嵌入式硬件 - 51单片机1

一.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

1. 以应用为中心

        实现特定的任务设计：电子设计：手机，蓝牙耳机，

                                            医疗设备：心率脉搏

                                             汽车ABS，空调温控，智能手环，无人机

2. 计算机技术为基础

1. 计算机组成部分

  运算器（数据运算）、控制器（指令控制）、存储器（内存外存）、输入 / 输出设备（IO）

运算器 + 控制器 = CPU（中央处理器）

存储器：RAM的大小和内存

输入 / 输出设备：外设或IO，输入：鼠标、键盘；输出：显示器、LED

2. 软件技术

        编程语言，操作系统，数据结构，数据库

编程语言：C / C++

操作系统：Linux文件，负责管理文件、多任务、网络等资源

数据结构与数据库：处理复杂应用逻辑，如用户数据管理、通信协议

3. 硬件平台

        STM32单片机：库开发（标准库，HAL库）

        51单片机：硬件（PWM，中断，定时器），原理图，寄存器，外设操作（LED，按键）

        ARM：设计处理器核心IP，芯片方案

                三大系列：

                CortexA：应用处理器，应用高端领域，用来运行Linux等复杂操作系统，处理UI，网络
等复杂任务。

                CortexR：实时处理器，实时性与可靠性，用于汽车制动系统等要求响应及时的场景

                CortexM：微控制器，是STM32，MCU单片机的核心，功耗低成本低

3. 软硬件可裁剪

硬件方面按需选择处理器架构与外设模块

软件方面可以剔除冗余部分，仅保留所需代码

4. 专用的计算机系统

1. 通用型计算机：PC，手机，平板

2. 专用型计算机：无人机，摄像机，仅实现某项功能的计算机

二、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）

三、相关概念

1. 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

2. MCU

        Micro Ctronller 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、IO），简单控制， 成本低

3. 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

4. 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）

5. NPU

        Neural Processing Unit（神经网络处理器），AI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

6. 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

7. 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）

四、ROM 和 ARM

1. 内存和外存

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，价格贵内存条16G 300)

2. ROM 和 ROM

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

五、单片机芯片内部结构

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，所能寻址的最大范围2^8，256byte，单向

        数据总线：通过地址总线去获取数据，数据交互双向

        控制总线：时序控制、IO控制、中断

六、原理图与部分概念

1. 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）

2.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

3. 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

4. 共阳极发光二极管的特性

将所有发光二极管的阳极接到电源正极(VCC),阴极接到单片机的引脚。

此时发光二级管阳极会输出高电平（VCC 5V），如果发光二级阴极输出一个低电平(0V), 阳极和阴极之间会形成一个正向的电压差，满足发光二极管的单向导通性，发光二级管被点亮

七、位运算：

1、|

        将二进制中的对应位的bit进行比较，有1为1，全0为0

eg：指定位置1

        将bit0和bit7置1：t |= (1 << 0) | (1 << 7);

2、 &

        将二进制中的对应位的bit进行比较，有0为0，全1为1

eg：指定位清0

        将bit 0 和 bit7 清0： t &= ~（1 << 0）; t &= ~（1 << 7）；

3、^ 

        将对应位的bit进行比较，相同为0，相异为1

八、LED练习

main.c

led.c

delay.c

九、数码管练习

main.c

digiter.c