2023.4.20

1.单片机简介

单片机是单片微型计算机的简称，Mcu是Microcontroller的简称，也就是嵌入式微控制器。采用集成电路技术将具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计时器、多种I/O口和中断系统等功能集成到一块硅片上。可以说单片机就是一个小而完善的微型计算机系统。

2.单片机型号

51单片机

STC89C51 宏晶科技 STC

AT89C51 ATMEL

32单片机

STM32 意法半导体ST

GD32 兆易创新GD

32位处理器 - 处理数据宽度是32位的。

处理器位数：CPU单次运算最大处理的数据位数

3.电路基础

电的类比

一般我们把电子知识想复杂了，实际电就可以理解为是水，电的特性和水的特性是类似的，因为电是看不见的，所以我们理解起来有困难。

电流

这个是水流量计（ 1单位流量= 1吨/小时=1T/H）

这个是电流表（安培 1A= 1库伦/秒）

电流表实际就可以看成是水流表，就是计算水的流量，电的流量的意思。我们水管中流出了多少水，很容易理解，实际电在电线中流动，可以看成水的流动是一样的。

电压

这个是水压表

这个是电压表

我们可以认为水压表测量水对水管的压力，电压表是测量电对电线的压力。水是从水压高的地方流到水压低的地方，电也是从电压高的地方流到电压低的地方。

总结

电可以认为是看不见的水

电压类似于水压

电流类似于水流

电路

水到处流动形成小河、小溪之类。电到处流动，形成什么，就是电路。水走的路是水路，电路这样就好理解了，以下是家装用的水路图。

类比电路图

不要把电路图当中的东西看复杂了，我们看水路图实际就是一个个水阀、洗衣机、热水器之类的。电路图中每个元件、设备、也就是类似于那些水路中的设备，无非是一个用水来驱动、控制，一个用电的。

总结

水路水走的路

电路电走的路

4.电子器件

电路图中有很多元件，我们可以把很多元件看成水路中的很多元件就容易理解。

电阻

电阻实际是大小不同的水管让水流的小一点，慢一点，这样后面的器件，不至于受到大电流冲击搞坏了。电阻无方向，电阻就是阻碍电的流动，你可以想象一个水管里有水垢，水垢越多，水阻越大，水流越小。同理，电阻越大，导体对电流的阻碍作用越大，电流越小。

实物图

电路符号

电容

电容是可以理解成一个装水的容器（水桶、池塘、湖泊、水库），水要通过池塘、湖泊，首先需要灌满它才能过得去。所以这部分水（电能）可以被这些容器保存下来，这是电容的储能作用，另外很明显，无论前面的水流多么湍急，到了湖泊就要先灌满它，湖泊开口再向下游流水，自然流水就缓慢一些，所以它也有缓冲的作用。大波浪到了湖泊变平稳，实际变成了小波浪，波的形状都变了，这就是过滤的作用，只允许特定的波通过。

所以电容在电路中是储能、缓冲、减压、过滤器件。

储能器件对应电解电容
缓冲过滤器件对应耦合电容
漏斗对应滤波电容

同一颗电容在电路中摆放的位置不同，作用不同，也就是在这个电路中它主要起漏斗的作用，但是在另外的电路中，它就是做储能了。因为后面的元件需要是稳定的水流，你可以这样想象我们拿着水桶往水缸里倒水的时候，水面上起的水花是很大的，这样的水花，对后面的器件是有损伤的。

实物

电路符号

二极管

二极管实际是单向阀门，意思就是说水只能从一头进另一头出。二极管就是这么个作用，它只能从一边过来的电能通过，从另一边过来的实际就过不去，记得电看成是水。

这个就是二极管的符号，很形象，右边有个竖杠，很明显，从左边来的电能流到右边，从右边来的就被挡到了。左边来挡片冲开，右边来抵死。

二极管在电路中的特性与水路中的单向阀基本原理一致。

实物

电路符号

三极管

三极管实际是个小阀门控制大阀门的器件。

三极管有两种类型，PNP和NPN型。两者的不同参考：npn与pnp五大不同

两种三极管使用时候决定着电路图的接法不同，如下是个常见的共基极PNP型电源控制开关

实物

电路符号

半导体三极管有三个电极：分别是基极、集电极和发射极。半导体管在工作时要加工作电压，于是就产生了各极电流。半导体三极管在工作时发射极电流等于基极和集电极电流之和。其中基极电流最小，发射极电流最大。在基极加一很小的电流，在集电极就能输出很大的电流，因此三极管有放大作用。三极管主要作用是放大信号。常用在放大电路和振荡电路中。

5.常见电气接口

音频

视频

电源

RJ45网口

DB9串口

公头和母头

公头就是插头上是针的，母头就是插头上是孔的

线序及作用

实际开发过程中，线序可以去网上搜，只需要知道线序如何看，及红色的三条线即可。

6.开发板/最小系统板

开发板通常是学习用途，功能比较全，接口丰富，是用于研发、研究、学习的一块板子。

最小系统板是个核心板，集成了核心的通用功能，可以根据需求定制各种不同的底板，通用性较好。再者核心板作为一块独立的模块被分离出来，也降低了开发的难度，增加了系统的稳定性和可维护性通常用于做项目，也可以作为模块在产品里在直接用。

PCB板（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为印刷电路板。

STM32介绍

1.简介

STM32是意法半导体公司生成一款32位的微控制器。

2.STM32的优势

产品型号丰富，可选择性强；

运算速度快，功耗低；

处理器外设接口丰富；

库函数开发体系学习资料多（可以抛开寄存器），应用广泛。

3.命名规范

STM32F051K8U6

STM32G030C8T6

ST - 意法半导体

M - 微控制器

32 - 32位处理器

类型 - F 通用/基础型 foundation

G 多用途型 general-purpose

L 低功耗 low power

H 高性能

S 简单/标准型 Standard

系列 - 0 精简系列

1/2/3 增强系列

4/7 高性能系列

子型号 - 00/01/02/03/05/07

引脚数量

K/6 32脚

C/8 48脚

R-64脚

V-100脚

Z-144脚

A-168脚

I-176脚

B-208脚

N-216脚

存储量

6 ： 32KB

8 : 64KB

B ： 128KB

C ： 256KB

D ： 384KB

E ： 512KB

G ： 1MB

I ： 2MB

封装

U - UQFN封装

T - TQFP封装

工作温度

6 - -40 ~ 85度

4.开发套件介绍

核心板 - 处理器 + 无线通信模块（NB-IOT、Wifi、Zigbee）

底板 - 承载各种外设接口

如传感器扩展口、按键、LED灯、通信接口MiniUSB、五向按键等。

配套模块

传感器：

执行器：蜂鸣器、风扇、电灯、继电器

ARM体系结构

1.ARM体系结构

STM32F051采用ARM Cortex-M0内核架构

面试题：谈谈你对ARM的认识？

答： 1- ARM是一家公司，ARM公司是一家芯片知识产权（IP）供应商，它与一般的半导体公司最大的不同就是不制造芯片且不向终端用户出售芯片，而是通过转让设计方案，由合作伙伴生产出各具特色的芯片。

2 - ARM处理器，ARM处理器是英国Acorn有限公司设计的低功耗低成本的第一款RISC微处理器。

经典处理器 ARM7\ARM9\ARM11,后续处理器开始以cortex命名

Cortex-A 高性能

Cortex-R 汽车电子

Cortex-M 低成本、低功耗

3 - ARM代表一种技术。具有性能高、成本低和能耗省的特点。在智能机、平板电脑、嵌入控制、多媒体数字等处理器领域拥有主导地位。

Tips：目前主流处理器架构？

ARM架构、Intel X86/X64架构、MIPS架构、RISC-V（开源）

Tips：精简指令集RISC和复杂指令集CISC的区别？

案例：

早期的CPU全部是CISC架构，它的设计目的是要用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。

比如对于乘法运算，在CISC架构的CPU上，您可能需要这样一条指令：

MUL ADDRA, ADDRB

就可以将ADDRA和ADDRB中的数相乘并将结果储存在ADDRA中。

将ADDRA,ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作全部依赖于CPU中设计的逻辑来实现。

这种架构会增加CPU结构的复杂性和对CPU工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。

比如上面的例子，C程序中的a*=b就可以直接编译为一条乘法指令。

今天只有Intel及其兼容CPU还在使用CISC架构。

RISC架构要求软件来指定各个操作步骤。上面的例子如果要在RISC架构上实现，

将ADDRA, ADDRB中的数据读入寄存器，相乘和将结果写回内存的操作都必须由软件来实现，

比如：

MOV A, ADDRA;

MOV B, ADDRB;

MUL A, B;

STR ADDRA,A。

这种架构可以降低CPU的复杂性以及允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，

但对于编译器的设计有更高的要求。

2.处理器架构

STM32F0

STM32G0

● 主模块 :

Cortex-M0内核及先进高性能总线 (AHB bus)

通用 DMA ( GP-DMA -- general-purpose DMA)

● 从模块 :

– 内部FLASH

– 内部SRAM

– APB桥，连接AHB和APB，所有的外设都挂在APB总线上

- G0： GPIOx直接挂在IOPORT总线上。

- F0 : 专门用于连接GPIO口的AHB2总线

Tips：AHB和APB的区别？

AHB是高速总线，是一种系统总线，它主要负责连接处理器、DMA等一些内部接口。

AHB系统由主模块、从模块和基础结构3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。

APB是低速总线，它主要负责连接外围设备，它又分为APB1和APB2，

它的总线架构不像 AHB支持多个主模块，在APB里面唯一的主模块就是APB桥。

cortext-M0内核架构

Cortex-M 系列产品线

Cortex-M 系列产品主要包括 Cortex-M0、Cortex-M1、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7 等，其中 Cortex-M0 主打低功耗和混合信号的处理，M3 主要用来替代 ARM7,重点侧重能耗与性能的平衡，而 M7 则重点放在高性能控制运算领域。

Cortex-M0结构框图

Cortex-M0 微处理器主要包括处理器内核、嵌套向量中断控制器（NVIC）、调试子系统、内部总线系统构成。

Cortex-M0 微处理器通过精简的高性能总线（AHB-LITE）与外部进行通信。

Cortext-M0特性

采用Thumb指令集（ARM指令是32位的，而Thumb指令时16位的，如果存储空间中可以放32条ARM指令，就可以放64条Thumb指令，因此在存放Thunb指令时，代码密度高）
高性能，使用ARMv6-M的体系架构；
中断数量可配置1-32个，4级中断优先级
门电路少，低功耗中断唤醒控制器(WIC),支持极低功耗休眠模式
兼容性好与Cortex-M1 处理器兼容，向上兼容 Cortex-M3 和 Cortex-M4 处理器，可以很容易地升级、移植
支持多种嵌入式操作系统，也被多种开发组件支持