系统编程-初识MCU

初识MCU

目录

初识MCU

一、什么是mcu?

[二、MCU 的组成与作用](#二、MCU 的组成与作用)

三、常见的MCU

四、家用空气质量检测仪项目分析

1、项目市场调研

2、项目需求分析(重要)

3、产品的硬件设计

五、常用元器件以及对应电路介绍(重点)

1、电阻

2、电容

3、电感

4、保险丝

5、二极管

6、三极管

[7、MOS 管](#7、MOS 管)

六、常见的硬件电路

[七、MCU 最小系统电路](#七、MCU 最小系统电路)

[1、 最小系统电路构成](#1、 最小系统电路构成)

[2、 复位电路](#2、 复位电路)

[3、 晶振电路](#3、 晶振电路)

[4、 LED 灯电路](#4、 LED 灯电路)

[5、 按键电路](#5、 按键电路)

[6、 蜂鸣器电路](#6、 蜂鸣器电路)

7、继电器电路

[8、H 桥电路](#8、H 桥电路)

[八、立创 EDA 的使用](#八、立创 EDA 的使用)

tip:


一、什么是mcu?

微控制单元(MCU),又称单片微型计算机或者单片机,是把中央处理器(CPU)的频率与规格做适当缩减,并将内存、计数器、USB、A/D 转换、UART、PLC、DMA 等周边接口,甚至 LCD 驱动电路都整合在单一芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。

诸如手机、PC 外围、遥控器,至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等,都可见到 MCU 的身影。

-- 例如:

-- MCU 主要做数据采集、数据小量的处理以及控制。

-- 与底层传感器、电机等等设备接触。 MCU 底层的通信以及接口比较多。

二、MCU 的组成与作用

  • MCU(微型计算机)的组成

内核 ARM 的介绍:ARM 公司只设计内核(IP 核)

8 位、16 位、32 位、64 位 -- 内核的处理数据能力。

芯片厂商:海思、乐鑫、兆易、三星、高通、ST、NXP 等等.


  • MCU(微型计算机)作用

-- 获取输入信号,经过逻辑分析,输出输出信号。

1.数据接口 -- 硬件连接+时序(bug)

2.逻辑分析数据,处理数据 -- 编程语言

MCU:智能集成电路(处理器+内存+硬盘+USB 接口+网口等等)。

三、常见的MCU

以控制为主:NXP(恩智浦)、 ST(意法半导体)、GD(兆易)等等

以无线通信为主:TI(德州仪器)、(ESP)乐鑫等等 以低功耗等等

项目开发:例如:物联网 -- 无线传感网 -- 传感器数据采集到传输到云端

MCU 选择:①MCU+无线通信模组(无线通信 MCU 做成模组)

②直接选择本身带有无线通信的 MCU -- 研发精力和时间。

无线通信(协议栈)

四、家用空气质量检测仪项目分析

-- 这里以这个项目为例子,分析一下项目需求。

1、项目市场调研

2、项目需求分析(重要)

  • 软件 界面 硬件 外观 app

-- 这些是市场调研中他们已有的功能,我们要是也要开发同样的内容,还要在这基础上加上我们的亮点。

-- 亮点:语音识别

SU03T

语音播报

  • 传感器选型:1.功能一定要合适。2.引脚资源(引脚个数+外设资源)。

-- 我们这里选用:主控芯片:STM32F103RCT6

-- MCU 最小系统:MCU 晶振 4PIN 插针 5V-3.3V CH340

3、产品的硬件设计

  • 最小系统电路: 时钟电路 复位电路 下载电路 电源电路

原理图库 (设计)原理图

封装库 (布局)PCB

元器件选型

五、常用元器件以及对应电路介绍(重点)

  • 掌握电子元器件的 简单作用 和 电气符号

1、电阻

-- 限流 分压

  • 电阻的实物图

-- 电阻封装:元器件形状

  • 电阻在电路中的常用符号
  • 上拉电阻与下拉电阻

-- 上拉电阻:将一个不确定的信号,通过一个电阻与电源 VCC 相连,固定在高电平。

-- 下拉电阻: 将一个不确定的信号,通过一个电阻与 GND 相连,固定在低电平。

2、电容

  • 电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。

  • 电容在电路在电路常用的电路符号

  • 电容的滤波功能电路

-- 电容器在电路中可以存储电能,并在电源电压下降时释放电能,从而平滑输出电压。电容器的充放电特性使其能够过滤掉高频噪声和脉动。

3、电感

  • 电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。

  • 电感量的单位是 H(亨利)

  • 电感在原理图中的电路符号

4、保险丝

保险丝也被称为电流保险丝,IEC127 标准将它定义为"熔断体(fuse-link)"。其主要是起过载保护 作用。

电路中正确安置保险丝,保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候,自身熔断切断电流,保护了电 路安全运行。

保险丝的文字符号为:FU。在电路图中,保险丝的符号用 FU 表示,是 fuse-link 的简称。

有自恢复保险丝,也有一次性保险丝。

  • 保险丝在原理图中的符号

5、二极管

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。

它具有单向导电性能 , 即给二极管阳极和阴极 加上正向电压时,二极管导通。

当给阳极和阴极加上反向电压时,二极管截止。 因此,二极管的导通和截止,则相当于开关的接通与断开.

  • 二极管的实物图

-- 直插发光二极管

  • 二极管在原理图中的符号
  • LED 灯电路

6、三极管

三极管是一种电流放大器件,具有电流放大作用。

它具有三个极:发射极(E)、基极(B)、集电极(C)。

当基极电流变化时,发射极电流和集电极电流也发生变化,而且发射极电流是集电极电流的几倍,这就是三极管的放大作用。

三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片 上制作两个相距很近的 PN 结,两个 PN 结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集 电区,排列方式有 PNP 和 NPN 两种。

  • 三极管的符号与特性
  • 常见的三极管实物图
  • 常见的三极管电路

7、MOS 管

MOS 管全称金属---氧化物---半导体场效应晶体管或称金属---绝缘体---半导体场效应晶体管,属于场效应管中的绝缘栅型,因此,MOS 管有时候又称为绝缘栅场效应管。

场效应管分为 PMOS 管(P 沟道型)和 NMOS(N 沟道型)管,属于绝缘栅场效应管。

G:栅极

S:源极

D:漏极

  • MOS 管在原理图中的器件符号
  • MOS 管的特性

MOS 管的主要原理是能够控制源极和漏极之间的电压和电流。

它的工作原理几乎就像一个开关,设备的功 能基于 MOS 电容。MOS 电容是 MOS 管的的主要部分。

六、常见的硬件电路

  • DC-DC 电路(直流支流变换电路)

-- 12V-5V 电路 MP2359

-- 5V-3.3V 电路 AMS1117

七、MCU 最小系统电路

1、 最小系统电路构成

让单片机能够工作的最简单的电路:电源、芯片、晶振、复位、下载

电源:DC 1.8(低功耗) 3.3V(32 单片机) 5V(51 单片机)

芯片:自己选型

晶振:提供时钟源

复位:让程序可以从头开始运行

下载接口:

JTAG/SWD(借助专业的下载器)

J-link ST-link Ulink

ISP 下载(串口):STM32 只能使用串口 1 进行程序下载

2、 复位电路

-- 单片机复位电路就好比电脑的重启部分,当电脑在使用中出现死机,按下重启按钮电脑内部的程序从头开始 执行。

单片机也一样,当单片机系统在运行中,受到环境干扰出现程序跑飞的时候,按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 STM32 单片机:低电平复位

-- 51 单片机:高电平复位

开机和按键按下后都会自动复位

3、 晶振电路

  • 为芯片提供外部时钟,提供外部时钟来源:外部高速时钟和外部低速时钟。 晶振+谐振电容

4、 LED 灯电路

  • 电流型器件

5、 按键电路

  • 3 种接法:上拉接法、下拉接法、模拟输出接法

6、 蜂鸣器电路

  • 蜂鸣器 -- 响:1 不响:0

7、继电器电路

继电器(电磁阀)的作用:

低压控制高压

直流控制交流

带铁芯的线圈 单刀双掷开关

通过给线圈供电控制是否有磁性--》控制开关的吸合与断开

公共触点

常开触点

常闭触点

继电器开:1

关:0

8、H 桥电路

  • 驱动主流有刷电机(正反转)

八、立创 EDA 的使用

  • 先注册

  • 注册后,进入专业版

  • 新建工程

-- 原理图库 原理图 封装库 PCB

tip:

  • 安装keil5,如果之前的不能用,在控制面板里卸载
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