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【宝藏系列】STM32之C语言基础知识

【宝藏系列】STM32之C语言基础知识


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文章目录

    • 【宝藏系列】STM32之C语言基础知识
    • 1️⃣位操作
    • 2️⃣define宏定义
    • 3️⃣ifdef条件编译
    • 4️⃣extern变量声明
    • 5️⃣typedef类型别名


C语言是单片机开发中的必备基础知识,本文列举了部分 STM32 学习中比较常见的一些C语言基础知识


1️⃣位操作


下面我们先讲解几种位操作符,然后讲解位操作使用技巧。C语言支持以下六种位操作:
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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 |= 0x00000040; /* 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 << 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 << 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。

^ 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 << 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。

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2️⃣define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。

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3️⃣ifdef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。

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4️⃣extern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。

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5️⃣typedef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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