【单片机day01】

什么是嵌入式？

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：**消费电子(手机、蓝牙耳机、智能音响)、医疗电子(心率脉搏、呯吸机)，无人机(大疆DI)，机器人(人形四足机器人)
• 计算机技术：
  • 计算机五大组成:运算器(数据运算)、控制器(指令控制)、存储器(内存 外存)、输入设备(鼠标、键盘、摄像头)、输出设备(显示器)
    • 软件：编程语言(C/C++)、操作系统(Linux 文件、多任务、网络)、数据结构、数据库
    • 硬件：
      • **51单片机：**硬件概念(定时器、PWM、中断)、原理图、寄存器、外设操作(LED、按键、数码管、蜂鸣器、传感器)
      • **STM32：**库开发(标准库、HAL库)
      • **ARM：**英国公司 设计处理器芯片方案，SAMSUNG、ATMEL、NXP->ARM芯片方案->开发板(ARM)
  • **CortexA:**应用高端领域，处理复杂任务，用来跑操作系统(Linux 文件系统 多任务调度 网络)
  • **CortexR:**应用实时控制领域，实时性要求高(汽车电子)
  • **CortexM:**应用微控制器领域，MCU单片机(IOT物联网智能家居控制领域)
• **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）
• 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

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）

相关概念

• **CPU：**Central Processing Unit(中央处理器)数据运算、指令处理，CPU性能越高，完成指令处理和数据运算的速度越快
• **MCU：**Micro Ctronler unit(微控制器)，集成度比较高，将所有功能集成到芯片中(CPU、RAM、ROM、定时器、UART、O)，简单控制，成本低
• MPU： Micro Processing Unit(微处理器)，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)，图形处理、图形渲染(GPU性能越好，图形显示的质量越好)
• **NPU：**NeuralProcessing Unit(神经网络处理器)，A|推理、硬件加速，神经网络处理(卷积运算)->华为Mate60 达芬奇NPU AI自动优化照片
• **FPU：**Floating Point 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
• **SOC：**System On Chip(片上系统)，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)

RAM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 1T 300)
• **内存：**主要存放程序运行过程中的临时变量、掉电数据丢失，读写速度快，价格易贵(内存条 16G 300)
• 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，掉电数据丢失

单片机内部结构

CPU、RAM、ROM、Timer、PWM、IO、中断、UART

三大总线：

• **地址总线：**用来寻找RAM中的地址，寻址的最大范围是2^8，256byte， 是单向的。用于指定存储单元或IO端口的地址
• **数据总线：**通过地址总线去获取数据，数据交互是双向的，用于CPU与内存/外设之间的数据交换
• **控制总线：**时序控制、IO控制。传输控制信号，如读写信号、终端请求、时钟等。

**单片机RAM大小：**一般只有几百字节到几十kb。8051单片机只有128B/256B RAM，而现代ARM Cortex-M系列MCU有几KB到击败KB RAM。

原理图

• **MCU单片机芯片：**STC89C52RC、DIP40 封装：双列直插式，40个引脚，划分成4组（端口 寄存器 unsigned char P2；）
• **网络编号：**在实际电路中的一个编号，避免物理连线，相同网络的编号的引脚在实际电路中是彼此互通

LED模块：

• **发光二极管：**具有单向导通性，分为共阳极和共阴极二极管
• **单向导通性：**阳极接高电平，阴极接低电平。电流从阳极到阴极流动，LED灯就会被点亮
• 共阳极发光二极管特性：
  • 所有阳极接电源正极VCC，阴极接单片机的引脚，点亮方式：给阴极输入低电平，低电平点亮。
• 共阴极发光二极管特性：
  • 所有阴极接地GND，阳极接单片机的引脚，点亮方式：给阳极输入高电平，高电平点亮。常用于共阴数码管

位运算

• | ：将二进制中的对应位的bit进行比较，有1则1，全为0才是0

应用场景：指定位置1

• & ：将二进制中的对应位的Bit进行比较，全为1则为1，有0则0

应用场景：指定位清0

• ^ ：将对应的Bit进行比较，相同为0，相异为1。

单片机的程序创建、编写、编译、下载流程：

• 安装Keil4软件
  • 点击"Project" -> "New Project" -> 选择路径 (为工程起一个名字)
  • 选择单片机芯片型号：Atmel->AT89C51,点击"否"，不拷贝启动代码
  • 向Group中添加C语言文件: 点击左上方text按钮，ctrl + S将文件保存到工程对应的目录（为文件起一个名字，如 main.c），双击左侧Grpup，点击Add 将文件加入到对应的Group下
• 编写单片机程序：
  • #include <reg51.h>， 加入51单片机头文件
  • 需要加入while(1)避免程序跑飞
• 编译单片机程序：
  • 点击"Target Options"按钮，点击"Output"选项中的"Create HEX FILE"选项，生成hex文件
  • 点击左上方"Build"编译单片机工程
  • 会在对应目录下生成xxx.hex十六进制文件
• 下载单片机程序 ：
  • 打开ISP软件，连接串口线
  • 选择单片机芯片型号：STC89C52/C51/C52RC
  • 根据串口识别的端口号，选择对应的端口 COM4
  • 选择"打开程序文件" -> 对应目录下的hex文件
  • 点击"下载/编程"按钮，将单片机复位后程序即可下载到单片机ROM中

数码管

• **数码管：**51单片机搭载一个4位共阴极数码管，每一位数码管可以显示一些独立数值，数码管同一时刻只能显示一位

• **分类：**共阴极（高电平点亮）、共阳极（低电平点亮）

• 位选： 选中某一位数码管（将P1寄存器对应bit位置1）

• 段选： 显示具体数字

• 静态显示：单片机控制一个数码管，直接输出段码。

• 动态显示 ：多位数码管共享段线，通过 段选 + 位选，快速轮流点亮不同位。