代码收藏家技术教程 2023-02-01

单片机：从入门到精通

一、单片机的发展历程

从电路到集成电路

微器件出现之前，一个电路功能需要很大一块电路板才能实现，有了微器件电路板的体积可以降到mm级别。

集成电路：使用微器件为“积木”，去搭建一个具备一定功能的电路板

IC芯片就是将电路的所有微器件集成到一起，用绝缘壳封装。其内部就是众多组成电路的微器件，通过引出来的引脚与外部进行数据传输。

IC的引脚的数量和每个引脚的作用再IC设计制造时已经固定，我们要做的是通过IC的数据手册来明确引脚的使用方法。

二、单片机的组成

组成部分：单片机属于计算机的一种，由CPU、内部存储器、IO组成
单片机：即MCU，单片机所有零件集成到了一个IC内部，并且出厂前被塑料壳封装起来了，本质就是一个IC芯片。

CPU：中央处理器，本质就是一块超大规模的集成电路。

CPU = 运算器 + 控制器

CPU = ALU(算数逻辑单元) +Cache + Bus

CPU = 汇编指令 + 寄存器

存储器

内存和外存

内存：可以被CPU按照字节直接随机访问，存储程序运行时定义的变量。速度快，小而贵
外存：不可以被CPU直接访问，一般通过对应的控制器以块为单位来简介访问访问。速度慢，大而便宜。
内存和外存使用场景：程序和数据不使用时，存在外存中。运行程序时，从外存读取到内存中，CPU再从内存中读取程序。

ROM和RAM

ROM：只读存储器，即程序运行时程序本身只能从其中读取数据，不能向里写数据，但仅限于程序运行时。

使用场景：单片机中用于存储烧录的程序的器件就是ROM，通过烧录器烧录的过程就是在向ROM中写数据，单片机中ROM一般时flash。

ROM类似于外存，但并不完全相等，如PC中有外存(硬盘)但无ROM，单片机中有ROM但无外存。单片机中的程序时存储在ROM中，运行时CPU直接读取。
RAM：随机访问存储器，分为SRAM和DRAM。单片机中一般用SRAM，SoC和PC中一般用DRAM

使用场景：CPU执行程序时产生的临时数据存放在RAM中，所以基本可以理解为ROM存放程序，RAM存放数据。

memory：专指计算机中的内存。

外设

外设：单片机中除了CPU、存储器、IO还有其它模块，如IIC控制器、UART控制器等未集成到MCU中的没模块就称为外设。随着技术的进步，越来越多的外设已经被集成到MCU中了。

三、单片机的工作原理

时钟：单片机中的CPU和其它模块都是通过单片机的时钟进行同步工作的，一个始终单位只能做一个事情。时钟周期(单片机主频)影响了单片机的速度。主频越高性能越高，一般PC的主频都是2G多3G多，51单片机的主频MHz级别。一般手机CPU的主频也在1G-2G左右。一般高级单片机如STM32的主频在百MHz级别。