Linux入门DAY39(51 单片机入门笔记|最小系统、位运算、处理器、数码管基础梳理)

#51单片机 #C语言位运算 #单片机入门 #嵌入式 #MCU

前言

最近在学习 51 单片机基础,把课堂笔记做了整理。刚接触单片机会混淆各类处理器概念、位运算用法、三极管开关逻辑、数码管动态显示原理。本篇把零散知识点汇总,方便复习,同时作为入门阶段的知识梳理。

学习重点:位运算是单片机操作寄存器核心;分清 MCU、MPU、SOC;理解数码管位选、段选、视觉暂留动态显示。

一、频率单位换算

单位:HZ、KHZ、MHZ、GHZ

复制代码
1KHZ  = 10^3 HZ
1MHZ  = 10^3 KHZ = 10^6 HZ
1GHZ  = 10^3 MHZ = 10^9 HZ

频率与时间互为倒数关系: 例:2.1GHZ,频率 = 2100000000HZ,单周期时间 = 1 /f ≈0.5ns。

51 单片机常用晶振:11.0592MHZ,专门用于串口波特率配置。

二、C 语言位运算(单片机寄存器操作核心)

1. 按位或 |

作用:指定位置 1,其余位不变 语法:变量 |= (1 << n); 示例:

复制代码
char t = 0xF4;   //1111 0100
char n = 0x32;   //0011 0010
t | n;           //1111 0110 → 0xF6

2. 按位与 &

作用:指定位清 0,其余位不变 语法:变量 &= ~(1 << n); 示例:

复制代码
char t = 0xF4;   //1111 0100
char n = 0x32;   //0011 0010
t & n;           //0011 0000 →0x30

3. 按位取反 ~

把二进制每一位全部翻转,0 变 1,1 变 0。

复制代码
~(0x30); // ~0011 0000 →1100 1111 →0xCF

###4. 按位异或 ^ 对应 bit 位:相同为 0,相异为 1

复制代码
char t = 0xF4; //1111 0100
char n = 0x32; //0011 0010
t ^ n;         //1100 0110 →0xC6

###5. 移位运算

  • << 左移:二进制向左移动 n 位,低位补 0
  • >> 右移:区分逻辑右移、算术右移

实操示例(寄存器操作)

复制代码
unsigned char P2 = 0x00;
P2 |= (1 << 0);   //bit0置1
P2 |= (1 << 7);   //bit7置1
P2 |= (1<<2)|(1<<3); //bit2、bit3同时置1

unsigned char P2 = 0xFF;
P2 &= ~(1 << 0);  //bit0清0
P2 &= ~(1 << 6);  //bit6清0

P1 &= ~(0x0F <<0);//P1低四位清零

三、三极管基础(数字电路作开关)

三极管分类: 1. 材料:硅管、锗管 2. 类型:NPN、PNP 引脚:基极、发射极、集电极

  • NPN:箭头朝外;基极高电平导通,低电平截止
  • PNP:箭头朝内;基极低电平导通,高电平截止

工作区域:

  • 饱和区:三极管导通
  • 截止区:三极管关断

数码管位选,经常用 NPN 三极管做开关控制。

四、各类处理器概念区分

表格

缩写 全称 说明
CPU 中央处理器 完成运算、指令处理
MCU 微控制器 单片机,CPU + 外设全部集成芯片,低成本,简单控制场景,51 单片机属于 MCU
MPU 微处理器 只有 CPU 核心,需要外接 RAM/ROM,用于复杂系统,跑 Linux
GPU 图形处理器 图像渲染,图形计算
NPU 神经网络处理器 AI 推理、卷积运算、AI 加速,手机 AI 拍照
FPU 浮点运算单元 专门处理浮点数运算,一般集成 CPU 内部
SOC 片上系统 把 CPU、GPU、NPU、外设全部集成一颗芯片,手机芯片就是 SOC

五、存储器概念

  • 内存 (RAM):存放运行时变量;掉电丢失;读写速度快;价格高。
  • 外存 (硬盘 / Flash):存放代码程序;掉电数据保留;速度慢,价格便宜。

CPU 访问 RAM 流程:CPU 通过地址总线 找到变量地址;通过数据总线读写数据;控制总线完成控制信号交互。

六、51 单片机最小系统

最小系统:让单片机正常运行的最少器件。 组成:电源、晶振电路、复位电路 晶振为单片机提供工作节拍时钟;经典晶振 11.0592M 用于串口。

七、共阴极数码管与动态显示

  1. 位选:控制哪一个数码管点亮;本案例 NPN 三极管控制,P1 低 4 位输出,高电平三极管导通选中对应数码管。
  2. 段选:控制数码管显示什么数字;P0 寄存器控制,输出高电平点亮对应段。

动态显示原理:人眼视觉暂留效应 快速轮询每一位数码管:第一位显示数字,立刻切换第二位显示,高速刷新,肉眼看起来多个数码管同时亮。同一时刻实际只有 1 位数码管处于点亮状态。

小结

  1. 位运算是单片机操作寄存器最重要手段:|置 1,&~清 0,记住1<<n移位写法;
  2. NPN/PNP 三极管做开关,注意导通电平差异;
  3. MCU 是单片机,MPU 是微处理器,SOC 是片上系统,不要混淆概念;
  4. RAM 内存掉电丢失,外存掉电保存;
  5. 数码管动态显示依靠视觉暂留,区分位选(选哪一个管子)和段选(显示什么字符)。
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