《单片机思维导图》

一、单片机基础概念

1.1 定义及特点

• 定义：将CPU、RAM、ROM、I/O接口、定时器/计数器等集成在一块芯片上的微型计算机。
• 特点：
  • 体积小、功耗低、成本低
  • 控制能力强
  • 可靠性高
  • 易于扩展和应用
  • 实时性好

1.2 单片机组成

• CPU (中央处理器)
  • 运算器：ALU (算术逻辑单元)、累加器、状态寄存器
  • 控制器：指令寄存器、指令译码器、程序计数器、定时器
• 存储器
  • RAM (随机存取存储器)：数据存储、程序变量
    • SRAM (静态RAM)：速度快，但容量小，成本高
    • DRAM (动态RAM)：容量大，成本低，但速度较慢，需要刷新
  • ROM (只读存储器)：程序存储、常量数据
    • Mask ROM (掩膜ROM)：出厂前写入，不可更改
    • PROM (可编程ROM)：一次性写入
    • EPROM (可擦除可编程ROM)：紫外线擦除
    • EEPROM (电可擦除可编程ROM)：电擦除，可多次擦写
    • Flash ROM (闪存)：快速擦写，常用
• I/O接口 (输入/输出接口)
  • 并行I/O口：数据并行传输
  • 串行I/O口：数据串行传输
• 定时器/计数器
  • 定时：产生定时中断
  • 计数：对外部脉冲计数
• 中断系统
  • 中断源
  • 中断向量
  • 中断优先级
  • 中断服务程序
• 特殊功能寄存器 (SFR)
  • 控制单片机各个功能模块的寄存器

1.3 单片机工作原理

• 取指令
• 指令译码
• 执行指令
• 循环执行

1.4 常用单片机型号

• 51单片机 (MCS-51)
• AVR单片机
• STM32单片机
• MSP430单片机

二、单片机开发环境

2.1 硬件环境

• 单片机开发板
• 编程器/仿真器
• 电源
• 下载线/调试器

2.2 软件环境

• 集成开发环境 (IDE)
  • Keil uVision
  • IAR Embedded Workbench
  • Arduino IDE
• 编译器
  • C编译器
  • 汇编编译器
• 调试器
  • 软件仿真器
  • 硬件仿真器
• 下载工具

2.3 开发流程

• 需求分析
• 硬件设计
• 软件设计
• 程序编写
• 程序编译
• 程序调试
• 程序下载
• 系统测试

三、单片机编程

3.1 编程语言

• 汇编语言：直接操作硬件，效率高，但可读性差
• C语言：可移植性强，易于理解和维护

3.2 常用指令/函数

• 位操作
  • 位清零
  • 位置位
  • 位取反
  • 位判断
• I/O操作
  • 输入
  • 输出
• 定时器/计数器操作
  • 初始化
  • 启动
  • 停止
  • 中断处理
• 中断操作
  • 中断使能
  • 中断优先级设置
  • 中断服务程序编写
• 常用C库函数
  • 延时函数 (delay(), _delay_ms(), _delay_us())
  • 串口通信函数 (printf(), scanf(), putchar(), getchar())
  • 字符串处理函数 (strcpy(), strcmp(), strlen())

3.3 编程技巧

• 模块化编程
• 代码注释
• 代码规范
• 错误处理
• 资源优化 (内存、功耗)

四、单片机应用

4.1 常见应用领域

• 工业控制
• 消费电子
• 智能家居
• 汽车电子
• 医疗设备
• 通信设备

4.2 典型应用案例

• LED 控制
• LCD 显示
• 按键控制
• 温度传感器
• 电机控制
• 串口通信

五、进阶学习

5.1 单片机选型

• 根据应用需求选择合适的单片机
• 考虑性能、成本、功耗、资源等因素

5.2 高级功能应用

• DMA (直接存储器访问)
• ADC/DAC (模数/数模转换)
• PWM (脉冲宽度调制)
• CAN/SPI/I2C通信
• 嵌入式操作系统 (RTOS)

5.3 系统设计

• 硬件电路设计
• 软件架构设计
• 电源管理
• EMC (电磁兼容性)设计
• 可靠性设计

5.4 调试技巧

• 使用仿真器
• 使用示波器/逻辑分析仪
• 代码审查
• 单元测试
• 集成测试

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