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关于嵌入式学习——嵌入式硬件1

news 2025/9/3 5:59:40

基础整体概念

以应用为中心:消费电子(手机、蓝牙耳机、智能音响)、医疗电子(心率脉搏、呼吸机)、无人机(大疆D)、机器人(人形四足机器人)
计算机技术:

  • 计算机五大组成:

        运算器(数据运算)、控制器(指令控制)、存储器(内存外存)、输入设备(鼠标、键盘、摄像头)、输出设备(显示器)

  • 软件:

        编程语言(C/C++)、操作系统(Linux文件、多任务、网络)、数据结构、数据库

  • 硬件
    • 51单片机:硬件概念(定时器、PWM、中断)、原理图、寄存器、外设操作(LED、按键、数码管、蜂鸣器、传感器)
    • STM32单片机:库开发(标准库、HAL库)
    • ARM:英国公司 设计处理器芯片方案，SAMSUNG、ATMEL、NXP->ARM芯片方案>开发板(ARM)
    • ARM7、ARM9、ARMI1
    • CortexA:应用高端领域，处理复杂任务，用来跑作系统(Lnux 文件系统 多任务调度 网络)
    • CortexR:应用实时控制领域，实时性要求高(汽车电子)
    • CortexM:应用微控制器领域，MCU单片机(IOT物联网智能家居 控制领域)
  • 特点：软硬件可裁剪——加入需要的硬件/软件功能，将不需要的硬件/软件裁剪掉(低功耗、低成本)
  • 计算机:通用型计算机:PC、平板、手机/专用型计算机:无人机，完成某项特定功能而设计计算机

一、嵌入式:
以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁势的专用计算机系统
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
  • 其他公司：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：
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

MCU: Micro Ctroller 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、10)，简单控制，成本低

MPU:Micro Procesing 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

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)
NPU:Neural Processing Unit(神经网络处理器)，A|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

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

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、RAM和ROM:
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(移动硬盘 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，价格昂贵(内存条16G 300)
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：

ex：具体实现

CPU、RAM、ROM、Timer、PWM、I0、中断

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

六 位运算:
1、|:将二进制中的对应位的bit进行比较，如果有一个bit为1，结果为1;如果都为0，结果为0;

        应用场景:指定位置1

unsigned char t = 0x60;

（数据高位 MSB bit7）  0110 0000 （bit0 LSB 数据低位）

第0位置1：t=t|(1 << 0);

第3位置1：t=t|(1 << 3);

第0位和第3位置1：t=t|(1 << 0)| (1 << 3);

2、 &:将二进制中的对应位的bit进行比较，如果全为1，结果为1:如果有一个0，结果为0;
  应用场景:指定位清0

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

t &= ~(1 << 7);

exe:

        练习：
定义两个变量：
unsigned char a = 0x62；
unsigned char b = 0xFF；

                （1）将a转换成二进制，将bit0和bit7置1
// 二进制：0110 0010
// t |= (1 << 0) | (1 << 7);

                （2）将b转换成二进制，将高4位清0
// 二进制：1111 1111           
    // t &= ~(0x0F << 4);         
// t &= ~(0xF0 << 0);        

3、^:  将对应位的bit进行比较，相同为0，相异为1

七、单片机程序创建、编写、编译、下载流程：

        （1）安装Keil4软件

        （2）点击"Project"  -> "New Project"  -> 选择路径 (为工程起一个名字)            

        （3）选择单片机芯片型号：Atmel->AT89C51,点击"否"，不拷贝启动代码

        （4）向Group中添加C语言文件:  点击左上方text按钮，ctrl + S将文件保存到工程对应的目录（为文件起一个名字，如 main.c），双击左侧Grpup，点击Add 将文件加入到对应的Group下

        （5）编写单片机程序：

                （1） #include <reg51.h>， 加入51单片机头文件

                （2）需要加入while(1)避免程序跑飞


（6）编译单片机程序：

（1）点击"Target Options"按钮，点击"Output"选项中的"Create HEX FILE"选项，生成hex文件

                （2）点击左上方"Build"编译单片机工程

                （3）会在对应目录下生成xxx.hex十六进制文件


（7）下载单片机程序：

                （1）打开ISP软件，连接串口线

                （2）选择单片机芯片型号：STC89C52/C51/C52RC

                （3）根据串口识别的端口号，选择对应的端口  COM3(设备管理器->端口查看)

                （4）选择"打开程序文件" -> 对应目录下的hex文件

                （5）点击"下载/编程"按钮，将单片机复位后程序即可下载到单片机ROM中

八、原理图:
        MCU单片机

1芯片模块:

  • STC89C52RC、DIP40 封装:双列直插式，40个引脚，划分成4组(端口 寄存器 unsigned char P2;)
  • 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

2LED模块:

  • 电阻：数字标注法：前两位/3位为有效数字，最后一位是10的幂次方
  • 发光二极管:具有单向导通性，分为共阳极和共阴极二极管：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，所以电流就会从阳极流向阴极，发光二极管就被点亮。

void LED_INIT(void)
{P2 = 0xFF;return;
}
//全亮
void LED_OFF(void)
{P2 = 0x00;return;
}
//全灭
void LED_ON(void)
{P2 = 0xFF;return;
}//异或  初始化为全1  与全1 按位异或  得到全0 就亮 得到全1就灭
void LED_NOR(void)
{P2^=0xFF;return;
}//流水灯  因为是低电平点亮 所以要取反
void LED_Show(unsigned int n)
{P2 = ~n;return;
}

#include <reg51.h>
#include <delay.h>
#include <led.h>
int main(void)
{int i = 0;LED_INIT();//初始化while(1){
//第一种方式
//		LED_ON();
//		delay(0xAFFF);
//		LED_OFF();
//		delay(0xAFFF);
//第二种方式
//		LED_NOR();
//		delay(0xAFFF);//流水灯for(i = 0; i < 8; i++){LED_Show(1 << i);delay(0xAFFF);LED_OFF();}for(i = 7; i >= 0; i--){LED_Show(1 << i);delay(0xAFFF);LED_OFF();}}return 0;
}

3、数码管:
 数码管:51单片机搭载一个4位共阴极数码管，每一位数码管可以显示一些独立数值，数码管同一时刻只能显示一位

  • 位选:选中某一位数码管(将P1寄存器对应bit位置1)
  • 段选:P0寄存器（abcdrfg）

//  先位选P1 &= ~(0x0F << 0);//初始化 低四位全部置0；P1 |= 1 << 0;//(P10置1)//	再段选P0 = 0x06;//(bc段置1 表示1 000000110)
  • 静态显示
//静态显示一个数码管//位选Select_bit(0); while(1){for (i = 0; i < 10; i++){Select_seg(i);delay(0xAFFF);P0 = 0;}}	return 0;
}#include <reg51.h>//段码表
unsigned int seg[] = {0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};
//数组里数字代表从0 到9//片选
void Select_bit(unsigned int n)
{P1 &= ~(0x0F << 0);//初始化 低四位清零P1 |= (1 << n);	   //片选 0 1 2 3 哪位NPNreturn;
}
//段选
void Select_seg(unsigned int n)
{P0 = seg[n];//根据段码表里这个数字指定显示abcdefgreturn;
}
  • 动态显示
//动态展示四位数码管while(1){for(i = 0; i <= 9999; i++){digiter_show(i);delay(0xAFFF);}}return 0;
}//动态显示4位数码管
void digiter_show(unsigned int n)
{int i = 0;int j = 0;while(n != 0){  	i = n % 10;Select_bit(j);//位选j++;P0 = 0;		//选中NPN先清除Select_seg(i);// 段选delay(100);//延迟很小的一段时间 让肉眼以为四位数码管同时出现n = n / 10;}return;
}

重点:

  • 1.MCU、CPU、GPU、NPU、SOC、MPU、FPU
  • 2.内存、外存的区别
  • 3.RAM和ROM的区别，单片机RAM大小
  • 4. 三大总线及其特点
  • 5.LED发光二极管分类及其特点
  • 6.数码管显示原理流程 
http://www.xdnf.cn/news/1428157.html

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