單片機面試題——從基礎知識到實際應用

一、數據類型及操作

在單片機開發中，數據類型和操作是基本而又重要的概念。首先，我們需要了解單片機常用的數據類型：布爾（BOOL）、位元組（BYTE）、字元（CHAR）、整型（INT）、無符號整型（UINT）、長整型（LONG）、無符號長整型（ULONG）等。每個數據類型都有自己所表示的數據範圍和取值方式。

接下來，我們需要掌握如何對這些數據類型進行操作，例如：加、減、乘、除、移位等。其中，移位是很重要的操作，因為它可以為我們進行一些高效的編程提供幫助。例如，我們可以使用左移位操作（<<）來代替乘 2 的操作。

下面是一段移位操作的示例代碼：

int a = 2;
int b = a << 1; // b = 4
int c = a << 2; // c = 8

這裡使用了左移位操作（<<），將變數 a 左移 1 或 2 位，得到了不同的結果。

二、中斷控制

在單片機開發中，中斷控制是一種非常重要的機制。我們可以使用中斷控制來獲取外部設備的信息，這樣就可以在單片機運行時立即響應這些信息。中斷控制程序可以在單片機中生成一個中斷信號，當該信號被觸發時，單片機會立即中斷當前正在執行的程序，執行中斷程序。

下面是一個簡單的中斷程序示例：

INTERRUPT void timer_isr(void)
{
   // 關閉定時器
   TMR0H = 0x00;
   TMR0L = 0x00;
   T0CONbits.TMR0ON = 0;

   // 處理定時器中斷事件
   // ...

   // 重新啟動定時器
   T0CONbits.TMR0ON = 1;
}

在這個中斷程序中，我們使用了一個定時器來觸發中斷事件。當定時器觸發時，會執行 timer_isr 函數，並在函數中處理定時器中斷事件。在中斷程序執行完畢後，單片機會返回到原來的程序中繼續執行。

三、通信協議

單片機通信協議在實際應用中非常重要。常見的通信協議有 UART、SPI 和 I2C 等。這些協議都有自己獨特的優點和適用範圍。

下面是一個使用 UART 通信協議的示常式序：

void UART_Send(unsigned char data)
{
    while (!TXIF) // 等待 TXIF 標誌位
    {
       // 如果 TXIF 標誌位不為 0，說明發送緩衝區已滿，需要等待發送
       // ...
    }

    TXREG = data; // 將數據發送給 UART
}

void UART_Receive(void)
{
    if (RCIF) // 如果接收到了數據
    {
        unsigned char data = RCREG; // 讀取接收緩衝區數據
        
        // 處理接收到的數據
        // ...
    }
}

在這個示常式序中，我們使用了 UART 通信協議進行數據傳輸。當我們需要發送數據時，我們會檢查 TXIF 標誌位，如果為 1，說明發送緩衝區可用，然後將數據發送給 UART。當我們需要接收數據時，會檢查 RCIF 標誌位，如果為 1，就表示接收到了數據，然後我們會讀取接收緩衝區中的數據，進行相應的處理。

四、實時操作系統

在一些需要複雜控制的應用場景中，我們需要使用實時操作系統來協助我們進行編程。實時操作系統可以為我們提供一個更加高效和可靠的編程環境，幫助我們更好地控制硬體和處理數據。

下面是一個基於 FreeRTOS 的示常式序：

void vTaskFunction(void)
{
    while (1)
    {
        // 任務循環體
        // ...
    }
}

int main(void)
{
    // 初始化硬體和 FreeRTOS 內核
    // ...

    // 創建任務
    xTaskCreate(vTaskFunction, "Task", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY, NULL);

    // 啟動 FreeRTOS 內核
    vTaskStartScheduler();

    while (1) // 如果 FreeRTOS 啟動失敗，將會跳轉到這裡進行處理
    {
        // ...
    }
}

在這個示常式序中，我們使用了 FreeRTOS 實時操作系統。我們首先需要初始化硬體和 FreeRTOS 內核，然後創建一個任務，最後啟動 FreeRTOS 內核。

在 vTaskFunction 循環體中，我們可以控制單片機的硬體設備，並處理相應的數據。在 FreeRTOS 內核正常運行時，我們會自動進入 vTaskFunction 循環體中完成數據處理任務。如果 FreeRTOS 啟動失敗，我們會跳轉到 main 函數中的 while 循環中進行專門的錯誤處理。