物联网开发入门笔记（三）：单片机基础

一、微处理器与单片机概述

1、微型计算机：是由大规模集成电路组成的，体积较小的电子计算机。它是以微处理器为基础，配以内存储器及输入输出接口电路和相应的辅助电路而构成的裸机。

单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作，只有微型计算机系统才是完整的信息处理系统，才有意义

一个完整的微型计算机系统包括硬件系统和软件系统两大部分。

硬件系统由运算器，控制器，存储器（含内存，外存，缓存）、各种输入输出设备组成，采用“指令驱动”方式工作

2、指令集

计算机指令就是指挥机器工作的指示和命令，程序就是一些列按一定顺序排列的指令，执行程序的过程就是计算机的工作过程。

指令集，就是CPU用来计算和控制计算机系统的一套指令的集合，而每一种新型的CPU在设计时就规定了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。

而指令集的先进与否，也关系到CPU的性能发挥，它也是CPU性能体现的一个重要标志。每款CPU在设计时就规定了一些列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效的工具之一。

3、微处理器的体系结构

嵌入式系统硬件架构的核心是处理器，负责从内存中取指令、译码并执行，在指令执行过程中进行相关数据运算。

根据处理器指令和数据存取实现方式不同，分为冯诺依曼结构和哈佛结构

冯诺依曼结构也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储结构。

哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构，哈佛结构是一种并行结构。

4、微处理器分类

按字长宽度分：（4位处理器，8位，16位）MCU，（32位，64位）EMPU

按系统集成度分：一般用途型微处理器（仅包含CPU），单芯片微控制器MCU（将CPU，ROM，RAM及IO等部件集成到同一个芯片上）

按照用途分：

嵌入式微控制器MCU：MCU上外设资源一般比较丰富，适合做控制用

嵌入式微处理器EMPU：EMPU采用“增强型”通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而嵌入式微处理器在工作温度，电磁兼容性以及可靠性方面的要求比标准微处理器高。

嵌入式DSP处理器DSP：由大规模或超大规模集成电路芯片组成的用来完成数字信号处理任务的处理器

嵌入式片上系统SoC：指的是在单个芯片上集成一个完整的系统，对所有或部分必要的电子电路进行包分组技术，如CPU，存储器，以及外围电路等，部分SoC还封装了网络芯片，人工智能芯片等功能。

5、单片机

MCU也叫单片机，MCU指将CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种IO接口集成在一片芯片上。内部除了CPU外还有RAM、ROM，可以直接加简单的外围器件（电阻，电容）就可以运行代码了。

6、常见单片机

51系列单片机。Intel推出，是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。

MSP430系列单片机。德州仪器推出，16位超低功耗的混合信号处理器，最大亮点是低功耗而且速度快。

PIC单片机。微芯公司microship推出，分三个级别：基本，中级，高级。CPU采用RISC指令结构和哈佛双总线结构，运行速度快。

STM32单片机/EMCU-arm系列。意法半导体ST 推出。性价比超高，功能强大，基于高性能，低成本，低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM cortex-M内核，具有一流的外设：1μs的双12位ADC，4Mb/s的UART，18Mb/s的SPI等。

AVR单片机。Atmel推出。增强型内置flash的RISC指令集高速8位单片机，他取消机器周期，以时钟周期为指令周期，实行流水作业。

freescale系列单片机。采用哈佛架构和流水指令结构，在许多领域都表现出低功耗，高性能的特点，它的体系结构为产品的开发节省了大量的时间。此外freescale提供了多种集成模块和总线接口，可以在不同的系统中更灵活的发挥作用。

二、单片机的主要应用场景