1.1 电路发展变化趋势
(1)电源。 电子设备变得越来越省电，待机时间越来越长，工作电压越来越低。
(2) 体积。 尺寸越来越小。
(3)功能。 功能越来越强大。
1.2 微型器件的出现
(1)电路的核心：开关控制和速率控制。
(2)电子管、晶体管等。
1.3 集成电路的出现
(1)IC(集成电路)以微型器件为积木，构建具有一定功能的电路板。
（2）过去没有微型器件的时候，需要一块非常大的电路板来实现一个电路功能（比如加法器来完成加法运算）。 然后随着微型器件的出现，这种电路板的尺寸变得越来越小，最后小到毫米级，甚至更小。 我们把这个电路放在一起，封装在一个塑料壳里，就形成了你所看到的样子。 IC芯片。
（3）芯片（IC，集成电路）实际上是：内部是电路，外壳是绝缘体外壳，内部电路通过引出的一些引脚（金属材料制成）与IC外部连接。贝壳。
(4) 该IC有多少个引脚？ 每个引脚的功能是什么？ 这是在设计和制造IC时决定的。 当我们拿到IC并使用它时，我们需要阅读IC的数据手册来了解引脚。 如何使用。
2 计算机的核心器件CPU
CPU是一块超大规模的集成电路，CPU的本质就是电路。
2.1 CPU（CentralProcessingUnit，中央处理单元）
(1)CPU=运算单元+控制器
(2)CPU=ALU+高速缓存+总线
(3)CPU=汇编指令+寄存器
2.2 CPU工作原理
(1)CPU通过总线从内存中取出指令到内部，然后译码并执行。
(2)一条指令包括：指令代码+数据。
(3)执行指令响应是控制运算或数学运算。
(4)对单片机进行编程实际上就是向CPU写入指令序列。
3 定义微控制器
3.1 计算机系统三大组成部分：CPU、内存、IO
(1)单片机是计算机的一种。
(2)IO是input/output，即输入和输出。 例如键盘、鼠标、触摸屏等是输入设备，而液晶显示器、声卡等是输出设备。
3.2 单片机结构框图分析
(1)我们看一下单片机计算机系统的结构框图。
(2) 框图中的方块是组件，箭头代表总线。
(3)CPU是单片机系统的核心，其他模块通过总线与CPU关联。 其他模块一般不通过总线直接连接，有时两个相互关联的模块也通过总线直接连接。
(4)IO实际上就是芯片上的引脚。 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) 微控制器是微型计算机。
(2)台式计算机或膝上型计算机(这类计算机称为PC)也是一个计算机系统，它由许多组件组成。 这些组件由不同的制造商生产，可以组装成计算机。
(3) 微控制器 该计算机的所有部件均在 IC 内部制造，并在出厂前封装在塑料外壳中。 传统计算机中的主要部件都是单片机，而且都集成在内部。
（4）MCU的概念（参考百度百科词条：MCU），所以大家看到的：单片机、单片机、MCU、单片机、微控制单元等，都是一样的意思。
微控制单元(Microcontroller Unit；MCU) ，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer )或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、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。
4 ROM 和 RAM
4.1 计算机中的两种类型的存储器
(1)计算机为什么需要内存？
(2)内存：内存与CPU紧密相连。 CPU可以直接访问内存。 内存可以以字节为单位进行随机访问。 没有内存，程序就无法运行。 程序中的变量都是在内存中定义的。 内存受物理技术和成本限制，容量较小且价格昂贵； 内存速度比外部存储器快得多，CPU速度比内存速度快得多。
(3)外部存储器：外部存储器距离CPU比较远。 CPU不能直接访问外部存储器。 外部存储器一般是以块为单位进行访问的，不能以字节为单位进行随机访问。 外部存储容量大、价格便宜，但外部存储的速度比内部存储器慢很多。
（4）一般来说，计算机系统的工作原理是这样的：文件和数据不用时放在外存中，需要时从外存读到内存中，然后CPU从内存中读取数据直接使用。 。
4.2 只读存储器
(1)read only memory，只读存储器，意思是只能读不能写。 事实上，世界上不存在真正的只能读不能写的设备。 这里我们ROM的只读含义是指：程序运行时，只能通过程序本身的操作来读取，而不能写入。
（2）普通ROM：单片机中用来存储用户烧录的程序的器件就是ROM。 烧录过程实际上是写入ROM，但程序运行时不能修改ROM内容。 烧录程序一般是通过烧录器完成的。
(3)storage，意思有点像存放东西的仓库。 ROM有点类似于仓库，用来存储程序代码。
(4)ROM有点像外部存储器的概念，但又不完全一样。 主要是因为计算机系统有不同的设计方法。 例如，PC和微控制器的设计是不同的。 PC有外部存储器但没有ROM，微控制器有ROM但没有外部存储器。 单片机中的程序通常存储在ROM中，运行时直接从ROM提供给CPU。
4.3 内存
(1)随机存取存储器，随机存取存储器。
(2)普通RAM：从物理上来说，主要分为SRAM和DRAM。 SRAM一般用在微控制器中，DRAM则用在嵌入式SoC和PC中。
(3)内存，内存，专指计算机的内存。
4.4 微控制器中的ROM和RAM
（1）单片机中的ROM一般为Flash（闪存），有的地方称为闪存； 微控制器中的RAM一般是SRAM； 这两者共同构成了单片机中的存储系统。
(2)ROM和RAM协同工作的方式是：ROM用来存储用户编写的编译后的程序。 运行时，CPU直接从ROM中一一读取指令来运行。 指令执行过程中产生的临时数据存放在RAM中。 所以基本上可以这么理解：ROM是单片机用来存储程序的，RAM是用来存储数据的。
5 单片机工作原理
5.1 主要部件负责什么？ CPU、内存、IO
5.2 统一时钟节拍
(1)这里有一个概念叫：同步。 同步是指多个独立的部分按照相同的节奏运动，达到协调的目的。
(2) 与同步相反的一个概念称为异步。 异步意味着每个人都做自己的事情。
(3)单片机各模块同步工作。 单片机中的CPU、内存、IO等东西通过统一的节拍同步工作。 这个统一的节拍就是微控制器的时钟。
(4) 这个时钟节拍对于单片机来说非常重要。 微控制器在一个时钟周期内只能做一件事。 因此，如果微控制器需要进行一些改变或者做一些事情，最小的时间单位是1个时钟节拍。 单片机的时间单位是时钟节拍的整数倍。
(5)单片机中的CPU、内存、IO等均采用时钟节拍作为动作节奏，因此单片机是一个同步系统。
(6)时钟周期的长短(时钟节拍的快慢)影响单片机的速度，因此这个时钟称为单片机的主频率。 主频越高，性能越高。 一般PC的主频为2G以上，3G以上，51单片机的主频为MHz级别。 一般手机CPU的主频也在1G-2G左右。 一般STM32等高端微控制器的主频在数百MHz级别。
6 外围设备和内部外围设备
6.1 什么是外设
(1)外设英文称为peripheral，全称是外部设备。 属于单片机中的模块。
（2）单片机中除了三大部件（CPU、IO、内存）之外，还有其他的东西，比如串口控制器、I2C控制器等，这些东西称为外设。
（3）早期的单片机功能很弱，没有很多功能（比如中断功能，比如串行通信功能）。 如果我们用单片机做产品的话，只能外部扩展一些特殊的芯片（中断控制有中断控制器芯片，串口通讯我们有串口通讯芯片）来与单片机结合（将其与电路板连接起来）线）来工作。 本产品设计的核心部分是单片机，外部的专用芯片是外部设备，简称外设。
（4）后来，随着半导体工业的发展和演变，集成电路的集成能力越来越强，我们干脆将一些常用的外设直接集成到单片机中。 所以单片机里有一些东西本来就叫外设，但是名字还是沿用原来的名字。
6.2 什么是内部外围设备？
（1）为了区分外设，我将集成到单片机内部的外设称为内部外设。
(2)还有外部外设，就是那些还没有集成到单片机中，仍然是外部的外设。
7 微控制器和电路板
7.1 什么是电路板（PCB印刷电路板、印刷电路板）
(1)外观：PCB板=基板（绝缘）+电路。
(2)功能：PCB的功能是骨架和连接。 最终的目标是将所有元件按照正确的电路图连接起来，形成一个完整的工作电路。
(3)组成和材料。 常用的基材材料是FR4（玻璃纤维）。 PCB板由多层板组成（单面板、双面板、四层板、8层板、12层、16层、24层）。
(4)印刷电路实际上是在不导电的基材表面按照电路结构印刷一层导电材料，形成电路。 最终形成的是内部有不导电芯线的FR4，外部有一层形成电路的铜（标准术语称为镀铜）。 为了防止铜氧化或与外界导电，外面还有一层油墨，刷油墨时应将其露出。 焊点（焊点一般有两种：一种是插针式，一种是贴片式）。 焊接点原本是铜的，但为了焊接方便我们通常会镀锡。
（5）PCB板实际上是硬件电路（元件和电路设计）的载体。
7.2 什么是芯片
(1)芯片为：核心是采用半导体技术形成的电路，外壳是塑料绝缘外壳，内部电路通过芯片引脚与外部电路连接。
7.3 芯片法与电路板法的关系
(1)相似点。 芯片实际上是一块微型电路板。 这两件事是完全一样的。 早期只有电路板，没有芯片。 后来，半导体技术发展后，微型器件出现了，人们就利用半导体技术，直接将一些电路集成到一个芯片中，形成了IC。
(2)差异。 电路板尺寸较大，功率较高； 该芯片体积小，功耗低。
（3）电子产品的整体设计应该如何设计？ 现代设计方案都是芯片+电路板。 凡是能做成芯片的都可以做成（趋势是越来越多的东西能做成芯片），凡是不能做成芯片的就得放到外面。 原来的产品，比如老式的大屁股电视主板，体积非常大，而新的智能电视主板只是一个大芯片+很少的外围设备。
（4）单片机开发板实际上是由PCB主板+单片机芯片+其他芯片+其他外围电路元件组成。 这是常见电子产品的结构。
8 软件与硬件的区别与联系
8.1 从产品角度
（1）硬件是什么？ 产品载体和本体。
（2）这个软件是什么？ 产品的思想、灵魂和精神。
8.2 软硬件结合
(1)物联网不能由纯软件构建。
(2)纯硬件产品大多是低端的。
9 硬件工程师主要岗位职责
电路图分析与设计
原件选型及参数确定
PCB设计、样品焊接及调试
生产跟踪和问题解决
10 软件工程师的主要工作职责
初级软件工程师：协助测试、编写代码、维护
中级软件工程师：独立工作，对产品负责，解决bug
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：学习基础（知识+能力）->找工作->学习锻炼->中级->高级/转方向
11 数据表的重要性
11.1 什么是数据表？
(1)Datasheet是数据手册，实际上是芯片的文档。
(2)数据表描述了芯片/器件的物理参数、电参数、时序图、编程所需的信息以及其他信息。 一般来说，有关该芯片的所有有用信息都在数据表中。 如果您对该芯片的使用有任何疑问，可以查看数据手册。
(3)在学习单片机软件开发的过程中，我们要不断查阅各种芯片的数据手册，以获得一些有效的信息来指导我们。
11.2 谁编写了数据表？
(1)datasheet由芯片制造商提供。 datasheet实际上就是该芯片的产品手册。
11.3 数据表从哪里来？
（1）最官方、最权威的方式是从芯片厂商的官网下载。
(2)开发板附带的光盘上通常包含有信息。
(3) 在百度中输入芯片型号信息，搜索其数据手册。
11.4 数据表应该如何使用？
(1)数据手册不是书，更不是教科书。 数据手册更像是一本字典。 所以没有必要从第一页读到最后一页，更不用说试图记住。
(2) 必须先通读数据表。 特别是对于那些刚刚开始学习的人来说。 浏览的目的是大致知道某个东西在哪里（并且大致知道以后需要的时候去哪里找到它）。 里面的一些概念基本都明白了，但不是为了记忆。
（3）数据手册的正确用法是：先简单阅读（可以仔细阅读前部分，然后再理解后部分）。 当需要使用某些特定知识时，可以根据之前浏览时所学到的内容，专门查找资料手册。 此时请仔细阅读相关部分。
12 原理图及PCB图
12.1 示意图
(1)原理图称为电路原理图设计图，是用符号绘制的电路连接的逻辑图。 我们平时所说的电路图实际上是原理图。 原理图并非实际物体。
（2）原理图由：线、方框、圆圈、数字、字母等组成，如果了解了这些符号对应的物理电路，就能看懂原理图。
(3)示意图中的每个符号都表示一个含义。 常见的包括：
直线：代表电线，用于连接元件形成电路。
方框：表示IC、插座等器件
常用符号：如电阻、电容、三极管等……
特殊符号：不常见设备
(4)原理图中的每个设备都有一个编号。 比如IC用Un（U1、U2等），电容用Cn（C1、C2）……这个数字在原理图中是唯一的。 该编号用于识别/记录该组件。
(5)原理图中的芯片类型器件也会有一个名称，该名称通常是器件的型号。
(6)原理图中大多数器件也有参数值，如电容的容量、电阻的阻值等。
（7）有些器件（IC、插座）有引脚，引脚号用数字表示。
(8)原理图中有一个网络的概念。 示意图上编号相同的两个节点实际上是逻辑上连接在一起的。 互联网的发明纯粹是为了方便绘图，让图画不会像蜘蛛网一样通过电线连接起来。 分析原理图的时候一定要注意网络，否则你可能只看到原理图的一半。
12.2 PCB图
（1）硬件工程师设计产品硬件的步骤是：先有原理图，然后利用原理图绘制PCB图。
(2)PCB图是原理图与实际器件结合生成的PCB板的结构图。 PCB图的作用是交给PCB板厂家打印电路板。
（3）对于软件工程师来说，根本不需要关注PCB图，我们只关注原理图。
12.3 物料清单表
(1)BOM即Bill of Materials，即物料清单。 物料清单是整个电路中使用的所有材料的列表。
（2）BOM表由研发部门（硬件工程师）提供，一般供生产部门备料、记录。
(3)BOM中每种物料的记录和对应关系取决于物料编号。
参考：
