单片机基础知识

一、频率单位换算

频率与时间互为倒数:

|-----|-----------------------|
| 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 |

二、C 语言位运算(单片机 IO 最常用)

|------|------|----------------------|------------------|----------------------|
| 运算符 | 名称 | 运算规则 | 典型应用 | 示例代码 |
| | | 按位或 | 对应位有 1 则为 1,全 0 才为 0 | 指定位置 1,其余位不变 | P2 |= (1 << n);` |
| & | 按位与 | 对应位全 1 才为 1,有 0 则 0 | 指定位清 0,其余位不变 | P2 &= ~(1 << n); |
| ~ | 按位取反 | 每一位 0 变 1,1 变 0 | 配合与运算清位 | ~(t & n) |
| ^ | 按位异或 | 对应位相同为 0,不同为 1 | 指定位翻转 | P2 ^= (1<<n); |
| << | 按位左移 | 整体左移,低位补 0 | 生成掩码、移位 | |
| >> | 按位右移 | 整体右移;分逻辑右移、算术右移 | 数据拆分 | |

常用 IO 操作示例

三、三极管基础

分类

  1. 按材料:硅管、锗管

  2. 按类型:NPN、PNP

  • 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

箭头方向:箭头出发点是 P 型半导体,箭头指向 N 型半导体。

工作区域

  1. 饱和区:三极管导通

  2. 截止区:三极管关断

用途:

  • 数字电路:做电子开关

  • 模拟电路:电流放大

引脚:基极 B、发射极 E、集电极 C

四、4 位共阴极数码管(动态显示)

动态显示原理:利用人眼视觉暂留,快速轮流点亮每一位。同一时刻只点亮其中一位。

  1. 位选 :4 路 NPN 三极管控制,基极高电平,三极管导通,选中该位;本例使用P1低 4 位做位选。

  2. 段选 :P0口控制;对应段输出高电平,该段点亮。

工作流程:第一位显示数字 → 快速切换到第二位显示数字,循环往复。

五、各类处理器概念

|-----|--------------------------|------------------------------------------|
| 缩写 | 全称 | 说明 |
| CPU | Central Processing Unit | 中央处理器,负责运算、指令处理 |
| MCU | Micro Controller Unit | 微控制器(单片机),外设全部集成芯片内部;适合简单控制,成本低 |
| MPU | Micro Processor Unit | 微处理器,只有 CPU 核心,外设需要外接;适合复杂系统,跑 Linux |
| GPU | Graphics Processing Unit | 图形处理器,图像渲染 |
| NPU | Neural Processing Unit | 神经网络处理器,AI 推理加速 |
| FPU | Floating Point Unit | 浮点运算单元,专门处理浮点数运算,一般集成在 CPU 内部 |
| SoC | System On Chip | 片上系统,把多个功能模块集成在一颗芯片,体积小、功耗低,手机、嵌入式设备大量使用 |

六、存储器概念

|----------|------------------------------|-----------------|
| 类型 | 特点 | 例子 |
| 内存 (RAM) | 程序运行时存放变量;掉电丢失;读写速度快;价格高 | 电脑内存条,单片机内部 RAM |
| 外存 | 存放代码、程序;掉电数据不丢失;速度慢,价格便宜 | 硬盘、Flash、ROM |

CPU 工作简单流程:

  1. CPU 执行运算

  2. 通过地址总线找到 RAM 变量地址

  3. 通过数据总线读写 RAM 的数据

七、51 单片机最小系统

最小系统:让单片机可以正常运行的最少元器件。

  • 晶振 :提供系统工作时钟节拍;常用 11.0592MHz(适配串口波特率)。
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