硬件：51单片机

一、基本知识

1.相关概念

1.计算机

计算机：

通用型计算机：PC、平板、手机

专用型计算机：无人机，完成某项特定功能而设计计算机

计算机五大组成部分：

运算器：负责数据运算。
控制器：进行指令控制。
存储器：包含内存与外存。
输入设备：如鼠标、键盘、摄像头等。
输出设备：例如显示器。

2.软件

涉及编程语言（C/C++）、操作系统（Linux，具备文件、多任务、网络等功能）、数据结构、数据库。

3.硬件

51 单片机：包含硬件概念（定时器、PWM、中断）、原理图、寄存器，以及外设操作（LED、按键、数码管、蜂鸣器、传感器）。
STM32 单片机：主要进行库开发，有标准库、HAL 库。
ARM ：
- 是英国公司，负责设计处理器芯片方案，三星（SAMSUNG）、爱特梅尔（ATMEL）、恩智浦（NXP）等采用 ARM 芯片方案，进而有 ARM 开发板。
- 系列包括 ARM7、ARM9、ARM11。
- 不同 Cortex 系列应用领域：
  - Cortex - A：应用于高端领域，处理复杂任务，可运行操作系统（如 Linux，支持文件系统、多任务调度、网络等）。
  - Cortex - R：应用于实时控制领域，实时性要求高，如汽车电子领域。
  - Cortex - M：应用于微控制器领域，即 MCU（微控制单元）领域（IOT物联网智能家居控制领域）。

4.嵌入式

以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪的专用计算机系统

以应用为中心：涵盖消费电子（手机、蓝牙耳机、智能音响）、医疗电子（心率脉搏、呼吸机）、无人机（大疆 DJ）、机器人（人形四足机器人）等领域。
软硬件可裁剪：加入需要的硬件/软件功能，将不需要的硬件/软件裁剪掉（低功耗、低成本）

5.51单片机

1980年，由Intel公司MCS-51系列：8051型号单片机（工业控制领域），由MCU转型到CPU

Atmel（AT89C51）、Philip（P89V51系列单片机，增强型单片机ISP在线编程）、STC宏晶半导体(STC89C51、STC89C52、STC89C52RC）

二、单片机

1.相关概念

名称	英文全称	主要功能	集成度	应用场景	成本	特点
CPU	Central Processing Unit（中央处理器）	完成数据运算、指令处理	-	通用计算场景，如电脑、服务器等	-	CPU 性能越高，完成指令处理和数据运算的速度越快
MCU	Micro Controller Unit（微控制器）	用于简单控制	集成度比较高，将所有功能集成到芯片中（CPU、RAM、ROM、定时器、UART、IO）	对成本敏感、功能需求相对简单的控制场景，如家电控制、工业控制等	低	集成度比较高，将所有功能集成到芯片中（CPU、RAM、ROM、定时器、UART、IO），简单控制，成本低
MPU	Micro Processing Unit（微处理器）	进行数据处理	集成度低，只有一块单独的 CPU，需外接外设、存储模块	复杂应用领域，跑 Linux 操作系统	高	集成度低，只有一块单独的 CPU，需外接外设、存储模块，复杂应用领域，跑 Linux 操作系统，成本高
GPU	Graphics Processing Unit（图形处理器）	用作图形处理、图形渲染	-	对图形显示质量要求高的场景，如游戏、图形设计、视频编辑等	-	GPU 性能越好，图形显示的质量越好
NPU	Neural Processing Unit（神经网络处理器）	用于 AI 推理、硬件加速、神经网络处理（卷积计算）	-	人工智能相关领域，如智能安防、智能家居等	-	AI 推理、硬件加速、神经网络处理（卷积计算）-> 华为 Mate60 达芬奇 NPU AI 自动优化照片
FPU	Floating Processing Unit（浮点数运算单元）	完成浮点数的运算和处理（完全遵循 IEEE 754）	大部分集成在 CPU 内部	对浮点数运算有需求的场景，如科学计算、工程计算等	-	完成浮点数的运算和处理（完全遵循 IEEE 754），大部分集成在 CPU 内部
SOC	System On Chip（片上系统）	将多个芯片功能集成	集成度比较高，将多个芯片集成到一块芯片上（存储芯片、外设芯片）	各种对集成度要求高的场景，如智能手机、平板电脑等	-	集成度比较高，将多个芯片集成到一块芯片上（存储芯片、外设芯片）

2.ARM和ROM

外存：主要存放程序、代码、指令，掉电数据不丢失，读写速度慢，价格便宜（移动硬盘）

内存：主要存放程序运行过程中的临时变量，掉电数据不丢失，读写速度快，价格昂贵（内存条 16G 300）

类型	功能	掉电数据保存	读写速度	价格	示例
内存	存放程序运行中的临时变量	丢失	快	昂贵	电脑内存条（16G 约 300 元）
外存	存放程序、代码、指令	不丢失	慢	便宜	移动硬盘（1T 约 300 元）

ROM：Read-Only Memory，只读存储器，存放单片机程序、指令、掉电数据不丢失

RAM：Random Access Memory,随机访问存储器，存放临时变量、临时数据，掉电数据不丢失

类型	全称	功能	掉电数据保存	单片机场景应用
RAM	Random Access Memory	随机访问存储器，存放临时数据 / 变量	丢失	存储程序运行中的中间结果（如计算过程中的数值）
ROM	Read-Only Memory	只读存储器，存放程序、指令	不丢失	固化单片机的控制程序（如 LED 点亮逻辑代码）

3.单片机内部结构

CPU、RAM、ROM、Timer、PWM、IO、中断

三大总线：

地址总线：用来寻址ARM中的地址，所能寻址的最大范围为2^8 ， 256byte ， danxiang

数据总线：通过地址总线去获取数据，数据交互双向

控制总线：时序控制、IO控制、中断

三.51单片机

1.原理图

2.51 单片机芯片封装与引脚

主流封装 ：STC89C52RC 常用DIP40 封装（双列直插式，共 40 个引脚）。
引脚分组 ：40 个引脚划分为 4 组 IO 端口（如 P0、P1、P2、P3），每组对应一个 8 位寄存器（如unsigned char P2;，通过操作寄存器控制引脚电平）。
网络编号：原理图中相同编号的引脚表示 "物理互通"，无需实际连线（如 P1.0 和 LED 阴极标注同一编号，即表示两者连接）。

3. LED 模块

核心特性 ：单向导通性（电流只能从阳极流向阴极，反向截止）。

分类与点亮逻辑 ：

类型	阳极连接方式	阴极连接方式	点亮条件（核心逻辑）
共阳极 LED	所有阳极接电源正极（VCC，5V）	阴极接单片机 IO 引脚	单片机 IO 引脚输出低电平（0V），形成正向电压差
共阴极 LED	所有阳极接单片机 IO 引脚	阴极接电源负极（GND）	单片机 IO 引脚输出高电平（5V），形成正向电压差

四、位运算

位运算是通过操作二进制位（bit）控制 IO 引脚电平的关键，常用三种运算：

1. 按位或（|）：指定位置 1

规则：二进制对应位中，有 1 则为 1，全 0 则为 0。
应用场景：将寄存器的某几位设置为高电平（1），不影响其他位。

示例：将变量t=0x64（二进制0110 0100）的 bit0 和 bit7 置 1：

复制代码

unsigned char t = 0x64;
t |= (1 << 0) | (1 << 7);  // 1<<0=0x01（bit0为1），1<<7=0x80（bit7为1）
// 结果：t=0xE5（二进制1110 0101）

2. 按位与（&）：指定位清 0

规则：二进制对应位中，全 1 则为 1，有 0 则为 0。
应用场景：将寄存器的某几位设置为低电平（0），不影响其他位（需配合 "取反～"）。

示例：将变量t=0xFF（二进制1111 1111）的 bit0 和 bit7 清 0：

复制代码

unsigned char t = 0xFF;
t &= ~(1 << 0);  // ~(1<<0)=0xFE（bit0为0，其他为1）
t &= ~(1 << 7);  // ~(1<<7)=0x7F（bit7为0，其他为1）
// 结果：t=0x7E（二进制0111 1110）

3. 按位异或（^）：指定位翻转

规则：二进制对应位中，相同为 0，相异为 1。
应用场景：翻转某几位的电平（1 变 0，0 变 1）。

五、51 单片机程序开发流程（创建→编译→下载）

1. 工具准备

编译软件：Keil4（51 单片机专用编译工具，支持生成 HEX 文件）。
下载工具：ISP 软件（通过串口将 HEX 文件烧录到单片机 ROM）。
硬件连接：串口线（连接电脑与单片机，用于程序下载）。

2. 详细流程

（1）创建工程（Keil4）

点击菜单栏 Project → New Project，选择工程保存路径并命名（如 "LED_test"）。
选择单片机型号：展开 "Atmel"→选择 "AT89C51"，点击 "否"（不拷贝启动代码，51 单片机基础工程无需额外启动代码）。
添加 C 文件：点击工具栏 "Text" 新建空白文件，按Ctrl+S保存为 "main.c"（需与工程同目录）；双击左侧 "Group 1"，选择 "Add Files to Group 'Group 1'"，将 "main.c" 添加到工程。

（2）编写程序（核心要点）

必须包含 51 单片机头文件（提供寄存器定义）：#include <reg51.h>。
必须添加while(1)循环：避免程序执行完后 "跑飞"（单片机程序需持续运行）。

示例（LED 点亮程序框架）：

复制代码

#include <reg51.h>

void main() {
    while(1) {  // 死循环，确保程序持续运行
        P1 = 0xFE;  // P1.0引脚输出低电平（假设LED为共阳极，点亮LED）
    }
}

（3）编译工程（生成 HEX 文件）

点击工具栏 "Target Options"（魔术棒图标），切换到 "Output" 选项卡，勾选 "Create HEX File"（生成可烧录的十六进制文件）。
点击工具栏 "Build"（编译图标），等待编译完成（无错误则显示 "0 Error (s)"），工程目录下会生成 "xxx.hex" 文件。

（4）下载程序（烧录到单片机）

打开 ISP 软件，连接串口线（电脑→单片机）。
配置 ISP 软件：
- 选择芯片型号："STC89C52/C51/C52RC"。
- 选择串口：根据电脑设备管理器识别的串口（如 "COM4"）。
- 加载 HEX 文件：点击 "打开程序文件"，选择工程目录下的 "xxx.hex"。
烧录：点击 "下载 / 编程" 按钮，手动复位单片机（断电再通电），程序即可烧录到单片机 ROM 中。

六、数码管显示（51 单片机常用外设）

1. 数码管基础

结构：51 单片机常用4 位共阴极数码管，每一位可独立显示 0~9、A~F 等字符；同一时刻只能显示 1 位（需通过 "动态扫描" 实现多位同时显示）。
核心概念 ：
- 位选：选中某一位数码管（通过操作寄存器对应 bit 置 1，如 P1.0 置 1 选中第 1 位）。
- 段选：控制选中的数码管显示特定字符（通过操作段引脚输出对应电平，如输出 "0x3F" 显示数字 "0"）。

2. 显示方式

显示方式	原理	特点
静态显示	每一位数码管单独接控制引脚，持续通电显示	代码简单，占用 IO 口多（4 位需 32 个引脚），适合少位数显示
动态显示	利用人眼 "视觉暂留"，快速切换位选和段选	占用 IO 口少（4 位仅需 12 个引脚），需定时器配合，适