系统编程-初识MCU

news2024/9/22 17:24:41

初识MCU

一、什么是mcu？

二、MCU 的组成与作用

三、常见的MCU

四、家用空气质量检测仪项目分析

1、项目市场调研

2、项目需求分析（重要）

3、产品的硬件设计

五、常用元器件以及对应电路介绍(重点)

1、电阻

2、电容

3、电感

4、保险丝

5、二极管

6、三极管

7、MOS 管

六、常见的硬件电路

七、MCU 最小系统电路

1、最小系统电路构成

2、复位电路

3、晶振电路

4、 LED 灯电路

5、按键电路

6、蜂鸣器电路

7、继电器电路

8、H 桥电路

八、立创 EDA 的使用

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一、什么是mcu？

微控制单元(MCU)，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器(CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D 转换、UART、PLC、DMA 等周边接口，甚至 LCD 驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
诸如手机、PC 外围、遥控器，至汽车电子、工业上的步进马达、机器手臂的控制等，都可见到 MCU 的身影。

-- 例如：

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-- MCU 主要做数据采集、数据小量的处理以及控制。
-- 与底层传感器、电机等等设备接触。 MCU 底层的通信以及接口比较多。

二、MCU 的组成与作用

MCU（微型计算机）的组成

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内核 ARM 的介绍：ARM 公司只设计内核（IP 核）

8 位、16 位、32 位、64 位 -- 内核的处理数据能力。
芯片厂商：海思、乐鑫、兆易、三星、高通、ST、NXP 等等.

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MCU（微型计算机）作用

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-- 获取输入信号，经过逻辑分析，输出输出信号。

1.数据接口 -- 硬件连接+时序（bug）
2.逻辑分析数据，处理数据 -- 编程语言
MCU：智能集成电路（处理器+内存+硬盘+USB 接口+网口等等）。

三、常见的MCU

以控制为主：NXP（恩智浦）、 ST（意法半导体）、GD（兆易）等等
以无线通信为主：TI（德州仪器）、（ESP）乐鑫等等以低功耗等等
项目开发：例如：物联网 -- 无线传感网 -- 传感器数据采集到传输到云端
MCU 选择：①MCU+无线通信模组（无线通信 MCU 做成模组）
②直接选择本身带有无线通信的 MCU -- 研发精力和时间。
无线通信（协议栈）

四、家用空气质量检测仪项目分析

-- 这里以这个项目为例子，分析一下项目需求。

1、项目市场调研

2、项目需求分析（重要）

软件界面硬件外观 app

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-- 这些是市场调研中他们已有的功能，我们要是也要开发同样的内容，还要在这基础上加上我们的亮点。

-- 亮点：语音识别
SU03T
语音播报

传感器选型：1.功能一定要合适。2.引脚资源（引脚个数+外设资源）。

-- 我们这里选用：主控芯片：STM32F103RCT6

-- MCU 最小系统：MCU 晶振 4PIN 插针 5V-3.3V CH340

3、产品的硬件设计

最小系统电路：时钟电路复位电路下载电路电源电路

原理图库（设计）原理图
封装库（布局）PCB
元器件选型

五、常用元器件以及对应电路介绍(重点)

掌握电子元器件的简单作用和电气符号

1、电阻

-- 限流分压

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电阻的实物图

-- 电阻封装：元器件形状

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电阻在电路中的常用符号

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上拉电阻与下拉电阻

-- 上拉电阻：将一个不确定的信号，通过一个电阻与电源 VCC 相连，固定在高电平。

-- 下拉电阻: 将一个不确定的信号，通过一个电阻与 GND 相连，固定在低电平。

2、电容

电容器在调谐、旁路、耦合、滤波等电路中起着重要的作用。
电容在电路在电路常用的电路符号

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电容的滤波功能电路

-- 电容器在电路中可以存储电能，并在电源电压下降时释放电能，从而平滑输出电压。电容器的充放电特性使其能够过滤掉高频噪声和脉动。

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3、电感

电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。
电感量的单位是 H（亨利）
电感在原理图中的电路符号

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4、保险丝

保险丝也被称为电流保险丝，IEC127 标准将它定义为"熔断体（fuse-link)"。其主要是起过载保护作用。
电路中正确安置保险丝，保险丝就会在电流异常升高到一定的高度和热度的时候，自身熔断切断电流，保护了电路安全运行。
保险丝的文字符号为：FU。在电路图中，保险丝的符号用 FU 表示，是 fuse-link 的简称。
有自恢复保险丝，也有一次性保险丝。

保险丝在原理图中的符号

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5、二极管

二极管是用半导体材料(硅、硒、锗等)制成的一种电子器件。
它具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。
当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开.

二极管的实物图

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-- 直插发光二极管

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二极管在原理图中的符号

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LED 灯电路

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6、三极管

三极管是一种电流放大器件，具有电流放大作用。
它具有三个极：发射极(E)、基极(B)、集电极(C)。
当基极电流变化时，发射极电流和集电极电流也发生变化，而且发射极电流是集电极电流的几倍，这就是三极管的放大作用。
三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个 PN 结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种。

三极管的符号与特性

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常见的三极管实物图

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常见的三极管电路

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7、MOS 管

MOS 管全称金属—氧化物—半导体场效应晶体管或称金属—绝缘体—半导体场效应晶体管，属于场效应管中的绝缘栅型，因此，MOS 管有时候又称为绝缘栅场效应管。
场效应管分为 PMOS 管（P 沟道型）和 NMOS（N 沟道型）管，属于绝缘栅场效应管。

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G：栅极
S：源极
D：漏极

MOS 管在原理图中的器件符号

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MOS 管的特性

MOS 管的主要原理是能够控制源极和漏极之间的电压和电流。
它的工作原理几乎就像一个开关，设备的功能基于 MOS 电容。MOS 电容是 MOS 管的的主要部分。

六、常见的硬件电路

DC-DC 电路（直流支流变换电路）

-- 12V-5V 电路 MP2359

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-- 5V-3.3V 电路 AMS1117

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七、MCU 最小系统电路

1、最小系统电路构成

让单片机能够工作的最简单的电路：电源、芯片、晶振、复位、下载
电源：DC 1.8（低功耗） 3.3V（32 单片机） 5V（51 单片机）
芯片：自己选型
晶振：提供时钟源
复位：让程序可以从头开始运行
下载接口：
JTAG/SWD（借助专业的下载器）
J-link ST-link Ulink
ISP 下载（串口）：STM32 只能使用串口 1 进行程序下载