51 单片机--day1

一、频率与主频频率单位换算进制为 1000 倍递进1KHZ 10³HZ1MHZ 10³KHZ 10⁶HZ1GHZ 10³MHZ 10⁹HZ1THZ 10³GHZ 10¹²HZ换算规则小转大 ÷1000大转小 ×1000主频与周期关系主频CPU 工作时钟频率周期与频率互为倒数周期 1 / 频率 例2.1GHZ 2.1×10⁹HZ单周期约 0.5ns51 常用晶振STC89C52/STC89C52RC 常用12.0000MHZ、11.0592MHZ二、51 单片机硬件基础芯片型号与封装开发板HC6800-MS、普中 51-MS芯片STC89C52RC、AT89C51、P89V51 等源自 Intel MCS-518051 架构8 位单片机封装40 引脚双列直插式IO 分组4 组 GPIOP0/P1/P2/P3每组 8 个引脚电路网络编号相同编号代表导线连通简化绘图布线电阻数字标注规则LED 配套三位数字标注前两位有效数字末位代表 10 的次方10210×10²1KΩ10310×10³10KΩ外设寄存器拥有固定硬件地址用于直接操控硬件C 语言通过指针宏定义访问示例#define P2 *((unsigned char *)A0)P20xFF全部引脚输出高电平 11111111P20x00全部引脚输出低电平 00000000STC 芯片内部结构文档 STC89C52 系列核心8 位 8051 架构 CPU存储单元ROM存放程序代码、RAM运行变量时钟模块支持 12M/11.0592M 晶振提供主频外设资源4 组 8 位 GPIOP0、P1、P2、P3、定时器、中断模块、UART 串口寄存器组各类外设寄存器固定地址控制硬件配套外设驱动接口可外接 LED、按键、蜂鸣器、数码管、LCD 等外设单片机最小系统包括STC89C52 主控芯片MCU晶振电路常用 12.0000MHZ、11.0592MHZ 晶振提供主频时钟复位电路电源供电电路基础 GPIO 引脚P0/P1/P2/P3 四组 IO 口三、C 语言位运算单片机核心操作数据类型 unsigned char 为 8 位bit0 最低位 LSBbit7 最高位 MSB按位或 |规则有 1 则 1全 0 才 0用途指定位置 1t | (1 n); // 将第n位单独置1 t | (12)|(13); // 同时置多位按位与 规则全 1 才 1有 0 则 0用途指定位清 0t ~(1 n); // 将第n位清零其余不变移位运算符左移、 右移用于快速构造掩码按位异或 ^规则相同为 0相异为 1多用于引脚电平翻转四、数码管驱动原理硬件4 位共阴极数码管NPN 三极管做位选P10~P13段选控制单段点亮动态显示原理利用人眼视觉暂留分时快速点亮每一位数码管间隔短延时刷新视觉上同时显示多数字数码管动态显示原理依靠人眼视觉暂留效应实现多位同时显示步骤选中第一位数码管输出对应数字段码短暂延时如 delay (100)消隐后切换位选选中第二位数码管输出第二位数字段码同样短暂延时循环快速轮流刷新每一位数码管切换速度足够快时人眼无法察觉闪烁视觉上认为 4 个数码管同时点亮。五、各类处理器 / 芯片分类对比805151 单片机 / MCU 微控制器集成 CPU、RAM、ROM、定时器、GPIO、中断、串口等全部外设成本低用于简单控制场景MPU 微处理器仅集成 CPU存储、外设需外接复杂度高可运行 Linux成本高其他架构 / 芯片CPU中央处理器负责运算、指令执行架构x86 (32 位)、x64 (64 位)、8051 (8 位)、ARM (32 位)NPU神经网络处理器AI 推理、卷积加速FPU浮点运算单元集成于 CPU 内部SOC 片上系统多芯片、内存、外设高度集成一体描述 CPU、MCU、MPU、GPU、NPU、FPU、SOCCPU中央处理器全称 Central Processing Unit负责指令处理、数据运算是芯片核心运算单元所有计算、逻辑判断都由 CPU 完成。MCU微控制器 / 单片机全称 Micro Controller Unit集成度极高单芯片内部集成 CPU、RAM、ROM、定时器、GPIO、中断、串口 UART 等全部外设成本低、使用简单多用于工业控制、小家电等简单控制场景51 单片机属于 MCU。MPU微处理器全称 Micro Processing Unit仅集成独立 CPU存储、外设模块都需要外部单独搭建集成度低、成本高可搭载 Linux 系统适合复杂应用。GPU图形处理器文档提及配套显存专门存放图形图像数据负责图像渲染、画面输出搭配 HDMI/VGA 等显示接口。NPU神经网络处理器全称 Neural Processing Unit专门用于 AI 推理、AI 加速处理神经网络、卷积算法人工智能专用运算单元。FPU浮点数运算单元浮点运算专用模块绝大多数集成在 CPU 内部负责小数、高精度浮点数值计算。SOC片上系统全称 System On Chip将 CPU、存储、各类外设、处理器等多块芯片功能全部集成在单颗芯片上。六、存储介质分类1. 内存RAM 随机存储器读写快、掉电丢失数据、价格高作用存放程序运行临时变量2. 外存读写慢、断电数据保存、价格低廉设备硬盘、SD 卡作用存储代码、程序、指令3. ROM 只读存储器存放单片机固件、程序代码出厂固化或烧录写入内存和外存特点内存读写速度快断电后数据直接丢失单位存储成本高代表硬件电脑内存条、单片机片内 RAM用途存放程序运行时临时变量、临时数据外存读写速度慢断电数据永久保存不会丢失价格低廉代表硬件硬盘、SD 卡、单片机片内 ROM用途存储程序、代码、指令、固定资源RAM 和 ROM 特性ROM只读存储器 Read-Only Memory只读属性程序烧录后正常运行中只能读取不可随意改写掉电数据不丢失作用存放单片机程序、源代码、指令集合RAM随机访问存储器可读可写运行时随时修改内部数据断电数据全部丢失作用存储程序运行过程中产生的临时变量、临时运算数据七、CPU 与 RAM 通信三大总线地址总线单向CPU 发送内存地址寻址空间由位宽决定8 位总线最大寻址 256Byte数据总线双向CPU 与 RAM 互相传输数据控制总线双向传输读写、启停等控制指令工作流程举例int a2;int b3;sumab;CPU 通过控制总线发送读指令地址总线定位 a、b 变量在 RAM 中的地址数据总线读取 a、b 数值送入 CPU 运算运算完成后数据总线将 sum 结果写回 RAM 对应地址。CPU 与 RAM 之间三大总线及作用地址总线单向传输CPU 通过地址总线传递内存地址用来定位 RAM 中指定存储单元8 位总线最大寻址范围 2⁸256Byte。数据总线双向传输负责 CPU 和 RAM 之间的数据互相传输CPU 读数据、写运算结果都依靠数据总线。控制总线双向传输CPU 发送读写、启停等控制指令给 RAM传递硬件控制信号。