我们如何通过代码控制单片机
单片机：一个功能强大的机器人
想象一下，你买来一个非常强大的机器人（这就是单片机，Microcontroller Unit, MCU）。这个机器人身体上集成了很多设备，比如：
- 它的手臂和腿脚（GPIO引脚，可以输出高低电平来控制LED灯亮灭或检测按键）。
- 它内置的多个闹钟和秒表（定时器/计数器）。
- 它的“耳朵”和“嘴巴”，可以用来和别的设备沟通（串行通信接口，如UART, SPI, I2C）。
但是，这个机器人出厂时只会“待机”，你无法直接用语音命令它。你需要一本详细的《机器人控制手册》和一种特殊的“编程语言”来给它下达指令。
寄存器：机器人的“控制面板”
这本《机器人控制手册》（也就是单片机的数据手册 DataSheet）告诉你，机器人的所有功能都是通过它胸前一个巨大、精密、布满了开关和指示灯的控制面板来操作的。
这个控制面板就是寄存器（Register）。
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- 每一个开关/旋钮都对应机器人身体的一个具体功能。比如，A区的1号开关，拨到“开”，机器人左手的LED灯就会亮；拨到“关”，灯就灭。
- 每一个指示灯则会显示机器人当前的状态。比如，B区的3号指示灯亮了，表示它的“耳朵”（UART接口）听到了外部传来的信息。
这些“开关”和“指示灯”在单片机内部，其实就是一个个极小的、有特定地址的内存单元。它们由成千上万的“0”和“1”组成（二进制位）。
软件/代码：你的“遥控指令”
现在，你作为“程序员”，要做的事情就是编写一段指令代码（通常使用C语言），告诉单片机如何去操作那个“控制面板”（寄存器）。
这个过程分为几步：
- 查阅手册（阅读DataSheet）： 你想让机器人左臂上的灯闪烁。你翻开手册，在“GPIO”章节找到了说明：“要控制左臂的灯，你需要操作地址编号为
0x4001080C的那个控制面板（这是一个寄存器的地址）。将这个面板上的第5个开关拨到‘开’（写入‘1’），灯就会亮；拨到‘关’（写入‘0’），灯就会灭。” - 编写指令（写C代码）： 你不能真的伸手去拨开关，但你可以通过C语言代码来做到这一点。在C语言中，你可以像操作一个普通变量一样，去操作那个特定地址的“控制面板”。
//这是一段伪代码
// 这是一个“宏定义”，给那个难记的地址起个好记的名字
#define GPIOA_ODR *(volatile unsigned int*)0x4001080C
//上面引脚定义地址是库函数帮助开发者做的事情
// 主程序开始
void main() {
// 指令1：将第5个开关拨到“开” (通过位运算实现)
GPIOA_ODR |= (1 << 5); // 灯亮
// (延时一会儿)
// 指令2：将第5个开关拨到“关”
GPIOA_ODR &= ~(1 << 5); // 灯灭
}
*(volatile unsigned int*)0x4001080C这段代码就像是你的“魔法手指”，它告诉编译器：“请直接访问物理地址是0x4001080C的那个地方，把它当成一个整数来操作。”|= (1 << 5)是一个位操作，它精准地将这个“整数”的第5位（对应第5个开关）设置为1，同时不影响其他位（其他开关）。编译和烧录（发送指令给机器人）： 你写的C代码，通过编译器翻译成机器人唯一能懂的机器语言（一堆0和1）。然后，通过烧录器，将这些机器指令传送到机器人的“大脑”里（单片机的Flash存储器）。
- 运行（机器人执行指令）： 机器人上电后，它的CPU会一条一条地执行你烧录进去的指令。当它执行到
GPIOA_ODR |= (1 << 5);这条时，CPU内部的控制单元就会真的去物理地址0x4001080C处，把第5位置为1。瞬间，连接在GPIO引脚上的LED灯就被点亮了。