51单片机课程介绍_哔哩哔哩_bilibili

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常见问题

哪些产品是由单片机开发的？

凡是与控制或简单计算有关的电子设备，都可以用单片机来实现

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由当天机开发的智能产品

智能家居：智能插座、智能灯泡、智能门锁等
智能穿戴：智能手表、智能手环
电子玩具类：无人机、小型机器人
汽车电子设备：发动机控制单元、车载系统等
工业自动化设备：数据采集、伺服控制设备等

接下来逐一解释这些产品的模块构成。

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单片机开发就业领域

产业链视角：从芯片到产品的硬件产业链各环节都有招聘单片机开发工程师
- 芯片原厂：ST、TI 等
- 模组厂商：WiFi 模组、HA、2G/4G 模组
- 消费电子：小米、华为、DJI、OPPO 等
- 商业工业：海康、大华、大族等商房类和工业类企业

学习单片机嵌入式可就业企业

芯片原厂：ST、TI、RK、全志、NXP、MTK、展讯、海思等
模组厂商：移远、创通、华勤、中兴通讯等
消费电子产品：小米、华为、OPPO、vivo、0000等
商业及工业产品：商汤、旷视、天数、旷达、科大讯飞、优必选、大疆等
汽车电子领域
- 主机厂：比亚迪、广汽、上汽、吉利等
- 供应商：马瑞利、博世、德尔福、大陆、宁德时代
家电领域：美的、格力
互联网厂家：阿里、腾讯、华为、小米、百度等（都有硬件相关业务）

企业产品硬件设计流程

确定设计标准：判断产品级别（如消费级、汽车级、工业级），影响后续选型
- 例：智能手表为消费级
确定功能需求：明确产品功能及外设
- 智能手表外设：屏幕、传感器、电池、振动器等
进行方案选型：先选外设模块，再选芯片
- 小家电用8位单片机
- 音视频播放或流媒体用16位或32位单片机
进行外形选型：选择屏幕接口、传感器厂商等
开发调试 → 测试认证 → 试产、小批量、上市

企业硬件产品设计流程

企业设计一款硬件产品的完整流程：
- 需求分析：产品需求调研和方案设计
- 硬件设计与软件编写：画电路板、写代码驱动模块、开发应用
- 测试认证：上市前按地区做认证
- 国内：商势认证
- 欧洲：C
- 美国：FCC认证
- 市场上市：量产、小批量生产、出货销售

企业硬件开发流程与角色分工

硬件方案选型：选型方法与方案查找
开发流程：企业硬件方案开发工程师配合
- 角色：产品经理、项目经理、工业设计、硬件工程师、软件工程师等
- 内容：各角色分工及不同阶段配合方式

新芯片引入流程 (研发工程师)

资源获取：芯片手册、使用文档、FAQ、原理图/源码/支持文档
环境搭建：开发环境、仿真环境、验证环境、运行
基础功能验证：
- 芯片基础功能验证
- 外设功能验证、接口验证
- 电源验证、供电验证
产品开发：产品系统架构、确认功能、硬件开发
集成、联调、测试、发布版本

新芯片上手步骤

研发工程师使用新芯片流程：
- 资源获取：芯片手册、使用文档、示例代码、相关论坛、芯片原厂支持
  - 目的：遇到问题知晓找答案位置，解决不了时问谁
- 开发环境搭建：拿到开发板后搭建芯片开发环境

环境搭建与基础验证

环境搭建：在开发板上验证芯片基础功能和外设支持
- 拉取代码并在目标系统上运行
基础功能验证：确认芯片支持的功能、外设及接口
产品开发：
- 确定模块间通信协议（如创否、iPhoneC、SPI 等）
- 搭建软件框架
- 开发各模块业务代码

硬件固件设计要点

设计硬件固件方案的关键考虑：
- 是否上系统，还是直接用裸机
- 选择合适的协议
- 整个应用不同模块如何划分

单片机产品模块构成

单片机产品由以下模块组成：
- 电路板：包括最小系统（让芯片运行起来）和外围驱动电路
- 软件固件：编写的代码刷入电路板运行
- 外壳结构：产品外壳及相关结构
电路板细分为两块：
- 最小系统：使芯片能够运行
- 外围驱动电路：驱动不同外设

最小系统构成

最小系统：芯片运行所需基础模块
- 供电电路：提供电源
- 时钟电路：提供时钟信号（如晶振电路）
- 复位电路：复位功能
有了这些模块，芯片即可运行
功能实现：搭配不同外设电路
- 外设驱动因需求不同：带/不带屏幕、传感器等
- 例：STM32 芯片（课程用例）需这些基础才能跑起

单片机与51单片机基础

单片机定义：集成了处理器、存储器和外设接口等多功能于一体的微型计算机
- 简称 MCU
- 优点：体积小、功耗低、成本低，实现高效控制和处理任务
51单片机：以 8051 为内核的系列单片机
- 80C51系列主要产品：
  - Intel：80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52 等
  - ATMEL：89C51、89C52、89C2051 等
  - STC、兆鼎、英飞凌等公司许多产品
- 课程芯片：STC宏龙的 STC8052RC
- 虽有更先进单片机（如 STM32/ESP32），但51单片机仍广泛应用于各种嵌入式系统

单片机定义与51单片机

单片机（MCU）：集成了处理器、存储器和各种功能于一体的通用计算单元
- 优点：体积小、功耗低、成本低，实现高效控制和处理任务
- 适用场景：小型电子产品计算需求（普通计算芯片无法满足）
51单片机：以8051内核为基础开发的系列单片机（非单一型号）
- 主要产品： - Intel：80C31、80C51、87C51、80C32、80C52、87C52等 - ATMEL：89C51、89C52、89C2051等 - STC、华邦、英飞凌等公司众多产品
- 课程用芯片：STC的STC8052RC
应用现状：虽有更先进单片机（如STM32/ESP32），但51单片机仍广泛用于各种嵌入式系统

51单片机应用现状与学习核心

应用广泛原因：虽有STM32/ESP32等先进单片机，但51单片机仍用于小型、低性能要求、低成本场景
- 性能强芯片不适合所有产品
学习重点（而非简单功能如点亮LED、水灯、按键、串口）： - 8位单片机使用方法 - 寄存器编程 - 外设原理与协议原理（企业90%不用89C52，但这些通用）
- 核心能力：快速掌握编程、上手项目、完成产品需求

51单片机学习重点

传统思维：点亮LED、流水灯、驱动按键、LCD等简单应用
实际重点：学会八位单片机使用方法
- 寄存器编程
- 各类外设协议原理
企业现实：90%-99%不会用到89C52这款芯片
- 使用各种其他八位单片机
- 不同芯片外围协议相似
  - 掌握原理即可通用

单片机芯片识别要点

讲解内容：
- 丝印
- 命名规则
- 封装
- 方向
- 芯片手册
- 芯片编程步骤
- 最小系统

单片机芯片丝印（印记）

丝印定义：不同单片机芯片表面印刷的英文字母和标记
- 示例：STC（芯片厂商缩写，STC宏晶的缩写）
- 型号：89C52RC
- 封装：如LQFP44（芯片封装类型）
作用：通过这些文字识别芯片厂商、型号和封装

单片机芯片丝印（印记）续讲

封装：单片机芯片的不同封装形式。
- 封装大小不同
批次：生产时间信息。
命名规则：
- STC：厂商名称（STC 宏晶）。
- 89：兼容 8051 指令集的 51 单片机。
- C：工作电压范围，3.3V - 5.5V。
- 52：内部空间大小。
- LQFP44：封装，44 个管脚。

STC芯片型号命名规则

STC厂家型号命名（以STC89C52RC为例）
- STC：厂家名称（STC宏晶）
- S0：内部8051指令集，包含外部51单片机
- S1/S2/S3：内部Flash大小
  - S1：4K
  - S2：8K
  - S3：12K
- C：工作电压3.3-5V
  - LE：2.0-3.6V
- RC：RAM大小512字节
  - RD：1280字节
- 40：工作频率40MHz
- LCF：1280
- 1：工业级温度范围 -40℃~85℃
- 2：商业级温度范围 0℃~70℃
- 引脚数：44个

STC89C51RC/RD系列命名规则

以STC89C52RC为例：
- STC：厂家名称（STC宏晶）
- S0/S1/S2：裸片类型
- RC：RAM大小
- 40：工作频率
- LQFP：封装类型
- 44：引脚数（44个引脚）
工作温度范围：
- 工业级：-40℃~+85℃
- 商用级：-40℃~+70℃
芯片外形与封装：根据应用场景空间选择
- 空间小→用小封装
- 空间要求不严→可选更大封装

单片机芯片方向识别

方向判断：芯片丝印上有小圆点标记
- 小圆点下方为一号引脚
- 按逆时针方向排序引脚
对应关系：实际实物IO与原理图位置匹配
- 示例：右边图一号引脚位置，从右边逆时针排序

单片机IO方向与芯片手册

IO方向：是怎么去对应起来的（后续详解）
芯片手册（LaterShare）：了解芯片资源、配置和功能
- 学习时非常重要，可了解芯片所有内容
- 不同章节学习时打开手册讲解

课程芯片参数示例

参数：工作电压、直中组屏（时钟频率）、blash（硬房大厕/Flash硬盘大小）等

单片机芯片手册使用

芯片手册内容：详细说明引脚定义、Flash大小、外设数量（如定时器、ADC）
- 下载手册查看具体信息
学习方法：不需背诵（手册太多、不同芯片不同）
- 遇到问题时，知道从手册中查找

单片机编程步骤

单片机听不懂人类语言
- 需要编程方式与之通信

单片机编程步骤

不同于普通程序：编写代码 → 编译成二进制文件（固件） → 烧录到单片机 → 重新上电运行
- 编程语言：主流C语言和汇编（Python可但需内置解释器，对内存要求高，不适合主流单片机）

最小系统详细构成

最小系统定义：让芯片运行起来的最少要素
- 1. 芯片本身
- 2. 供电电路：给芯片供电
- 3. 复位电路：让芯片复位
- 4. 时钟电路：提供时钟让芯片运行
课程版卡：设计了最小系统板
- 包含芯片、时钟、复位电路及对应电路

STC89C51RC+RD系列最小应用系统电路

mini核心板实物：STC89C51RC/STC89C52RC，正反面布局包含电源、时钟、复位、烧录电路
电路图示意（ASCII艺术）：

[电源] -- [时钟电路] -- [复位电路] -- [烧录电路] -- STC89C51RC+RD芯片

芯片手册对应：明确列出电源 + 时钟 + 复位电路的最小要求
烧录电路作用：PC生成固件后烧录至板卡运行

STC学习资源

遇到问题查找顺序：优先去STC官网和论坛
- 官网：https://www.stcmcudata.com/
- 论坛：https://www.stcaimcu.com/
- 芯片手册：http://www.stcmcudata.com/datasheet/STC89C52.pdf
作用：工程师开发中常见问题解答渠道

STC8GC中断系统

中断源表格：

中断源	触发条件	外部中断	内部中断	优先级	端口	状态
DVT0 (外部中断0)	0->1	P3.2	-	0	EX0	INT0
DVT1 (外部中断1)	0->1	P3.3	-	0	EX1	INT1
Timer0	溢出	-	T0	1	-	TF0
Timer1	溢出	-	T1	1	-	TF1
UART	接收/发送完成	-	RX/TX	2	-	RI/TI
DVT2 (外部中断2)	0->1	P3.4	-	3	EX2	INT2
DVT3 (外部中断3)	0->1	P3.5	-	3	EX3	INT3
DVT4 (外部中断4)	0->1	P3.6	-	3	EX4	INT4
DVT5 (外部中断5)	0->1	P3.7	-	3	EX5	INT5

优先级设置：通过PICON寄存器设置多级优先级（传统8051仅两档）
ISR编程示例（C语言中断函数）：

void Timer0_Routine(void) interrupt 1 { /* ... */ }
    void Timer1_Routine(void) interrupt 3 { /* ... */ }
    void Uart_Routine(void) interrupt 4 { /* ... */ }
    void interrupt0_ISR(void) interrupt 0 { /* ... */ }
    void interrupt1_ISR(void) interrupt 2 { /* ... */ }
    void interrupt2_ISR(void) interrupt 5 { /* ... */ }

STC8GC系列特性

官网/论坛：https://www.stcmcu.com/
芯片手册：https://www.stcmcu.com/datasheet/STC8GC52.pdf
关键特性：超强抗干扰、高加密性
架构模块：CPU、Memory、IO、Timers、UART、ADC等（参考架构图）

51单片机课程学习路线

整体结构：从环境搭建到实际烧录LED的全流程
- 1. 环境搭建
  - 软件下载、安装与破解：用于编写、编译代码
- 2. 电路与原理图
  - 看懂元器件
  - 如何看懂原理图
  - 原理图与电路的关系
- 3. 工程创建
  - 编译
  - 固件烧录
- 4. 器件烧录
  - 点亮LED
  - 接线
  - 驱动安装
  - 效果验证

学习路线树状图：

学习路线
├── 软件下载
├── 安装与破解
├── 电路与原理图
│   ├── 看懂元器件
│   ├── 如何看懂原理图
│   └── 原理图与电路的关系
├── 工程创建
│   ├── 编译
│   └── 固件烧录
├── 器件烧录
│   ├── 点亮LED
│   ├── 接线
│   ├── 驱动安装
│   └── 效果
└── 软件下载
    ├── 软件下载
    └── 安装与破解

后续课程模块

第六块：数码管驱动
- 数码管驱动原理
- IO不够时用扩展IO芯片扩展单片机IO
- 驱动实现
第七块：中断讲解
第八块：定时器与计数器

51单片机课程后续内容

I2C/SPI通信：讲解原理、用代码驱动实现，以及读写信号时序
PWM：PWM是什么及其作用，以推拉输出和电机调速为例讲解
看门狗与项目：看门狗功能及综合项目实践

课程学习建议

跟随教程：整套课程非常重要的一点，一定要跟随教程学习

51单片机课程学习建议与目标

唯一建议：一定要动手，动手+动手+动手
- 学习单片机编程不动手只是看，无法发现问题
- 动手做实验、尝试复现，才能上手
学习目标： - 学会环境搭建、固件烧录、工程搭建 - 快速学会单片机寄存器开发 - 熟悉外设原理，学会外设驱动编程

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开发板资源回顾

正式进入电路与原理图章节
- 先回顾板卡上资源，加深对所有元器件的记忆
- 目的：以后拿到不同电路板也能快速清楚

原理图简介

讲解什么是原理图
原理图与电路板的关系
- 帮助理解电路板实际对应

开发板模块构成

开发板实际模块布局（从左到右）：
- WiFi芯片 + WiFi Flash + WiFi晶振
- WiFi外围电路：电容、电阻
- 编码器 + 编码器外围电路
- 温湿度传感器
- 三个LED
- 蜂鸣器
- 滑动电阻
- 数码管
- 中间：51核心板 + 其接口

开发板电路布局

复位电路：位于右边
按键模块：
- 几个机械按键
- 中间一个触摸按键及其外围电路
上部：电容电阻等元器件
右边：USB转TTL模块
电机驱动模块：
- 步进电机
- 直流电机
- 外围电路（电容电阻）
电源部分：
- 稳压电源输入
- 5V转3.3V稳压电源

开发板硬件布局

开关
485模块
屏幕
屏幕外围电路
继电器
一分频芯片（位于核心板下方）
本节目标（三个重点）：
1. 原理图有什么用
2. 怎么样去用（阅读方法）

原理图与电路板的关系

比喻理解：建房子为例
- 原理图 = 建造房子的工程图（设计蓝图）
- 电路板 = 建成的房子
- PCB工程图 = 建造房子的效果图
设计流程：
- 先绘制板卡原理图
- 再根据原理图制作PCB（电路板）

原理图与电路板实际应用

原理图→PCB→电路板流程：原理图设计后生成PCB工程，再经生产贴片得到实际电路板
驱动示例（LED）：要驱动电路板上LED，先在原理图中查找LED模块
- 原理图按功能划分模块（如供电、WiFi、485、LED）
- 对应板卡上实际模块，便于软件工程师定位驱动

LED驱动原理

开发板LED布局：三颗灯珠与板卡上三颗LED一一对应
LED电路结构（以LED4为例）：
- LED → 电阻 → 3.3V电源
点亮条件：输出低电平（0V）到LED引脚
- 原因：LED两端产生电压差时灯珠发光
驱动步骤：
1. 确定驱动信号：低电平
2. 查找LED1连接位置（连接到廉价…）

原理图驱动LED示例

开发板LED连接：连接到51单片机的P2.7口
- 要点亮LED：让P2.7输出低电平
  - 因为低电平驱动LED导通发光
原理图实际用法（驱动任意模块通用步骤）：
1. 在原理图中找到对应模块
2. 分析驱动该模块需要什么信号
3. 根据信号编写编程代码
后续：掌握此基础后进入编程章节

原理图元件识别与作用简介

本节课简要介绍原理图中各种符号的含义及其在电路中的作用。
不会深入讲解，后续实验章节会详细讲解每个模块的原理。
看不太懂也没关系，可以继续往下学习。

电路元件

电阻：
- 作用：对电流有限流作用。
- 常见阻值：千欧 (KΩ) 级，兆欧 (MΩ) 级。
- 封装：大小决定功率，越大功率越大。
电容：
- 作用：用于储能、滤波、旁路等。
- 分类：陶瓷电容、电解电容等。
- 电解电容：有正负极性，不能接反。
- 作用：退偶，减小噪声，提高稳定性。
上拉电阻：
- 作用：将不定状态的信号线拉到高电平。
- 典型阻值：4.7KΩ 或 10KΩ。
二极管：
- 作用：单向导通，用于整流、开关等。
- LED (发光二极管)：正向导通发光，反向截止。
三极管 (MOS管)：
- 作用：开关作用，控制电流。
- N沟道MOS管：栅极高电平导通，低电平关闭。
- P沟道MOS管：栅极低电平导通，高电平关闭。

晶振电路

晶振：提供时钟信号。
作用：为系统提供稳定的时钟频率。

其他元件

USB：一种常见的通信接口标准。
蜂鸣器：一种发声器件。
继电器：一种电磁开关。
传感器：将物理量转换为电信号。

电源电路与符号

不同模块电源需求：电路板模块电压不同（如4.5V、5V、3.3V），需5V转3.3V稳压电源
- 稳压电源作用：提供稳定电压输出，不受输入波动影响
  - 5V稳压：输入7V-25V，输出5V（效率低、发热大、不适合大电流）
  - 3.3V稳压：输入4.5V-15V，输出3.3V（效率高、发热小、适合小电流）
电源符号：电源符号表示5V或3.3V；GND符号表示地线
电容作用：去除噪声（杂音）

电源电路电容作用

电容主要作用：去除电源噪声（杂音），让电源信号更干净
- 实际电源信号有纹波和干扰
- 加电容后过滤干净
不同容值搭配：针对高频和低频干扰
- 电源纹波用 μF级 + nF级 电容组合
- 示例：47μF 可换 22μF 也行
数据电路特点：干扰源较小，容值选择灵活

电源电容选型与优化

通用选型：选一些通用的电容即可
- 实际电路板设计调试时，若电源纹波较大，可适当调整电容优化
5V转3.3V稳压芯片：中间部分即稳压芯片

温湿度传感器原理图

电源滤波：电源侧有两个电容，使电源更干净
传感器接口：有接口要求，如接地
- 具体接口后续详解

上拉电阻

上拉电阻接法：信号线经过电阻接到3.3V电源
- 称为上拉电阻
作用：单片机IO口启动时状态不确定，上拉电阻确保启动瞬间电压为3.3V
- 把不确定信号线拉到高电平

上拉电阻作用

两个电阻的前置作用：将两个点的电平预置在高电平
- 另外增加启动能力：电流通过电阻流下，提升IO启动能力

继电器电路

电路构成：对应板卡上档子第一线（栅极对应位置）
- 包括一个继电器
- 右边一个二极管，主要作保护作用
适用性：继电器电路，以及后续提到的电路
续电器：线圈开合，带动触点。避免电压突变，对电子元件的损伤。
保险丝：起到保护作用。

电源电路电容作用

电容：去除电源噪声，使电源信号更干净。
- 实际电源信号有纹波和干扰。
- 加电容后过滤。
不同容值搭配：针对高频和低频干扰。
- 电源纹波用 μF级+nF级 电容组合。
- 例：47μF 可换 22μF。
- 数据电路特点：干扰源较小，容值选择灵活

电源电容选型与优化

通用选型：通用电容即可。
- 实际电路板设计调试时，若电源纹波大，可调整电容优化。
5V转3.3V稳压芯片：

温湿度传感器原理图

电源滤波：电源侧有电容。
传感器接口：有接口要求（如接地），后续详解

上拉电阻

上拉电阻接法：信号线经过电阻接到 3.3V 电源。
- 称为 上拉电阻
作用：单片机IO口启动状态不确定，上拉电阻确保启动瞬间电压为 3.3V。
- 把不确定信号线 拉到高电平

芯片手册电路说明

芯片手册内容：包含具体说明为什么采用某种接法，以及返回电路的连接方式
- 绘制电路时一般参考手册

电解电容作用

电解电容：储能和释放能量

LED电源指示灯电路

电路结构：限流电阻 → LED → 电源
- 限流电阻作用：避免电流过大烧坏LED
  - 同样起到限流作用

电阻与三极管封装形式

电阻封装：有很多不同封装形式，网卡三种常见封装为主，大家认识其样子
三极管/MOS管：
- 示例：FNT491（MOS管样子）
- 金正（三极管）：也有其他封装，用到的是之前提到的那种
- 建议搜索查看样子

IO口章节学习

从本节课开始，正式进入IO口章节的学习
标志着进入编程实际操作阶段