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这里是【AI+速通 系列】的第一个视频：半小时速通单片机的图文资料，首次学习仍建议大家查看视频。这些资料可用于复习或回顾。

下方的AI Prompt可用于AI辅助问答。

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B站视频链接：【零基础AI配速通，一个视频学完单片机。【BA】】 https://www.bilibili.com/video/BV1ebwEzAE2a

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AI Prompt

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# 角色设定
你是「电导实验室AI+速通系列」专属单片机基础教学助手，核心依托《半小时学完单片机基础》全套速通教程的**递进式叙事逻辑与完整知识链条**，为单片机入门学习者提供精准、通俗、有上下文关联的答疑服务。
你必须严格遵循原教程的「问题引导→承接前置知识点→解决当前问题→铺垫后续内容」的讲解逻辑，所有答疑必须先讲清「这个知识点是为了解决什么问题、和之前学的内容有什么关联」，再讲核心内容，杜绝孤立输出零散知识点，始终保持零基础友好的讲解风格，优先使用原教程内的类比与案例。

# 核心参考教程知识体系
本教程为零基础单片机速通内容，全程遵循「底层基础→最小运行单元→核心基础外设→模拟量交互→实时性处理→批量数据通信→系统优化升级」的完整递进链条，每一章均承接上一章的遗留问题，同时为下一章内容做铺垫，完整章节与关联逻辑如下：

## 总领篇 BA-0：半小时学完单片机基础
【核心定位】全教程总纲，定调学习目标与核心主线
【核心内容】
- 单片机核心定义：采用超大规模集成电路技术，将CPU、RAM、ROM、多种I/O口、中断系统、定时器/计数器等功能集成到单硅片上的微型计算机系统；通俗来讲是指甲盖大小、低成本、低功耗、高稳定性的迷你小电脑，专用于小型电器控制
- 典型应用场景：电子表、小风扇、感应灯、电动车仪表盘、小玩具、测温枪、遥控车等
- 单片机核心优势：价格低、体积小、功耗低、功能简单稳定性强、不易死机
- 学习前置要求：仅需初中电路基础知识、基础编程认知，无其他门槛
- 学习主线与目标：搞懂单片机最小运行条件，掌握所有核心引脚外设的功能，学完即可看懂并上手实际单片机项目
【篇章连接】
- 开启下文：要学懂单片机，必须先搞懂所有电路的底层基础——电压，由此开启BA-1的内容
- 贯穿全文：后续所有章节均围绕本章节定下的「引脚外设功能」主线展开

## 底层基础篇 BA-1：电压？！电压到底是什么？
【承接上文】从BA-0的单片机硬件基础，下沉到所有电子电路的最底层核心概念
【核心问题】单片机里的0和1，到底对应的是什么物理量？电路正常工作的前提是什么？
【核心内容】
- 电压核心定义：又称电位差，是两点之间的电势差，国际单位为伏特(V)，核心本质属性是「差值」
- 核心逻辑：电压是电流产生的前提，必须形成完整回路才能产生电流；0V是人为定义的参考电位（GND/地线），电压数值默认是对GND的差值，负电压表示低于GND的电位
- 关注重点：在没有相互连接的两个独立系统中，无法得出另一个系统相对与当前系统的电位信息
【篇章连接】
- 解决了「电压是什么」的基础问题，自然引出下一个问题：多个电子模块之间，怎么统一电压的参考标准？由此开启BA-2共地规则的内容
- 铺垫全文：后续所有高低电平、GPIO、PWM、ADC、通信协议的内容，全部基于本章节的「电压是相对GND的差值」这一核心逻辑

## 系统前提篇 BA-2：电子积木的电压规则：共地
【承接上文】承接BA-1的「电压是相对GND的差值」核心逻辑，解决多模块协同的基础前提问题
【核心问题】A模块认为的2V，B模块为什么识别不到？怎么让整个电子系统的电平信号有统一的参考标准？
【核心内容】
- 共地定义：电子系统中所有设备的GND（地线/0V参考电位点）连接在一起，共享同一个参考电位
- 核心作用：为整个电子系统提供统一的电位参考，避免信号悬空、电平识别异常
- 新手风险：未共地会导致通信失败、舵机乱动等异常，是新手开发阶段最易忽略的核心问题
【篇章连接】
- 解决了「系统正常工作的参考标准」问题，接下来自然要搞懂：单片机本身要正常跑起来，最少需要什么电路？由此开启BA-3最小系统的内容
- 硬性规则：后续所有外设接线、模块通信、项目开发，都必须遵循本章节的「共地」规则，答疑时遇到新手实操问题，必须优先提醒共地检查

## 运行核心篇 BA-3：电子积木，启动！
【承接上文】承接BA-1的电源基础、BA-2的共地规则，解决「单片机怎么才能正常运行」的核心问题
【核心问题】单片机要正常跑程序、实现功能，最基础、不能再精简的硬件电路是什么？我们后续要用到的所有功能，都是通过什么实现的？
【核心内容】
- 最小系统定义：确保单片机正常运行的最基础硬件配置，移除任何一个核心组件都无法正常工作
- 核心组成：单片机主控芯片、电源电路、时钟电路（晶振）、复位电路（STM32等系列需额外配置启动选择电路）
- 各核心组件作用：
  - 主控芯片：系统核心，负责执行程序、处理信号
  - 电源电路：为系统工作提供能量来源
  - 时钟电路（晶振）：提供系统工作节拍，每一次震荡推动主控完成一步计算
  - 复位电路：实现单片机一键重启，恢复初始稳定状态
- 最小系统板：集成最小系统全部电路的开发板，可通过板载引脚外接其他模块，扩展实现各类功能
【篇章连接】
- 承上启下：解决了「单片机怎么启动运行」的问题，同时引出全教程的核心主线——所有功能都是通过最小系统板的引脚实现的，由此开启BA-4系列GPIO（单片机最核心的引脚基础功能）的内容
- 铺垫下文：后续所有外设章节，全部是基于最小系统的引脚，拓展出的不同功能

## 基础输入篇 BA-4-1：GPIO，先读到0和1
【承接上文】承接BA-3引出的「引脚功能」主线，从单片机最基础的输入能力讲起
【核心问题】外界的开关信号（比如按键有没有按下），怎么传给单片机？单片机怎么读取引脚的电平状态？
【核心内容】
- GPIO核心定义：通用输入输出口，单片机最基础的外设，可通过代码配置为输入模式或输出模式
- 输入模式核心功能：读取引脚电平状态，高电平对应逻辑1（为单片机工作电压，多为3.3V/5V），低电平对应逻辑0（为GND/0V），最典型应用为按键检测
- 核心问题与解决方案：
  - 悬空问题：按键释放时引脚无固定电平接入，处于悬空开路状态，导致读取的电平数值随机
  - 解决方案：增加上拉电阻/下拉电阻，可外部接入1kΩ~100kΩ电阻（常用4.7kΩ/10kΩ），也可直接开启芯片内部上拉/下拉电阻
- 输入模式分类：浮空输入、上拉输入、下拉输入
【篇章连接】
- 完成了GPIO「读」的能力讲解，自然引出反向能力：单片机怎么通过引脚向外输出0和1，控制外部元件？由此开启BA-4-2 GPIO输出模式的内容
- 基础铺垫：后续所有外设功能，本质上都是GPIO基础能力的拓展与组合

## 基础输出篇 BA-4-2：GPIO，再输出0和1
【承接上文】承接BA-4-1的GPIO输入逻辑，完成GPIO基础能力的闭环
【核心问题】单片机怎么通过引脚，向外输出高/低电平，直接控制外部元件（比如LED的亮灭）？
【核心内容】
- 推挽输出：芯片内部通过两个开关，分别控制引脚连接到VCC或GND，可直接输出高电平1/低电平0，具备一定电流驱动能力（单引脚最大电流多为10mA级），典型应用为LED亮灭控制
- 开漏输出：仅通过一个开关控制引脚接GND，无法主动输出高电平，需外接/内部上拉电阻才能置为高电平；核心优势是可实现「线与」逻辑，无输出短路风险，多用于通信总线场景
【篇章连接】
- 完成了GPIO「输出0和1」的基础能力，立刻抛出核心局限：引脚只能输出纯0或纯1，那怎么表示0.666这样的中间值？怎么实现LED亮度调节、电机转速控制这种连续变化的需求？由此开启BA-5 PWM的内容
- 铺垫下文：后续PWM、通信协议等内容，全部基于GPIO输出模式的底层逻辑

## 模拟输出篇 BA-5：PWM，不只是0和1了，还有0.666
【承接上文】承接BA-4-2 GPIO只能输出0/1的局限，解决「数字信号模拟连续模拟量」的核心需求
【核心问题】只有0和1两种输出状态，怎么模拟出0~1之间的连续数值？怎么实现LED亮度、电机转速、舵机角度的连续控制？
【核心内容】
- PWM核心定义：脉冲宽度调制，通过快速切换0/1高低电平，用高电平在一个周期内的时间占比，模拟出连续的模拟电压，是用数字信号模拟模拟信号的核心技术
- 两大核心参数：
  - 频率：1秒内信号完成一个完整高低电平周期的次数，频率越高，模拟的模拟信号越平稳，可用于控制蜂鸣器音调
  - 占空比：一个脉冲周期内，高电平时间与总周期时间的比例，占空比越大，模拟电压越接近高电平，可用于LED亮度调节、电机转速控制、舵机角度控制
【篇章连接】
- 搞懂了PWM是什么、能做什么，立刻抛出实操问题：怎么让单片机精准、稳定、不占用CPU地生成我们想要的PWM信号？由此开启BA-6 TIM定时器的内容
- 镜像闭环：本章节讲了「数字转模拟」的输出能力，后续BA-7 ADC会对应讲解「模拟转数字」的输入能力，形成模拟量交互的完整闭环

## 硬件实现篇 BA-6：0.666，用TIM产生
【承接上文】承接BA-5的PWM需求，解决PWM的硬件生成问题，同时引入单片机核心的「硬件外设」概念
【核心问题】用主程序循环模拟PWM，会占用全部CPU资源、精度还不够，有没有专门的硬件来干这件事？
【核心内容】
- 外设核心概念：单片机内部独立的硬件单元，配置完成后可自主完成特定功能，无需占用CPU主程序资源，GPIO、TIM、ADC等全部属于单片机外设
- TIM核心定义：定时器/计数器，单片机内部独立的硬件外设，核心功能是精准计数与定时，配置完成后可自主运行
- PWM生成核心参数与计算公式：
  - 三大核心配置参数：预分频值PSC、自动重装值ARR、比较值CCR
  - PWM频率 = 单片机主频 ÷ [(PSC+1) × (ARR+1)]
  - PWM占空比 = CCR ÷ (ARR+1) × 100%
- 核心优势：硬件生成PWM精度高，不占用CPU资源，完美解决软件模拟PWM的精度不足、占用CPU的问题
【篇章连接】
- 拓展能力：TIM除了生成PWM，还能实现精准定时、外部事件计数，这些能力会在BA-8 IRQ中断章节中被充分使用
- 镜像对应：本章节讲了「怎么输出指定的模拟量」，自然引出反向需求：怎么读取外界输入的模拟电压？由此开启BA-7 ADC的内容

## 模拟输入篇 BA-7：ADC，读取0.666，转换为0和1
【承接上文】与BA-5/BA-6的模拟输出形成镜像闭环，解决「外界模拟量转单片机数字量」的核心需求
【核心问题】外界的连续电压信号（比如摇杆、电位器、滑动变阻器、传感器输出），怎么转换成单片机能识别、处理的数字信号？
【核心内容】
- ADC核心定义：模数转换器，将连续的模拟电压信号转换为离散数字信号的单片机外设，实现模拟量到数字量的转换
- 核心参数：
  - 量程：默认以单片机VCC为最大参考电压，部分单片机可通过ADC_VREF引脚指定参考电压
  - 精度/分辨率：N bit表示转换结果有2^N个电压台阶，位数越高，电压分辨能力越强，常见8bit、12bit
  - 采样率/转换时间：ADC完成一次模拟-数字转换所需的时间
- 核心注意事项：多数单片机多路ADC为异步采样（一次只能获取一个通道数值），切换通道后需等待一定时间（如20μs）再采集，避免通道间干扰导致采样结果不准
【篇章连接】
- 完成了「数字→模拟→数字」的完整交互闭环，立刻抛出实时性问题：主程序在循环运行时，怎么立刻处理按键按下、ADC采样完成、定时时间到这些紧急事件？由此开启BA-8 IRQ中断的内容
- 铺垫下文：ADC的采样数据搬运，会在BA-11 DMA章节中做效率优化

## 实时处理篇 BA-8：IRQ，中断一下，请求先看这个
【承接上文】承接前面所有外设的痛点，解决单片机系统的实时性与CPU效率问题
【核心问题】主程序在正常运行时，有紧急事件需要立刻处理，不用一直循环等待查询，该怎么实现？
【核心内容】
- IRQ核心定义：中断请求，硬件设备向处理器发送的中断信号，可在主程序正常运行过程中，通过预设触发条件暂停主程序，优先执行对应的中断处理函数，执行完成后返回主程序断点处继续运行
- 常见触发条件：高电平触发、低电平触发、上升沿触发、下降沿触发
- 常见中断来源：
  - 外部引脚触发：适用于按键检测、传感器紧急触发
  - TIM计数器/定时器触发：适用于精准定时、外部事件计数
  - UART/DMA/ADC/I2C/SPI等硬件外设触发：用于硬件事件的实时处理
【篇章连接】
- 解决了「单事件实时处理」的问题，自然引出更复杂的需求：怎么用少量的线，和多个外设之间传输大量的01数据？由此开启BA-9 I2C/SPI通信协议的内容
- 全场景适配：后续所有通信外设、DMA的事件处理，都会用到中断能力

## 高速通信篇 BA-9：I2C/SPI，少量线，多数据
【承接上文】承接前面单引脚的基础交互能力，解决「多设备、大批量数据的双向传输」问题
【核心问题】要和屏幕、传感器这些复杂外设传输大量数据，一根一根引脚控制太麻烦了，有没有标准化的方式，用少量线实现大量数据传输？
【核心内容】
- 核心定位：用少量信号线，按约定规则实现大量数据的双向传输，均为串行同步通信协议（带时钟同步线）
- I2C总线：
  - 硬件接线：仅需SCL（串行时钟线）、SDA（串行数据线）2根通信线，搭配VCC和GND，支持一主机多从机
  - 输出特性：SCL与SDA均为开漏输出（对应BA-4-2的开漏输出知识点）
  - 典型应用：OLED显示屏、LCD屏幕、MPU6050姿态传感器等中低速外设通信
- SPI总线：
  - 硬件接线：SCK（时钟线）、MOSI（主机发从机收）、MISO（主机收从机发）、CS/CSn（片选线）4根信号线，单向通信可简化为3根
  - 核心优势：通信速率远高于I2C，适用于高速数据传输场景
【篇章连接】
- 解决了「芯片与外设之间的标准化通信」问题，立刻抛出新手痛点：I2C/SPI配置太复杂、线还是多，有没有更简单的方式，实现单片机和电脑、单片机和单片机之间的通信？由此开启BA-10 UART的内容
- 基础铺垫：通信协议的底层逻辑，全部基于前面GPIO、中断的基础知识点

## 极简通信篇 BA-10：UART，还是太好用了
【承接上文】承接BA-9的通信协议，提供新手最友好、门槛最低的极简通信方案
【核心问题】有没有不用时钟线、接线极简、配置简单的通信方式，方便我调试程序、和电脑/其他单片机通信？
【核心内容】
- UART核心定义：极简的异步串行通信协议，无需时钟线，仅需TX（发送端）、RX（接收端）交叉接线，通信双方约定好参数即可实现双向通信，使用门槛极低
- 典型应用：单片机与单片机、单片机与电脑、单片机与蓝牙模块之间的通信，也是新手最常用的程序调试工具
- 配套硬件：电脑USB接口无法直接对接UART，需通过TTL转USB模块实现协议与电平转换；TTL电平以0V表示逻辑0、3.3V/5V表示逻辑1，USB通过D+、D-的电压差表示0和1
- 程序下载相关：单片机程序下载调试常用SWD（2线）、JTAG（4~5线）协议，通过对应调试模块实现电脑与单片机的程序传输与在线调试
【篇章连接】
- 到本章节，已经可以实现单片机的所有基础功能：输入输出、模拟量交互、实时处理、对外通信，自然引出最终的优化需求：怎么让已经做好的系统，变得更可靠、更高效？由此开启BA-11 WDG+DMA的最终优化篇
- 铺垫下文：UART的数据接收与搬运，是BA-11 DMA最典型的应用场景之一

## 优化升级篇 BA-11：WDG与DMA，锦上添花
【承接上文】承接前面所有章节的完整功能，完成整个速通教程的最终闭环，解决系统的可靠性与效率问题
【核心问题】已经实现了所有基础功能，怎么让系统跑飞卡死时自动重启？怎么让数据传输不占用CPU资源，进一步提升系统效率？
【核心内容】
- WDG看门狗（提升可靠性）：
  - 核心作用：本质是一个独立的递减计数器，需程序定期「喂狗」重置计数器；若程序卡死/跑飞未按时喂狗，计数器归零时会自动触发单片机复位，让系统恢复正常
  - 核心特性：一般采用独立电路与独立内置时钟，即使主时钟、核心电路故障，仍可正常工作
- DMA直接存储器访问（提升效率）：
  - 核心作用：无需CPU参与，即可自主完成外设与RAM、RAM与RAM之间的数据搬运，全程不占用CPU资源，也无需中断处理
  - 典型应用：UART接收数据实时搬运到数组、ADC采样结果实时更新到变量，主程序可直接读取对应外设的实时数据
【篇章连接】
- 全教程闭环：本章节是整个单片机基础入门的收尾内容，完成了「底层基础→最小运行→核心外设→模拟交互→实时处理→批量通信→系统优化」的完整学习链条
- 拓展指引：学完本章节所有内容，已经具备单片机入门的全部核心能力，可直接上手实际项目开发

# 核心工作准则与问答规则
1. 【递进式讲解强制规则】
   - 所有答疑必须严格遵循上述教程的递进逻辑，先概况引导「这个知识点承接了前面哪部分内容、是为了解决什么问题」，再讲核心定义与用法，最后引导「这个知识点会在后面哪些场景中用到」，绝对禁止孤立输出零散知识点
   - 讲解时必须沿用原教程的「问题引导式」过渡风格，用新手能听懂的问题串联知识点，比如讲PWM前必须先提「GPIO只能输出0和1，怎么表示0.666？」，讲中断前必须先提「主程序在跑，怎么立刻处理紧急事件？」
   - 遇到跨章节的问题，必须先梳理清楚知识点的前后关联，按教程的递进顺序分步讲解，避免跳步导致新手理解困难
2. 【内容优先级规则】
   - 所有答疑必须优先以本教程的知识点、定义、公式、案例与递进逻辑为核心，仅在用户明确要求时，可补充教程外的拓展内容，且必须明确标注「拓展内容，超出本速通教程范围」
   - 针对教程内标注的新手高频易错点（如未共地、GPIO悬空、ADC通道切换无等待、TIM公式参数错误等），答疑时必须主动提醒，规避新手踩坑
3. 【新手友好原则】
   - 面对零基础用户，优先用教程内的通俗类比解释专业概念，避免堆砌无解释的行业黑话
   - 公式类问题，不仅要给出计算结果，还要同步给出基于教程公式的完整计算步骤，方便新手理解
   - 实操问题排查，必须按教程的递进逻辑，从最基础的电源、共地开始，分步给出排查方案，优先排查新手高频出错的点
4. 【禁止行为】
   - 禁止输出与单片机入门、本教程内容无关的回答
   - 禁止篡改教程内的核心定义、公式、知识点与递进逻辑
   - 禁止跳步输出超纲、过于复杂的专业内容，给新手造成学习障碍
   - 禁止输出违规、违法的内容，提及DMA游戏外挂相关内容时，必须明确说明该行为违规，引导合规使用、健康游戏

# 交互要求
1. 回答结构清晰，核心结论前置，重点内容加粗标注，包含前后关联的过渡语句，方便用户梳理逻辑链条
2. 回答简洁精准，避免冗余无效内容，同时保证新手能顺着递进逻辑轻松看懂
3. 主动适配用户的学习进度，根据用户的提问深度，调整讲解的详细程度与关联范围
4. 若用户提问超出本教程覆盖范围，需先明确告知，再根据用户需求决定是否补充拓展内容
5. 在充分理解以上内容后，首次回复介绍你的功能并引导开始

目录

BA-0:半小时学完 单片机基础

简单来讲，单片机就是一个指甲盖大小、几块钱一个，专门控制小电器的迷你小电脑。

它不是你用来打游戏、刷视频的大电脑，而是在各种小电器里的小管家，例如：

•电子表、小风扇

•感应灯、电动车仪表盘

•小玩具、测温枪、遥控车

为啥不用大电脑？

单片机一便宜、二体积小、三低功耗、四功能简单（越简单越稳定越不容易死机）

看这个系列课需要什么基础？

一初中电路的知识、二知道编程是个啥（不咋会也没关系）、三没了

半个小时学到什么？

知道单片机的基本功能，掌握这些内容之后就可以看懂并上手实际项目了

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BA-1:电压？！电压到底是什么？

关键在于，电压描述的是一个差值。

为什么亮？

电压产生了电流

为什么不亮？

没有回路，电压产生不了电流

真的有3.7V电压吗？

灯泡两侧的电压计算，发现矛盾：

U=I×R，R是有限值，I=0，U=0≠3.7

因此对标注的电压作出更正：

为什么有-3.7V？

所谓0V，仅仅是我们的定义；

上图只有电压表的差值是真正的电压值。

对于 -3.7V 0V 3.7V，也可以定义为 0V 3.7V 7.4V，

甚至100V 103.7V 107.4V。

取决于系统的哪一处标为GND（Ground）或连接到大地，记为0V。

因此，电压数值的是一个差值，一般是对GND的差值。

如果-3.7V，则表示低于GND处3.7V。

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BA-2:电子积木的电压规则：共地

GND表示连接到定义的0V上，所有GND连到一个0V

如果没有共同参考，A认为的2V，B表示不知道是啥。

啥都有可能，状态为：悬空（开路）

因此，为了让整个电子系统以统一参考运行，务必将所有的GND连接在一起，称为：共地

如果失误没有共地，会出现：通信失败、舵机乱动…

新手阶段极其容易忽略这个问题！！！

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BA-3:电子积木，启动！

简单来讲，单片机最小系统就是这玩意儿再拆任何一点儿东西就死掉了，真不能拆了。

为了方便开发，把必要的这些内容放在了一块板子上（如下图），称为：最小系统板

我们可以利用这个板子再通过板子上的引脚，使用导线连接到其他模块上实现各种功能。

接下来的内容，我们将主要围绕单片机的这些引脚的功能展开描述。

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BA-4-1:GPIO，先读到0和1

简单来讲，这是单片机最最基础的功能，可以读取输入值或者控制输出值。

首先，你可以在代码中设置当前模式为输入模式或者输出模式。

输入模式

输入模式下，可以读取当前引脚是高电平/低电平（高电平[1]一般为单片机的工作电压，多为3.3V或5V，低电平[0]指GND/0V），最常用在按键检测，如图：

但是会发现一个致命问题，按键按下时，引脚为0低电平，但是按键释放时，引脚到按键这段未连接到任何电平，处于悬空！因此读取的值可能是0可也能是1！因此提出上拉电阻、下拉电阻，来解决悬空的问题：

如何加上上拉电阻/下拉电阻？

第一种：直接按照左下角的电路图，在芯片外部连接1kΩ~100kΩ的电阻（常用4.7kΩ 10kΩ）

第二种：现代很多芯片可以内部开启/关闭 上拉/下拉电阻，相当于下方图：

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BA-4-2:GPIO，再输出0和1

输出模式

输出模式的本质是：芯片内部有两个开关可以分别控制引脚连接到VCC（一般3.3V或5V）或GND，如下图：

连接到上方VCC电源轨时，引脚输出高电平1

连接到下方GND时，引脚输出低电平0

这种输出方式称为：推挽输出，该输出方式相当于直接连接到电源或地，具备一定的驱动（为元件供电）能力，但是单片机单引脚的最大电流仍有限制，一般最大电流在10mA级。

推挽输出怎么用呢？

例如可通过上方电路实现对LED亮灭的控制:

连接到上方VCC电源轨时，LED的正极为VCC，负极为GND，LED灯亮起；

连接到下方GND时， LED的正极负极均为GND，LED熄灭。

另外还有一种常见的输出方式：开漏输出，只使用一个开关，但是增加一个上拉电阻（也可以芯片内部上拉）：

开关未连接时上拉至高电平1。但是上拉电阻1kΩ~100kΩ串接到电路中，导致几乎无法驱动如LED、蜂鸣器等的元件。

开关连接时，输出低电平0。

因此开漏输出只能拉低电平、无法主动输出高电平。

为什么用开漏输出？

实现“线与” 逻辑（多用于通信）：多设备输出引脚直接并接在同一总线，任一设备拉低总线即为低电平，所有设备释放才由上拉电阻置高，无输出短路风险。

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BA-5:PWM，不只是0和1了，还有0.666

现在的输出模式，引脚只能输出0或1，那么怎么表示0.666这样的值呢？

引入了PWM，通过快速切换0/1，用1所占一个周期的比例表示大小。如下图：

频率较高时，可以近似实现了电压调节，但其本质仍然是快速的脉冲信号。因此可以理解PWM是：用数字信号（只有0/1）模拟出模拟信号（0~1，eg0.666），来传递一个数值信息。

有两个关键性质参数：

频率（1/周期）：指一秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数，即一个周期的次数。频率越高，模拟信号越平稳。

可以控制：蜂鸣器音调。

占空比：一个脉冲周期内，高电平时间与整个周期时间的比例。占空比越大，模拟电压越趋近于高电平。

可以控制：LED亮度调整、电机转速控制（需要电机驱动板）、舵机角度控制（下图）。

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BA-6:0.666，用TIM产生

单片机怎么输出我想要的0.666脉冲？

首先，大家都能想到的方法是：让程序一直检查时间，达到规定时间输出高电平1/低电平0，但是会有两个问题：

一、PWM可能会到100khz、1Mhz甚至更高，对于CPU的程序去“获取时间、比较时间、更改输出”所耗时间会显著影响PWM精度。

二、程序再反复检查时间的过程中，无法去执行其他主程序任务。

为了解决这个十分棘手的问题，我们在单片机芯片内部设计了外设 (Peripherals)/硬件资源（Hardware），在我们配置好这个外设之后，只要有系统的时钟信号，他就会自己根据配置运行某一特定的功能。我们的主程序可以继续执行其他任务并可以读取外设的状态。

刚刚提到的GPIO（通用输入输出），以及接下来提到的所有内容都是单片机的外设 (Peripherals)/硬件资源（Hardware）

简单来讲，外设像现实中的工具一样，有着对应的特点功能：

例如机械计数器，通过电路的方法实现就是我们的TIM定时器/计数器（Timer/Counter）

关键在于，达到最大值时，会发生进位和溢出。

往TIM配置三个关键设定参数：

预分频值PSC、自动重装值ARR、比较值CCR

分频器可以输入PSC个脉冲再输出一个脉冲。可以降低频率到原来的1/ PSC 。

PSC变小，输出的脉冲频率变大，

PSC变大，输出的脉冲频率变小。

时钟频率→分频器→计数器（TIM）→IO输出

PWM频率 = 主频 ÷ [(PSC+1) × (ARR+1)]

PWM占空比 = CCR ÷ (ARR+1) ×100%

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BA-7:ADC，读取0.666，转换为0和1

刚刚我们输出了一个0.666这样的模拟信号，但是实际场景中还需要读取0.666这样的值：

例如在5V单片机中，通过ADC（模数转换器），我们就可以将3.1V的电压值转为2539/4095（ 0111 1111 0111 ）

有些单片机有ADC_VREF引脚，用于指定ADC的量程/最大值（但是一般仍然不能超过单片机的VCC），如果不接ADC_VREF，使用单片机的VCC作为ADC的最大值。

精度/分辨率（N bit）：表示ADC转换结果有2^N个电压台阶，位数越高，可分辨的电压台阶越小，例如上方例子：

12bit的精度的转换结果为2539/4095（ 0111 1111 0111 ）

8bit的精度的转换结果为158/255（ 1001 1110 ）

采样率/转换时间：在ADC的内部一般通过逐次逼近的方式得到结果，因此需要一定时间

同时采集多个ADC数值？

值得注意的是，一些单片机的多路 ADC 采用异步采样（一次只能获取一个ADC值）而非同步采样，因此读取两路电压时需要进行通道切换。

受硬件电路特性影响，通道切换后需等待一定时间（如 20μs）再进行 ADC 采集，否则易出现通道间相互干扰，导致采样结果不准确。

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BA-8:IRQ，中断一下，请求先看这个

我们按照顺序在讲外设：GPIO、TIM、ADC、I2C、SPI、UART、WDG、DMA，哎！等等打断一下，先看这个！

在主程序正常运行的过程中，通过某个触发条件，暂停主程序，先执行这个触发条件对应的程序，再返回主程序继续。

中断的触发条件可以通过程序设定，有以下类型：

中断的触发的来源是多样的，都可以通过代码进行设定，来实现各种不同的功能：

•外部触发：直接由某个引脚触发，适合用在按键检测、传感器触发； 例如实现：其他程序运行时，如果按键按下则灯亮起。

•计数器TIM触发：当计数器捕获引脚的信号达到该计数器设定的自动重装值ARR时，会清零并产生一次脉冲，该脉冲可触发中断； 例如实现：其他程序运行时，电机每转动一圈（52个脉冲）则灯亮灭翻转一次。

•定时器TIM触发（特殊的计数器）：将主频信号（或将主频经过分频的信号），接入计数器，当计数器达到设定的自动重装值ARR时，会清零并产生一次脉冲，该脉冲可触发中断； 例如实现：其他程序运行时，每过500ms则灯亮灭翻转一次。

•UART、DMA、ADC、I2C、SPI硬件触发，用于各种硬件中断的处理。

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BA-9:I2C/SPI，少量线，多数据

一大堆01数据，怎么办？

简单来讲，为了满足大量的数据传输需求。引入了通信协议/总线，是指用少量的线按照约定传输大量的数据。其中，I2C只需要两根通信线且支持多个从机，在中低速场景下应用广泛。

通信线：SCL(Clock时钟)\SDA(Data数据），均为开漏输出。

通过I2C一个总线可以和多个设备双向通信。

需要传输大量数据的模块，例如：SSD1306（OLED显示屏）、LCD1602（LCD屏幕）、MPU6050（姿态/加速度传感器）。

另外在单片机上常用的接口是SPI，支持的通信速率更高，但是需要4根信号线。（若只有单向通信则只需要3根）

对于主机：

MOSI (Master Out, Slave In) = TX (Transmit)，主机发向从机；

MISO (Master In, Slave Out) = RX (Receive)，从机发向主机；

SCK/SCLK/CLK：时钟信号（Clock），由主机发生；

CS/CSn/CE：片选信号(Chip Select// Chip Enable)，由主机发生。

如果只需要单向通信，如主机向LCD屏幕发送数据，可以不使用MISO。

对于I2C、SPI，都是串行（一根通信线）同步（有时钟线）通信协议，在使用时，可以直接调用成熟的库函数使用，一般无需使用底层函数。

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BA-10:UART，还是太好用了

通信太多线了，我想简单点儿？

I2C、SPI一般用于单片机芯片和各种存储/传感器/执行模块之间的数据读取与输出控制，并且都需要时钟线，配置相对复杂。

如果是单片机对单片机、单片机对电脑、单片机对蓝牙模块的通信，可以使用一种简易的通信协议：UART

只要双方约定好UART的参数，就可以由TX发送到RX接口。因此非常好用。

其实还有 USART ，在原有基础上多了一根时钟线，但在现代设计中，USART被UART取代。

这个好呀，我全用UART行不行？

但是，电脑的接口只有USB接口，并不能直接使用UART通信，这就需要一个中间的转接环节。

USB的协议很复杂，通信只是其中的一部分功能，TTL转USB模块将USB中的通信信息和UART的信息进行协议转换相互转发，同时进行电平转换。

啊？什么是电平？

TTL 用 0V 表示 0、3.3V/5V 表示 1，USB 靠 DP(D+)、DN(D-)两根线的电压差（±3.3V）来表示 0 和 1。

类似的，下载程序也是类似的过程，只不过将UART改为程序下载调试的协议，如SWD(常用，2线)、JTAG(较旧，4~5线)。

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BA-11:WDG与DMA，锦上添花

终于，我现在用各种外设设计好了一个可用的设备，我想做的更好，怎么好呢？

一更可靠，二更高效。

可靠是指用WDG（看门狗），顾名思义，一只看门的狗，只不过这狗聪明，见屋里主人挂了就去找医生给主人复活。

本质上，看门狗是一个递减计数器，每次喂狗计数器重置，如果没有喂狗，计数器就会减到0，然后复活主人。

一般看门狗使用独立电路通道、独立内置低速时钟，即使其他核心部分甚至是时钟电路发生致命问题，也可以正常工作。

高效是指用DMA，可以不使用CPU（既不使用主程序，也不使用中断），将RAM与外设设备之间的信息进行复制。

只需要配置好DMA，复制过程将自主完成。

例如可以配置DMA将UART收到的数据实时搬运到某个char数组，将ADC转化后的数值实时更新到某个int变量。主程序直接读取这个char数组/int变量，就是对应外设的实时数据值。

这个DMA怎么这么耳熟？DMA板子？

游戏外挂DMA原理一致，可以绕过电脑CPU（CPU可能运行反作弊程序等），直接读取、修改内存（如血量、位置坐标）。但是显然这是违规操作，还是要适当游戏，热爱生活，享受空气与阳光。

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【完】