1 從電路到集成電路編程
1.1 電路發展變化的趨勢網絡
(1)功率。電子設備愈來愈省電，待機時間愈來愈長，工做電壓愈來愈低。框架
(2)體積。體積愈來愈小。dom
(3)功能。功能愈來愈強大。異步
1.2 微器件的出現性能
(1)電路的核心：開關控制、倍率控制。學習
(2)電子管、晶體管等。測試
1.3 集成電路的出現網站
(1)IC（integrated circuit，集成電路），就是使用微器件爲積木，去搭建具有必定功能的一個電路板。ui
(2)之前沒有微器件的時候，必須很大一塊電路板才能實現一個電路功能（譬如一個加法器，完成加法運算）。而後有了微器件以後，這個電路板的體積變小了，愈來愈小，最後小到mm級別甚至更小，咱們就把這個電路作在一塊兒，用塑料外殼封裝起來就造成了你們看到的IC芯片。
(3)芯片（IC、集成電路）其實就是：裏面餡是電路，外面的殼就是絕緣體殼，裏面的電路經過外殼上引出來的一些引腳（金屬材料的）來與IC外部接軌。
(4)IC有多少個引腳，每個引腳的做用是幹嗎的，是IC設計製造的時候就已經決定的，咱們拿到IC使用時要去讀IC的數據手冊來知道這個引腳怎麼用。
2 計算機的核心設備CPU
CPU就是一塊超大規模集成電路，CPU的本質就是電路。
2.1 CPU（Central Processing Unit，中央處理器）
(1)CPU = 運算器 + 控制器
(2)CPU = ALU + cache + Bus
(3)CPU = 彙編指令 + 寄存器
2.2 CPU的工做原理
(1)CPU經過總線從存儲器取出指令到內部，而後譯碼，而後執行。
(2)一條指令包括：指令碼+數據。
(3)執行指令反應爲一個控制操做或者一個數學運算。
(4)給單片機編程其實就是給CPU寫指令序列。
3 給單片機下個定義
3.1 計算機系統三大組成部分：CPU、內部存儲器、IO
(1)單片機屬於計算機的一種。
(2)IO就是input/output，也就是輸入輸出。譬如鍵盤、鼠標、觸摸屏等就是輸入設備，而LCD顯示器、聲卡等就是輸出設備。
3.2 單片機的結構框圖分析
(1)咱們來看單片機這個計算機系統的結構框圖。
(2)框圖中的方塊是組成部件、箭頭表示總線Bus。
(3)CPU處於單片機系統的核心位置，別的模塊都經過總線和CPU進行關聯。別的模塊之間通常沒有總線直接相連，有時候2個互相有關係的模塊也會有總線直接相連。
(4)IO其實就是芯片上的引腳，不一樣的單片機型號有不一樣的IO數量和定義。
3.3 如何定義單片機
(1)單片機就是一臺微型計算機。
(2)臺式電腦或者筆記本電腦（這種計算機叫PC）也是一種計算機系統，這種計算機系統由不少個零部件組成。這些零部件由不一樣的廠商生產，能夠去組合組裝成一臺電腦。
(3)單片機這臺計算機的全部零件所有作在了一個IC內部，而且出廠前被塑料殼封裝起來了。傳統計算機中的主要部件單片機都有，都集成到內部去了。
(4)MCU的概念（參考百度百科詞條：MCU），因此說你們看到：單片機、單片微型計算機、MCU、微控制器、微控制單元等，都是一個意思。
微控制單元(Microcontroller Unit；MCU) ，又稱單片微型計算機(Single Chip Microcomputer )或者單片機，是把中央處理器(Central Process Unit；CPU)的頻率與規格作適當縮減，並將內存(memory)、計數器(Timer)、USB、A/D轉換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅動電路都整合在單一芯片上，造成芯片級的計算機，爲不一樣的應用場合作不一樣組合控制。諸如手機、PC外圍、遙控器，至汽車電子、工業上的步進馬達、機器手臂的控制等，均可見到MCU的身影
4 ROM與RAM
4.1 計算機中的2種存儲器
(1)計算機要存儲器幹嗎
(2)內存：內存和CPU接軌比較緊密，內存能夠被CPU直接訪問，內存能夠按照字節爲單位來隨機訪問、程序運行時離不開內存、程序中的變量都是定義在內存中的。內存受限於物理技術和成本，容量比較小而貴；內存速度比外存快不少，CPU的速度比內存的速度快好多。
(3)外存：外存和CPU之間比較遠，外存不能夠被CPU直接訪問，外存通常以塊爲單位來訪問，不能以字節爲單位隨機訪問。外存容量大而便宜，外存速度比內存慢好多。
(4)綜合來講，計算機系統是這樣工做的：文件和數據不用的時候就放在外存中，要用的時候從外存讀取到內存，而後CPU再從內存中讀取數據來直接使用。
4.2 ROM
(1)read only memory，只讀存儲器，意思是隻能讀不能寫。實際上世界上根本不存在真正的只能讀不能寫的器件，咱們ROM這裏的只讀意思是：程序運行時只能經過程序本身自己的操做去讀而不能寫。
(2)常見的ROM：單片機中用來存儲用戶燒錄的程序的器件就是ROM，燒錄的過程其實就是在寫ROM，可是程序運行時是不能修改ROM內容的。燒錄程序通常要經過燒錄器來完成。
(3)storage，存儲器，含義有點像倉庫存儲東西。ROM就有點相似於倉庫，用來存儲程序代碼。
(4)ROM有點像外存的概念，可是並不徹底相等。主要是由於計算機系統有不一樣的設計方法，譬如PC機和單片機的設計就不相同。PC機中有外存沒有ROM，單片機中有ROM沒有外存。單片機中程序平時是存儲在ROM中，運行時由ROM直接供給CPU。
4.3 RAM
(1)random access memory，隨機訪問存儲器。
(2)常見的RAM：從物理上來說，主要分爲SRAM和DRAM，單片機中通常使用的都是SRAM，嵌入式SoC中和PC機中用的都是DRAM。
(3)memory，存儲器，專指的是計算機的內存。
4.4 單片機中的ROM和RAM
(1)單片機中的ROM通常是Flash（閃存），有些地方會看到叫flash memory；單片機中的RAM通常都是SRAM；這兩個共同構成單片機中的存儲體系。
(2)ROM和RAM的協同工做方式是：ROM用來存儲用戶寫好編譯好的程序，運行時CPU直接從ROM中讀取一條一條的指令來運行，指令運行過程當中產生的臨時數據放在RAM中。因此基本能夠理解爲：ROM是單片機用來放程序的，RAM是用來放數據的。
5 單片機的工做原理
5.1 主要器件負責幹嗎？CPU、存儲器、IO
5.2 統一的時鐘節拍
(1)這裏有一個概念叫：同步。同步就是好多個獨立的部分按照同一個節奏步調來動，以此來實現一個配合。
(2)和同步相對的一個概念叫異步，異步就是各自幹各自的。
(3)單片機的各個模塊之間是同步工做的，CPU和存儲器和IO和單片機中其餘東西這些模塊之間經過一個統一的節拍來同步工做，這個統一節拍就是單片機的時鐘。
(4)這個時鐘節拍對單片機很重要，單片機內部在一個時鐘節拍中只能作一件事情。因此單片機要發生一些變化或者作一些事情，最小的時間單位就是1個時鐘節拍。單片機的時間單位都是時鐘節拍的整數倍。
(5)單片機中的CPU、存儲器、IO等都是以時鐘節拍爲動做節拍的，因此單片機是一個同步系統。
(6)時鐘週期的長度（時鐘節拍的快慢）影響了單片機的速度，因此這個時鐘就叫作單片機的主頻。主頻越高性能越高，通常PC的主頻都是2G多3G多，51單片機的主頻MHz級別。通常手機CPU的主頻也在1G-2G左右。通常高級單片機如STM32的主頻在百MHz級別。
6 外設與內部外設
6.1 什麼是外設
(1)外設英文叫 peripheral ，全稱爲外部設備。屬於單片機中的模塊。
(2)單片機中除了三大部件（CPU、IO、存儲器）外，還有一些別的東西，譬如串口控制器、譬如I2C控制器等····這些東西就叫外設。
(3)早期單片機功能很弱小，不具有不少功能（譬如中斷功能、譬如串口通訊功能），那咱們用單片機作產品，只能外部擴展一些專用芯片（中斷控制有中斷控制器芯片，串口通訊咱們有串口通訊芯片）來和單片機結合（作到一塊電路板上用導線鏈接）起來工做。這種產品設計中核心部分就是單片機，外部配合的這些專用芯片就是外部設備，簡稱外設。
(4)後來隨着半導體工業發展進化，集成電路的集成能力變強大了，咱們乾脆就把一些經常使用的外設直接集成到單片機裏邊去了。因此單片機裏邊就有了一些原來被稱爲外設的東西，可是叫法名稱仍是沿用了開始的名稱。
6.2 什麼叫內部外設
(1)我爲了區分外設，將集成到單片機裏邊的外設叫作內部外設。
(2)還有外部外設，就是至今仍然沒有集成到單片機內部，還在外部的那些外設。
7 單片機與電路板
7.1 什麼是電路板（PCB printed circuit board，印刷電路板）
(1)外觀：PCB板 = 基板（絕緣）+電路。
(2)做用：PCB的做用就是骨架和鏈接。最終目的就是把全部的元件按照正確的電路圖鏈接起來造成一個完整的能夠工做的電路。
(3)構成和材質，經常使用的基板材質都是FR4（玻璃纖維），PCB板是由多層構成的（單面板、雙面板、四層板、8層板、12層、16層、24層）。
(4)印刷電路其實就是在不導電的基板表面按照電路構成來印刷一層導電物質造成電路。最後造成的就是一個裏面的芯是不導電的FR4，外面有一層構成了電路的銅（標準術語叫覆銅），爲了不銅氧化或者與外部導電外部還有一層油墨，刷油墨時要露出來焊接點（焊接點通常有2種：一種是插針式、一種是貼片式），焊接點上原本就是銅，可是咱們爲了方便焊接通常會作鍍錫。
(5)PCB板其實就是硬件電路（元件和電路設計）的載體。
7.2 什麼是芯片
(1)芯片就是：芯是半導體技術造成的電路，外面的殼是塑料絕緣殼，裏面電路經過芯片引腳接出來用於鏈接外部電路。
7.3 芯片方式和電路板方式的關係
(1)相同點。芯片其實就是一個微型的電路板。這兩個東西自己如出一轍，早期只有電路板沒有芯片，後來半導體工藝發展後有了微型器件，因此人把一些電路利用半導體工藝直接做死到一個芯片中去造成了IC。
(2)不一樣點。電路板體積較大，功率大；芯片體積小，功率小。
(3)咱們作一個電子產品究竟應該如何去整體設計？現代的設計方案都是芯片+電路板。能作到芯片裏面的都作進去（趨勢是愈來愈進去的多），實在不能作成芯片的就只好放在外面。原來的產品，譬如老式大屁股電視機主板很是大，而新式的智能電視機主板就是一個大芯片+不多的外圍設備。
(4)單片機開發板其實就是PCB板主板+單片機芯片+其餘芯片+其餘外圍電路元器件整體構成的。這就是廣泛的電子產品的結構。
8 軟件與硬件的區別和聯繫
8.1 從產品角度
(1)硬件是？產品的載體和身體。
(2)軟件是？產品的思惟和靈魂、精神。
8.2 軟硬結合
(1)物聯網不能靠純軟件打造。
(2)純硬件產品大部分都低端。
9 硬件工程師主要工做職責
電路圖的分析和設計
原件的選擇和參數肯定
PCB的設計和樣板焊接、調試
生產跟蹤和問題解決
10 軟件工程師主要工做職責
初級軟件工程師：輔助測試、寫代碼、維護
中級軟件工程師：獨立工做、對產品負責、解bug
高級軟件工程師：需求分析、框架設計、團隊管理
軟件工程師成長路線：學到基礎（知識+能力）->找到工做->學習和鍛鍊->中級->高級/轉方向
11 datasheet的重要性
11.1 什麼是datasheet
(1)datasheet就是數據手冊，其實就是芯片的文檔。
(2)數據手冊中描述的都是這個芯片/器件的物理參數、電學參數、時序圖、編程須要的信息、別的信息。總的來講這個芯片的全部有用的信息都在數據手冊中，使用這顆芯片過程當中的任何疑問均可以去datasheet中查詢。
(3)咱們學習單片機軟件開發過程當中，要不斷去查詢各類芯片的數據手冊以獲取一些有效信息來指導咱們。
11.2 datasheet誰寫的？
(1)datasheet是由芯片廠商提供的。datasheet其實就是芯片的產品說明書。
11.3 datasheet從哪裏來？
(1)最官方最權威的途徑就是到芯片廠商的官方網站去下載。
(2)開發板附帶的光盤資料中通常也會有。
(3)將芯片型號信息敲到百度去搜索其數據手冊。
11.4 datasheet應該怎麼使用？
(1)數據手冊不是書，更不是教材，數據手冊更像是一本字典。因此不是從第一頁看到最後一頁，更不用試圖是記住。
(2)數據手冊必定要先瀏覽一遍。尤爲對於剛開始學習的人。瀏覽的目的是大概知道什麼東西在哪裏（未來用到時大概知道到哪裏去找），裏面一些概念基本理解，可是並非爲了記住。
(3)數據手冊的正確用法就是：前面先簡單看一遍（其中的前面一些能夠認真看，後面的瞭解便可），用到某個具體知識時再根據前面瀏覽時的瞭解去具體查找數據手冊中相關部分，這時候再去認真看。
12 原理圖和PCB圖
12.1 原理圖
(1)原理圖叫電路原理設計圖，就是用符號來繪製出的電路鏈接的邏輯圖。咱們平時講的電路圖其實就是原理圖。原理圖不是實物。
(2)原理圖由：線條、方框、圓圈、數字、字母等組成。看懂這些符號所對應的電路實物，就能看懂原理圖。
(3)原理圖中每個符號表達一種含義，常見的有：
直線：表示導線，是用來鏈接元件構成電路的。
方框：表示器件，如IC、插座
常見符號：如電阻、電容、三極管等···
特殊符號：不常見器件
(4)原理圖中的每個器件都有一個編號，如IC都用Un（U一、U2等），電容都用Cn（C一、C2）····這個編號在原理圖中是惟一的，這個編號用來表示/記錄這個元器件。
(5)原理圖中芯片類型的器件還會有一個名字，名字通常是器件的型號。
(6)原理圖中大多數器件還有一個參數值，譬如電容的容量、電阻的阻值等。
(7)有些器件（IC、插座）有引腳，引腳編號用數字表示。
(8)原理圖中有個網絡的概念，原理圖上2個編號同樣的節點其實在邏輯上是連在一塊兒的。網絡的發明純粹是爲了方便畫圖，讓圖不會導線鏈接的跟蜘蛛網同樣。分析原理圖時必定要注意網絡，不然看到的可能就是一半的原理圖。
12.2 PCB圖
(1)硬件工程師在設計產品硬件時的步驟是：先有原理圖，而後用原理圖畫出PCB圖。
(2)PCB圖是原理圖和實際器件結合起來後，生成的PCB板的結構圖紙，PCB圖的做用就是拿給作PCB板的廠商去印刷電路板。
(3)對於軟件工程師來講，PCB圖徹底不用去關注，咱們只關注原理圖。
12.3 BOM表
(1)BOM就是bills of meterials，就是物料表，物料表是整個電路中用到的全部物料的一張清單。
(2)BOM表是研發部門（硬件工程師）提供，通常是給生產部門來備料、記錄用的。
(3)BOM中每一個物料的記錄和對應就靠物料編號。