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硬件开发（1）—单片机（1）

web 2025/9/3 12:36:27

1.单片机相关概念

1.CPU：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

核心：指令解码执行+数据运算处理

2.MCU：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

核心：高集成度 + 低成本

3.MPU：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

核心：高性能 + 低集成度

4.GPU：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

核心：图形渲染+并行数据处理

5.NPU：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

核心：高效处理神经网络运算

6.FPU：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

核心：高精度处理小数运算

7.SOC：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）

核心：多模块高度整合

2.RAM和ROM

1.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）

2.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）

3.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

4.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

3.单片机芯片内部结构

1.CPU（中央处理器）
单片机的 “大脑”，负责解析和执行程序指令，处理数据运算（如加减、逻辑判断），协调其他模块工作。例如控制传感器数据的读取时机、判断按键是否按下。

2.RAM（随机存储器）
临时存储数据的 “工作台”，用于存放程序运行中产生的临时变量（如传感器采集的实时温度值）、中间结果。断电后数据会丢失，类似电脑的 “内存”。

3.ROM（只读存储器）
固化程序的 “仓库”，用于存储用户编写的程序代码（如控制 LED 闪烁的逻辑）和固定参数（如校准值）。断电后数据不丢失，类似电脑的 “硬盘”（单片机中常用 Flash 替代传统 ROM，可重复擦写）。

4.Timer（定时器）
精确计时的 “时钟”，通过内部计数实现定时功能。例如定时 100ms 触发一次 LED 闪烁，或记录传感器采集的时间间隔。

5.PWM（脉冲宽度调制器）
生成可调占空比脉冲的模块，通过改变高低电平的时间比例控制外设。例如调节 LED 亮度（占空比越高越亮）、控制电机转速。

6.IO（输入输出接口）
单片机与外部设备的 “桥梁”，分为输入（如读取按键状态、传感器信号）和输出（如驱动 LED、控制继电器）两种模式，是实现外部交互的核心。

7.中断系统
应对紧急事件的 “优先级响应机制”，当外部事件（如按键按下、定时器溢出）发生时，暂停当前程序，优先处理中断服务，完成后再返回原程序。例如紧急停车信号优先于正常运行逻辑。

8.UART（通用异步收发传输器）
实现串行通信的模块，通过两根线（TX 发送、RX 接收）与其他设备（如电脑、传感器）交换数据。例如单片机将温度数据发送到电脑显示，或接收上位机的控制指令。

9.三大总线

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

4.原理图

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 unsigned char P2；）

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

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，所以电流就会从阳极流向阴极，发光二级就被点亮