一、计算机五大组成
**1. 控制器：**负责指挥和协调计算机各部件工作。
**2. 运算器（CPU）：**完成数据运算和指令处理。
**3. 存储器：**分为内存和外存，用于存放程序和数据。
**4. 输入设备：**鼠标、键盘、耳机等，用于向计算机输入信息。
**3. 嵌入式系统特点：**低成本、低功耗、体积小。
**ARM 授权模式：**ARM 公司负责设计 CPU 芯片并授权给厂商，如 Philips、NXP、飞思卡尔、三星、华为、Atmel 等，由这些厂商生产开发板（如 imx6ull）。
二、软件与硬件知识体系
软件部分
- **C语言：**编程语法
- **数据结构：**操作数据的方法
- **Linux系统编程：**Linux 操作系统软件功能实现（文件系统、多任务调度、网络、内存管理）
**Linux 内存分区（1G 内核区 + 3G 用户空间）：**内核区、栈区、堆区、数据区、文本区。
硬件部分
- **51单片机：**硬件基本概念、原理图、寄存器、外设操作、硬件调试能力（万用表、示波器、逻辑分析仪）
- ARM：
- 裸机：汇编、启动代码、寄存器、外设操作
- 驱动（OS，Linux 操作系统）：驱动程序开发
- **STM32：**HAL 库
三、51单片机基础
1. 51单片机简介
51单片机是8位单片机。1980年，Intel 推出 MCS-51 系列，其中 8051 型号单片机主要用于控制领域。Intel 将 8051 单片机授权给多家厂商：
- **Atmel：**AT89C51
- **Philips：**P89V51（ISP 在线编程）
- **STC：**STC89C52、STC89C52RC
2. 最小系统
**最小系统：**能够使单片机正常工作所需要的最少的器件，包括电源、晶振、复位。
**晶振：**为单片机工作提供频率/节拍。
- 11.0592MHZ：用于串口波特率
- 12.000MHZ：用于定时器
3. 开发板组成
**底板型号：**HC6800-MS（普中51-MS）
**单片机芯片型号：**STC89C52、STC89C52RC（512byte RAM，但只有256可用）
**片内外设：**CPU、8051 RAM、ROM、GPIO、UART、TIMER、INTERRUPT
**片外外设：**LED、BEEP、KEY
四、处理器概念
1. CPU 与 MCU
- **CPU（Central Processing Unit，中央处理器）：**完成数据运算和指令处理。
- **MCU（Micro Controller Unit，微控制器）：**集成度高，将所有功能集成到同一块芯片中，成本低，应用在简单控制领域。
- **MPU（Micro Processing Unit，微处理器）：**集成度低，只有一块单独的 CPU 芯片，需要外接功能模块，成本高，应用于复杂领域。
2. 专用处理器
- **GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）：**用于图形处理、图像渲染。
- **NPU（Neural Processing Unit，神经网络处理器）：**用于 AI 推理、AI 加速、神经网络处理、卷积运算（如达芬奇 NPU，Mate60 AI 拍照优化）。
- **FPU（Floating Point Unit，浮点数运算单元）：**完成浮点数运算，集成在 CPU 内部。
- **SOC（System On Chip，片上系统）：**将多个功能芯片集成到一块芯片，体积小、功耗低，支持 Linux。
3. 显卡组成
- **GPU：**处理图像数据
- **显存：**存放图像数据
- **电源模块：**为 GPU 供电
- **散热系统：**解决 GPU 发热
- **对外输出显示接口：**HDMI、VGA，连接显示器
五、频率与时间单位
1. 频率单位换算
| 单位 | 换算关系 |
|---|---|
| HZ | 基础单位 |
| KHZ | 1KHZ = 10^3HZ |
| MHZ | 1MHZ = 10^3KHZ = 10^6HZ |
| GHZ | 1GHZ = 10^3MHZ = 10^9HZ |
| THZ | 1THZ = 10^3GHZ = 10^12HZ |
**换算规律：**大频率转小频率乘进率，小频率转大频率除进率。
**示例：**频率 2.1GHZ × 10^9 = 2,100,000,000HZ。
2. 时间单位换算
| 单位 | 换算关系 |
|---|---|
| ns | 基础单位 |
| us | 1us = 10^3ns |
| ms | 1ms = 10^3us = 10^6ns |
| s | 1s = 10^3ms = 10^6us = 10^9ns |
**时间与频率关系：**呈倒数关系。示例：时间 = 1 / 2,100,000,000 = 0.5ns。
六、存储器概念
1. 内存与外存
- **内存：**存放程序运行过程中的变量，掉电数据丢失，读写速度快，价格贵（内存条）。
- **外存：**存放程序、代码、指令，掉电数据不丢失，读写速度慢，价格便宜（硬盘）。
**程序执行流程：**a.out 从外存加载到内存，CPU 与内存交互，运算结果写回外存。
2. RAM 与 ROM
- **RAM（Random Access Memory，随机访问存储器）：**存放单片机程序运行过程中的变量，可随机访问。
- **ROM（Read Only Memory，只读存储器）：**存放单片机程序、代码、指令（8KB）。
3. CPU 与 RAM 交互的三大总线
- **地址总线：**CPU 通过地址总线寻找 RAM 中变量的地址，寻址范围 2^8（单向）。
- **数据总线：**CPU 通过数据总线与 RAM 进行数据传输（双向）。
- **控制总线：**CPU 通过控制总线发送控制指令（双向）。
CPU 与 RAM 交互流程（以 int a = 4; a++; 为例）
- CPU 通过控制总线向 RAM 发送读指令
- CPU 通过地址总线寻找 RAM 中变量地址
- RAM 通过数据总线将变量值发送给 CPU
- CPU 负责数据运算
- CPU 通过控制总线向 RAM 发送写指令
- CPU 通过地址总线寻找 RAM 中变量地址
- CPU 通过数据总线将运算结果存入 RAM
**ROM 执行流程：**ROM 中存放 instruction1、instruction2、instruction3 等指令，CPU 通过译码器翻译指令后执行。
七、51单片机引脚与寄存器
1. 引脚分组
51单片机将40个引脚划分为4组：P0 - P3，每一组分别有8个引脚。
2. 网络编号
**网络编号：**本质是一根导线，为了避免复杂物理连线，相同编号的引脚在实际电路中彼此互连。
3. 外设寄存器
**外设寄存器：**能够操作硬件，具有固定地址的空间。
c
#define P2 *((unsigned char *)0xA0)
P2 = 0xFF;
P2 = 0x00;对于一个二进制数0000 0000，最左侧bit7（MSB）为高数据位，最右侧Bit0（LSB）为地数据位
八、位运算
1. 按位或（|）
将两个二进制数对应位进行比较，如果全为0，则结果为0；如果有一个 bit 为1，则结果为1。
c
char t = 0xF4; // 1111 0100
char n = 0x32; // 0011 0010
t | n: 1111 0110 0xF6应用场景： 指定位置1，其余位不变：t |= (1 << n);
2. 按位与（&）
将两个二进制数对应位进行比较，如果全为1，则结果为1；如果有一个 bit 为0，则结果为0。
c
char t = 0xF4; // 1111 0100
char n = 0x32; // 0011 0010
t & n: 0011 0000 0x30应用场景： 指定位清0，其余位不变：t &= ~(1 << n);
3. 按位取反（~）
将二进制数每一位进行翻转。
c
char t = 0xF4; // 1111 0100
char n = 0x32; // 0011 0010
~(t & n): ~(0011 0000) -> 1100 1111 0xCF4. 按位异或（^）
将两个二进制数对应位进行比较，相同为0，相异为1。
c
char t = 0xF4; // 1111 0100
char n = 0x32; // 0011 0010
t ^ n: 1100 0110 0xC65. 按位左移（<<）
将二进制数左移 n 位，低位补0。
6. 按位右移（>>）
右移分为逻辑右移、算术右移、循环右移。
7. 位运算示例
c
unsigned char P2 = 0x00; // 0000 0000 -> 0000 0001
// bit0置1，其余位不变：
P2 |= (1 << 0);
// bit7置1，其余位不变：
P2 |= (1 << 7);
// bit2和bit3置1，其余位不变：
P2 |= (1 << 2) | (1 << 3);
unsigned char P2 = 0xFF; // 1111 1111
// bit0清0，其余位不变：
P2 &= ~(1 << 0);
// bit6清0，其余位不变：
P2 &= ~(1 << 6);九、电阻数字标注法
**数字标注法：**将数字的前两位/三位作为有效数字，最后一位作为10的几次方。
| 标注 | 计算 | 阻值 |
|---|---|---|
| 102 | 10 × 10^2 | 1000Ω = 1KΩ |
| 103 | 10 × 10^3 | 10KΩ |
| 1001 | 100 × 10^1 | 1KΩ |
十、外设显示
1. LED
**1. LED 用到的寄存器：**P2 寄存器。通过向 P2 寄存器写入高低电平，即可控制对应引脚上的 LED 点亮或熄灭。
2. 共阳极发光二极管与共阴极发光二极管的区别：
- **共阳极发光二极管：**所有 LED 的阳极（正极）共同接高电平（VCC），阴极（负极）分别接到单片机引脚。当引脚输出低电平时，LED 两端形成电压差而点亮；输出高电平时熄灭。
- **共阴极发光二极管：**所有 LED 的阴极（负极）共同接地（GND），阳极（正极）分别接到单片机引脚。当引脚输出高电平时，LED 两端形成电压差而点亮；输出低电平时熄灭。
**总结：**共阳极 LED 低电平点亮，共阴极 LED 高电平点亮。因此在使用共阳极 LED 时，置 0 点亮；使用共阴极 LED 时，置 1 点亮。
2. 数码管显示
（1）4位共阴极数码管
每一位数码管可以单独显示一个数值，同一时刻只有一位数码管进行显示。
（2）位选
通过4个 NPN 型三极管控制，给定三极管基级对应引脚高电平，三极管导通，即对应位数码管被选中（P1 寄存器低4位）。
（3）段选
通过 P0 寄存器控制，给定对应段引脚高电平，这个段就被点亮。
（4）动态显示
快速轮询，利用人眼视觉暂留效应，先在第一位数码管显示一个数值，快速刷新；再在第二位数码管显示下一位数值，快速刷新。
十一、三极管
1. 基本概念
- **制造材料：**锗管、硅管
- **分类：**NPN 型、PNP 型
- **三个极：**基极、发射极、集电极
2. 工作区域
- **数字电路：**开关控制
- **模拟电路：**电流放大
- **饱和区：**三极管导通
- **截止区：**三极管关断
3. 判断方法
箭头指向 N 型半导体，箭头出发点为 P 型半导体。箭头朝外为 NPN 型三极管，箭头朝内为 PNP 型三极管。
11.4 导通总结
- **NPN 型三极管：**基极输出高电平，三极管导通；基极输出低电平，三极管断开。
- **PNP 型三极管：**基极输出低电平，三极管导通；基极输出高电平，三极管断开。
11.5 位选代码示例
c
// P1低四位清零：
P1 &= ~(0x0F << 0); // 1111 0000
P1 |= (1 << 0);