嵌入式系统与51单片机核心笔记
一、 嵌入式系统概述
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核心概念 ：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪 ，满足特定功能、可靠性、成本、体积、功耗要求的专用计算机系统。
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典型特征：
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专用性：为特定任务设计。
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可裁剪性：可根据需求增减硬件模块和软件功能。
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实时性：许多嵌入式系统要求在规定时间内完成响应。
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资源受限：CPU性能、内存、存储等通常经过精心选择和优化。
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二、 51单片机简介
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起源 ：1980年由Intel公司推出MCS-51 系列内核，其中8051是最经典的型号。
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主流厂商与型号：
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Atmel：AT89C51（早期经典）
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NXP（原Philips）：P89V51（增强型，支持ISP在线编程）
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STC（宏晶半导体） ：STC89C51、STC89C52、STC89C52RC（目前国内最常用的51兼容单片机之一）
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三、 核心概念解析
| 缩写 | 英文全称 | 中文名称 | 核心功能与特点 | 应用场景 |
|---|---|---|---|---|
| MCU | Micro Controller Unit | 微控制器 | 高度集成 的片上系统。包含CPU、RAM、ROM、IO、定时器、串口等。成本低，控制简单。 | 家电控制、仪器仪表、简单嵌入式设备（如本课程学习的51单片机） |
| CPU | Central Processing Unit | 中央处理器 | 负责数据运算和指令执行。是MCU/MPU的核心。性能决定运算速度。 | 任何计算设备的核心 |
| MPU | Micro Processing Unit | 微处理器 | 集成度较低 ，通常只有强大的CPU核心，需外接内存、存储等外围芯片。性能高，成本高。 | 可运行Linux/Android等复杂操作系统的设备，如智能手机、平板电脑 |
| GPU | Graphics Processing Unit | 图形处理器 | 专门处理图形和图像数据，进行并行渲染和计算。 | 游戏、图形设计、视频处理 |
| NPU | Neural Processing Unit | 神经网络处理器 | 专为人工智能算法设计的处理单元，加速神经网络计算。 | 手机AI拍照、语音识别、自动驾驶 |
| FPU | Float Point Unit | 浮点运算单元 | 专门处理浮点数运算（遵循IEEE754标准），通常集成在高端CPU内部。 | 科学计算、图形处理、高精度控制 |
| SoC | System on Chip | 片上系统 | 将一个完整系统的多个功能模块（CPU, GPU, NPU, 内存控制器等）集成在单一芯片上。 | 现代手机主芯片、物联网芯片 |
| ROM | Read-Only Memory | 只读存储器 | 存储程序代码和常量 。掉电后数据不丢失。单片机中常指Flash存储器。 | 存放单片机固件 |
| RAM | Random Access Memory | 随机存取存储器 | 存储程序运行时的变量、堆栈等临时数据 。掉电后数据丢失 。51单片机片内RAM通常为256字节。 | 程序运行时的临时数据空间 |
四、 51单片机芯片详解
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常见开发板型号 ：HC6800-MS、普中51-MS等。需对照其原理图进行学习。
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核心MCU芯片（以STC89C52RC为例）：
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封装 ：DIP40（双列直插式40引脚），便于插拔和实验。
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引脚分组 ：40个引脚分为4组8位并行I/O口：
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P0口：P0.0 - P0.7 -
P1口：P1.0 - P1.7 -
P2口：P2.0 - P2.7 -
P3口：P3.0 - P3.7（每个引脚另有第二功能，如串口、中断、读写信号等）
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原理图识图关键 ：网络编号 （Net Label）。原理图中相同网络编号的节点在物理上是电气连接相通的，用以简化连线。
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C语言位运算在单片机编程中的核心应用：
运算符 名称 运算规则（按位） 在单片机编程中的典型应用 ` ` 按位或 有1则1，全0则0 &按位与 全1则1，有0则0 将指定位清0 ，同时保持其他位不变。 PORT = PORT & 0xFE;（将最低位清0）^按位异或 相同为0，相异为1 对指定位进行电平翻转 。 PORT = PORT ^ 0x01;（翻转最低位）~按位取反 1变0，0变1 将所有位取反。
五、 发光二极管驱动原理
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二极管特性 ：具有阳极（正极） 和阴极（负极） ，具备单向导电性（正向导通，反向截止）。
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单片机驱动LED的两种常见接法：
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低电平驱动（共阳极接法）：
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接法 ：所有LED的阳极接VCC（电源正极） ，阴极分别接单片机I/O引脚。
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原理 ：当I/O引脚输出**低电平（0）**时，形成电流通路（VCC → LED → I/O口(GND)），LED点亮。输出高电平时，LED两端电势接近，无电流，LED熄灭。
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优点 ：符合单片机上电后I/O口默认为高电平的特性，有利于系统稳定。
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高电平驱动（共阴极接法）：
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接法 ：所有LED的阴极接GND（地） ，阳极分别接单片机I/O引脚。
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原理 ：当I/O引脚输出**高电平（1）**时，LED点亮。
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限流电阻 ：必须串联在LED的电路中，防止电流过大烧毁LED或损坏单片机I/O口。阻值通常为220Ω - 1kΩ。
总结 ：学习51单片机，本质是学习如何利用这颗高度集成的MCU ，通过编程控制其I/O口的输出电平（高/低），结合外围电路（如LED、按键、传感器等），实现特定的电子控制功能。从点亮一个LED开始，是理解"输出控制"的第一步。