1.从电路到集成电路

1.1、电路发展变化的趋势

（1）功率。电子设备越来越省电，待机时间也来越长，工作电压越来越低。
（2）体积。越来越小。
（3）功能。越来越强大。

1.2、微器件的出现

（1）电路的核心：开关控制、倍率控制
（2）电子管、晶体管等

1.3、集成电路的出现

（1）IC（集成电路），就是使用微器件为积木，去搭建具备一定功能的电路板。
（2）将微器件组成的电路，用塑料 外壳封装起来形成IC芯片。
（3）芯片（IC、集成电路）：里面是电路，外壳是绝缘外壳，里面的电路通过外壳上的引脚（金属材料）与IC外部接轨。
（4）IC引脚使用需要看IC数据手册。

2.计算机的核心设备CPU

2.1、CPU就是一块超大规模集成电路，CPU的本质就是电路。

2.2、CPU(Central Processing Unit，中央处理器)

（1）CPU = 运算器 + 控制器
（2）CPU = ALU + cache + Bus （运算控制、高速缓存、总线）
（3）CPU = 汇编指令 + 寄存器

2.3、CPU的工作原理

（1）CPU通过总线从存储器取出指令到内部，然后译码，然后执行。
（2）一条指令包括：指令码 + 数据
（3）执行指令反应为一个控制操作或者一个数学运算
（4）给单片机编程其实就是给CPU写指令序列

3.给单片机下定义

3.1、计算机系统三大组成部分：CPU、内部存储器、IO

（1）单片机属于计算机的一种
（2）IO就是输入输出（Input/Output），输入设备有键盘、鼠标、触摸屏，输出设备有LCD显示器、声卡等

3.2、单片机的结构框图分析

单片机的结构框图

（1）上图是STC89C51RC_RD结构框图
（2）框图中的方块是组成部件，箭头是表示总线Bus；
（3）CPU处于单片机系统的核心位置，别的模块都是通过总线和CPU进行关联。别的模块之间一般没有总线直接相连，有时候2个互相关联的模块也会有总线直接相连。
（4）IO就是芯片上的引脚，不同的单片机型号有不同的IO数量和定义。

3.3、如何定义单片机

（1）单片机就是一台微型计算机，这台计算机的所有零件全部都做在了IC内。
（2）MCU：微控制单元、单片机、微控制器

4.ROM与RAM

4.1、计算机中的2种存储器

（1）内存：内存和COU接轨比较紧密，内存可以被CPU直接访问，内存可以按照字节为单位来随机访问、程序运行离不开内存，程序中的变量都是定义在内存中的。
（2）外存：外存与CPU之间比较远，外存不可以被CPU直接访问，外存一般以块为单位来访问，不能以字节为单位随机访问。

CPU与内外存

4.2、ROM

（1）read only memory，只读存储器，意思是只能读不能写。实际上是：程序运行时只能 通过程序自己本身的操作去读而不能写。
（2）常见的ROM：单片机中用来存储用户烧录的程序的器件就是ROM，烧录的过程其实就是在写ROM，但是程序运行时是不能修改ROM内容的。烧录程序一般要通过烧录器来完成。
（3）storage，存储器，含义有点像仓库存储东西。ROM就有点类似于仓库，用来存储程序代码。
（4）单片机中程序平时是存储在rom中，运行时由ROM直接供给CPU。

4.3、RAM

（1）random、access、memory，随机访问存储器
（2）常见的RAM：从物理上来讲，主要分为SRAM和DRAM，单片机中一般使用都是SRAM，嵌入式Soc中和PC机用的都是DRAM。
（3）memory，存储器，专指的是计算机的内存。

4.4、单片机中的ROM和RAM

（1）单片机中的ROM一般是Flash（闪存），有些地方会看到flash memory；单片机中的RAM一般都是SRAM；这两个共同构成单片机中的存储体系。
（2）ROM和RAM的协同工作方式是：ROM用来存储用户写好编译好的程序，运行时CPU直接从ROM中读取一条一条的指令运行，指令运行过程中产生的临时数据放在RAM中。

5.单片机的工作原理

5.1、主要期间负责干嘛？（CPU、内部存储器、IO）

单片机的工作原理（简单）

5.2、统一的时钟节拍

（1）同步：就是好多个独立的部分按照同一个节奏不掉来动，以此来实现一个配合。
（2）合同部相对的一个概念叫异步，异步就是个子干各自的。
（3）单片机的各个模块之间是同步工作的，这个统一的节拍就是单片机的时钟。
（4）这个时钟节拍对单片机很重要，单片机内部在一个时钟节拍中只能做一件事情。所以单片机要发生一些变化或者做一些事情，最小的时间单位就是1个时钟节拍。单片机的时间单位都是时钟节拍的整数倍。
（5）单片机中的CPU、存储器、IO等都是以时钟节拍为动作节拍的，所以单片机是一个同步系统。
（6）时钟周期的长度（时钟节拍的快慢）影响了单片机的速度，所以这个时钟就叫做单片机的主频。主频越高性能越高，一般PC的主频都是2G_{3G，51单片机的主频是MHZ级别。一般手机CPU的主频也在1G}2G左右，一般STM32的主频在100MHZ级别

6.外设与内部外设

6.1、什么是外设（peripheral）

外部设备，属于单片机中的模块，除了三大部件，如串口控制器、I2C控制器……

早期电路
集成电路

7.单片机与电路板

7.1、什么是电路板（PCB，Printed Circuit Board，印刷电路板）

（1）PCB板 = 基板（绝缘） + 电路
（2）构成和材质，常用的基板材质都是FR4（玻璃纤维），PCB板是由多层构成的（单面板、双面板√、四层板√、8层板、12、16、24）
（3）印刷电路其实就是在不导电物质形成电路，最后形成的就是一个里面的芯是不导电的FR4，外面有一层构成了电路的铜（标准术语叫覆铜），为了避免同样花或者与外部导电，外部还有一层油墨，刷油墨时需要露出来焊接点（焊接点一般有2种：一种是插针式，一种是贴片式），焊接点上本来就是铜，为了方便焊接一般会做镀锡。
（4）作用：PCB板的作用就是骨架和连接。最终的目的就是把所有的元件按照正确的电路图连接起来形成一个完整的可以工作的电路。

7.2、芯片

芯片：芯就是电路，外面是绝缘壳。里面的电路通过芯片引脚接出来用于连接外部电路。

7.3、芯片和电路板关系

（1）相同点：芯片就是一个微型的电路板。
（2）不同点：功率小做成芯片，功率大做成电路板。
（3）能做到芯片里面的都做进去，实在不行的放在芯片外部，所以现代设计方案：芯片+电路板。
（4）单片机开发板就是PCB版主板+单片机芯片+其他芯片+其他外围电路元器件总体构成的。

8.软件与硬件

建议学习路线：以软件为主线，附带学习硬件

9.硬件工程师主要工作职责

①电路图的分析和设计
②元件的选择和参数确定
③PCB的设计和样板焊接、调试
④生产跟踪和问题解决

10.软件工程师主要工作职责

①初级软件工程师：辅助测试、写代码、维护
②中级软件工程师：独立工作、对产品负责、DEBUG
③高级软件工程师：需求分析、框架设计、团队管理
软件工程师成长路线：
学到基础（知识+能力）→找到工作→学习和锻炼→中级→高级/转方向

11.datasheet重要性

11.1、什么是datasheet

（1）datasheet就是数据手册，即芯片文档
（2）从官网获取、开发板附带的光盘资料

11.2、datasheet应该怎么用

（1）数据手册不是书，更不是教材，数据手册更像是一本字典，所以不是从第一页看到最后一页；
（2）数据手册一定要先浏览一遍。尤其对于刚开始学习的人，理解里面基本概念。
（3）前面认真看，比较简单；后面比较难，先泛看，以后用到再认真看。

12.原理图和PCB图

12.1、原理图

（1）就是电路原理设计图，电路逻辑图
（2）直线：表示导线，是用来连接元件电路的
方框：表示器件，如IC、插座
（3）原理图中的每一个元件有一个编号，这个编号用来表示/记录这个元器件。
（4）芯片还会有一个名字，一般是器件型号
（5）有些器件还有参数值，如电容容量、电阻阻值
（6）引脚用数字表示
（7）原理图中有个网络的概念，原理图上2个编号一样的节点其实在逻辑上是连在一起的。

12.2、BOM表

物料表，整个电路中用到的所有物料的一张清单。

12.3、PCB图

（1）硬件工程师在设计产品硬件时的步骤是：先有原理图，然后用原理图画出PCB图
（2）PCB图是原理图和实际器件结合起来后，生成的PCB板的结构图纸，PCB图的作用就是拿给做PCB板的厂商去印刷电路板。
（3）对于软件工程师来说，只需要关注原理图。