员手动查找。如果程序中存在语法错误，那么编译时会在输出窗口中给出错误提示，如下图所示： W veil .c C:UserslvHyPro)ctsa$44wvcfe.cp9()：*rrer C21*3: sytai error : Missing,)执柠 cl.e St田*.vch.akj -1*rror(*),*(Mrnin9(s)|TFKatZ WkX kS17I I _rffr.MMit*错误提示主要包括错误和警告及其个数、错误出现的行号及其原因。在输出窗口中双击错误提示信息或按F4键，会出现一

13、条醒目的蓝色条带突出提示信息，同时通过一个箭头符号定位产生错误的语句，如下图所示。提示：程序中的一处错误往往会引出若干条错误提示信息，因此修改一个错误后最好马上编译程序。通过反复的编译，可使程序中的错误越来越少，指导所有的语法错误都被修正。第二章标准C语言程序基础2.1 C语言基本框架。VC6.0中的C程序是标准C语言程序，基本包括三个部分:1)库函数头文件包含部分;3)主函数main ()；Itinclude include itdefine PI 3.14int avb;float c.circum;2)常量、变量定义部分;/咆含标串输入输出头文件*/咆含数享函数年头文件*/口矩形外接圆周

14、长*/* *长周 /线圆 喧值角接 赋赋. 度度算茸 于/*定义常量PI，它的值是3uoid main()2. 2库函数头文件调用。C语言中有许多已经编写好的函数，可以直接调用，极大的减轻了程序员的工作量，我们编程时应该利用这部分资源来简化程序。常用的库函数头文件有：stido.h ：标准输入输出函数库。其中包含我们常用的scanf ()输入函数,printf ()输出函数。math, h ：数学计算函数库。其中包含有三角函数、反三角函数、指数与对数、取绝对值等数学运算函数。string, h ：字符串处理函数库。其中包括字符串复制函数、拼接函数、查找函数、比较函数等，详情见C语言入门附录。2

15、. 3基本数据类型数据类型是对数据的一种抽象描述，目的是告诉计算机需要为这部分数据开辟多少存储空间。在定义变量时必须定义数据类型。常见的数据类型有：数据类型类型标识符占有字节数据范围整型int2-3276832767长整型long4-231-23,-1浮点型float43.4X10-383.4X1038双精度浮点型double81.7X 10-381.7X 1038字符型char1-128127字符串型string根据字符串长度*以上数据类型的占有字节和数据范围会随计算机硬件的不同而有所变化。1 .整数类型整数是诸如：-2、-1、0、1、2.的无小数部分的数。C语言提供了多种整数类型数据，以适

16、应不同场合的需求，其中经常用到的是整型(int)和长整型(long)这两种数据类型。整型int在计算机内存中占据2字节的存储空间，用16位二进制数表示，数值范围为(-3276832767).长整型long在计算机内存中占据4字节的存储空间，用32位二进制数表示,数值范围为-2”一2-1(-21474836482147483647)o/提示：当整型int或长整型long定义的数据超出允许数值范围，会发生溢出错误。同时，溢出错误不是语法错误，不会被编译器指出，所以程序员在运算时应注意数据的数值范围，特别是在乘法运算和指数运算时。2 .实数类型实型也叫浮点型,指有小数部分的非整数数值，比如像123.

17、45和1.2X109o 它们在计算机内部也是以二进制的形式存储和表示的。C语言提供了两种表示实数的类型：单精度型和双精度型。单精度型float在计算机内存中占据4字节，有效位为7位。双精度型double在计算机内存中占据8字节，有效位为16位。3 .字符类型字符型数据包括两种：单个字符和字符串，如：A是字符，hello”是字符串。单个字符用char定义，在计算机中字符是以ASCII码的形式存储的，一个字符占用1字节的存储空间。字符串用string定义，在计算机中可以看做是以字符数组的形式存储的，其存储空间依据字符串长度而定。提示：字符与ASCII码的对应关系可查阅附录12. 4常量与变量3.

18、4.1常量常量是不随时间和程序变化而变化的值，如上述程序中PL它的值是3.14,程序中所有出现PI的地方，都相当于3.14,在这种情况下PI不能被赋值，即不能出现PI=.”这样的赋值语句。常量的定义有两种方式：1) #define常量名学量值，如上述程序中的define PI 3.14”，这种定义方法，PI没有数据类型，也不占有存储单元，只是在编译时，所有的字符串PI都会被置换为3.15。语句结尾不需要加分号2) const常量数据类型常量名=常量值，如const float PI=3.14； n,这种定义方法与变量定义类似，有数据类型，也占有存储单元，在语句开头加上“const”字样来表示常

19、量定义。语句结尾必须加分号定义常量时，必须给常量赋值，如：#define PI 3.14const float PI=3.14；1 .整型常量整型常量即整数。虽然C语言允许整数采用十进制、八进制和十六进制书写。但一般还是采用比较熟悉的十进制形式。注意，C语言不支持二进制形式。2 .实型常量实型常量即实数。实数可以使用两种方式书写：一种是小数形式，例如：123.45,-2.0,0.5；另一种是指数形式，其中用字母e或者E表示10的幕次，例如:1.2345E2和1.2E-9分别表示123.45和1.2X10%提示：实型数据用指数形式表示时，E前必须要用3 .字符常量字符常量即单个字符，书写时要用单

20、引号将这个字符括起来，例如：A、2、等，它们属于常规字符。另外，还有一些字符比较特殊，不可视或无法通过键盘输入，例如换行符、回车符，C语言的解决方法是用转义字符表示它们。转义字符由一个反斜杠后跟规定字符构成。常用转义字符的定义如下:转义字符含义n换行符t横向跳格符（）空字符反斜杠单引号双引号提示：转义字符从书写上看是一个字符序列，实际上是作为1个字符对待的，存储时只占1字节。由于字符在计算机内是以ASCII码的形式存储的，实际上ASCII码值是一个0127之间的整数,因此字符常量也是可以参加运算，例如：a+1字符a的ASCII码值加1a+32字符a的ASCII码值减32,可用于大小写字母的转换

21、a数字6-回车键Enter”2.7符号与表达式2.7.1表达式表达式是C程序中不可缺少的一部分。表达式是由运算符、操作数(变量、常量或函数等)和标点符号，按照一定规则组成的一个有意义的语句。例如：a=b;赋值表达式c=a+b;算术表达式i0;逻辑表达式C语言中的符号主要分为赋值运算符、算术运算符、逻辑运算符、关系运算符、条件运算符和特殊运算符六个大类。2. 7.2赋值运算符及赋值表达式赋值运算符是用于为变量或常量指定数值的运算体符。其操作符号为“=示例代码如：a=b；该表达式的意义是，把b的值赋值给a。其中，b可以是一个单纯的变量，也可以是一个表达式。思考题：运行如下语句之后，a和b的值各是多

22、少？ int a=l；int b=3；a=b； int a=l；int b=3b=a；2.7.3算术运算符及算术表达式算术运算符是用于进行数学运算的运算符。例如，力口、减、乘、除等就是算术运算符。操作完成后，返回一个数字型的值。算术运算符包括加法运算符（+）、减法运算符（-）、乘法运算符（*）、除法运算符（/）、模运算符（）。上述算术运算符都是二元运算符，该运算符两端的数据必须是数字。2.7.4关系运算符及关系表达式关系运算符，即用于比较两个数据关系大小的运算符，并根据比较的结果返回一个逻辑值。关系运算符包括大于运算符（）、大于等于运算符（=）、小于运算符（）、小于等于运算符（=）、等于运算符

23、（=）以及不等于运算符（！=）。2.7.5逻辑运算符及逻辑表达式逻辑运算符，即用于处理逻辑值的运算符。逻辑运算符通常用在条件判断语句或循环语句中，如if、while语句等。C+中的逻辑运算符包括逻辑与运算符（&）、逻辑或运算符（|）、逻辑非运算符（!）o由逻辑运算符构成的表达式，称为逻辑表达式。逻辑表达式的返回值为逻辑值（true或false）,一般情况下,1代表 true,0代表 false逻辑运算符的运算规则如下：逻辑与（参数1&参数2）运算真值表参数1参数2结果000100010111逻辑或（参数1|参数2）运算真值表参数1参数2结果000101011111逻辑非。参数）运算真值表参数结

24、果01102.7.6自增自减运算符C语言中还提供了一些特殊的运算符，如+、-、+=、-=等。特殊运算符及其说明特殊运算符说明示例+自加运算符i+等价于i=i+l一一自减运算符i一等价于i=i-l+=加赋值运算符i+=j等价于i=i+j-减赋值运算符i-=j等价于i=i-j*=乘赋值运算符i*=j等价于i=i*j/=除赋值运算符I/=j等价于i=i/j2.7.7符号优先级C程序中的符号同时出现在一个表达式时是有优先顺序的，如数学中的四则运算乘除优先于加减。常用符号的优先级如下:优先级运算符名称或含义使用形式结合方向说明1数组下标数组名常量表达式左到右0圆括号（表达式）/函数名（形参表）2-负号运

25、算符-表达式右到左小目（类型）强制类型转换（数据类型）表达式+自增运算符+变量名/变量名+甲目一一自减运算符一变量名/变量名一单目!逻辑非运算符!表达式单目3/除表达式/表达式左到右双*乘表达式*表达式双目%取余整型表达式%整型表达式|14+加表达式+表达式左到右双目-减表达式-表达式双目5大于表达式表达式左到右双目二大于等于表达式=表达式双目小于表达式表达式左到右双目=小于等于表达式b,则c=l,否则c=-lo3）如果ab,则c=L如果a=b,则c=0,如果ab,则c=T。4）如果a=l,则c=3,如果a=2,则c=5,如果a=3,则c=,如果a=4,则 c=17o2.8.2 switch语

26、句结构C语言中的另外一种选择语句是switch语句，其语法如下:switch （表达式）case常量1：语句1;break；case常量2：语句2；break；case常量n：语句n；break；default：语句n+1执行swtich语句时，如果表达式的结果等于常量1,则运行语句1,如果表达式的结果等于常量n,则运行语句n,如果表达式的结果不等于常量ln,则运行default中语句n+lo其流程图如下:否switch语句流程swtich语句长搭配break语句使用。break语句的作用是，跳出其所在该函数，运行后续的语句。break语句并非必须使用，不使用break语句的程序流程如下：不使

27、用break语句，程序在运行完一个case之后，不会结束switch程序，而是查询下一个case,直到查询完所有case结束程序。例：试编写程序实现如F功能，如果a=l,则c=3,如果a=2,则c=5,如果a=3,则 c=ll,如果 a=4,则 c=17。程序：switch (a)case 1：c=3；break；case 2：c=5；break；case 3：c=ll；break；case 4：c=17；break；2.8.3分支结构程序应用实例实训1：编写一个简单验证码程序，用户回答一个计算题，返回正确或错误提示。程序不例：#includevoid main()(int a=365, b=

28、628;int result;int input;result=a+b;printf(M%d+%d=M,a,b);scanf(M%d*,&input);if(input=result)(printf(Right!nH);) else(printf(MWrong!nM);)实训2：用户输入手机号码前三位，输出运营商信息。程序示例：#includevoid main()(int number;int operators;printf(请输入手机号码前三位：nn);scanf(H%d,&number);if(number=134)&(number=150)&(number=157)&(number=130)&(number=155)&(number=l 85)&(number=186)printf(查询结果：中国联通n);/*130-132、155-156,185-186*/)else if( number=133| number=153| number=180| number=189)(printf(查询结果：中国电信n);/*133、153、180、189*/)else(printf(无此号段n);)实训3：用户任意输入三个数字，输出从小到大的数字排列。程序示例：#includevoid main()(int a;int b;int c;int x;int y;