提出问题：
什么是单片机？
类似于一台性能相对较弱的微型电脑，具有完整的计算机结构和片内外设（例如串口，I2C，ADC等硬件），将他们集成封装在一颗芯片上就成为单片机。根据单片机的性能，性能相对较弱的称为单片机（比如51单片机），性能相对强的叫嵌入式系统（比如32MCU），手机里的叫SOC（里面的集成度更高）。‘
单片机简单的工作流程就是通过其他设备（比如PC）将写好的代码烧录进去，芯片按照既定程序执行，所以称为“嵌入”式。我们学习单片机也是这么一个过程，将程序写好烧录进去然后调试执行。
什么是32单片机？
STM32，是一款单片机，ST 是意法半导体，M 是 Microelectronics 的缩写，32 表示 32 位，合起来就是 ST 公司开发的 32 位微控制器。32单片机是我们使用最多的单片机之一，因为他的生态完善，网上资源非常丰富，性能又很强（比如f1系列的主频72Mhz,51的只有12MHz），所以受到青睐。
什么是单片机最小系统板？
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，实际上单片机的最小系统可以做到非常简单，因为本生集成度就很高，接入电源和晶振就能使用，但为了确保使用的稳定性我们一般不会设计得过于简单，具体得详情接下来会讲。
为什么要学这个最小系统板的硬件？
弄清楚最小系统板的原理是开发前的通识课，因为学习单片机就是要根据硬件编写程序，比如你要知道哪个引脚接的是灯你才能配置这个程序，所以大概了解一些基本原理对我们有帮助。
32单片机生态与选型：
32单片机的生态
32单片机的官方给出的是cubeMX,cubeIDE（我们用的是keil51）,cubeMoiter等等（目前官方已不再维护标准库），适合直接开发的32单片机的软件，特点是上手快，图形化配置，自动生成代码，省去查找引脚资源查看数据手册的时间（特别是拿到一块新的型号的芯片时），cubeMX 使用的是hal库（每个单片机都有自己的库文件，用来存储寄存器等信息），hal库最大的特点是方便移植，统一性强，所以你学会了STM其中一款单片机，其他基本都会用。当然如果想要更深层次的了解单片机，还是需要学习一些标准库的知识的
32单片机选型：
常用型号：
STM32 有很多系列，可以满足市场的各种需求，从内核上分有 Cortex-M0、M3、M4 和 M7 这几种，每个内核又大概分为主流、高性能和低功耗，F1 代表了基础型，基于 Cortex-M3 内核，主频为72MHZ，F4 代表了高性能，基于 Cortex-M4 和Cortex-A7内核，主频 180M。
最基础的是STM32f103C8T6,它的内部资源比较平衡，成本也不高。
查找方式：
1.利用cubeMX ,里面可以通过筛选找到最适合的型号，虽然每个型号的资源有所不同，但利用HAL库编程时非常方便配置和移植的。同时如果你用的标准库，cubeMX也可以通过图形化界面告诉你哪些引脚有哪些资源，非常方便。
2.进入官网查询·
STMCU中文官网
2. 单片机最小系统板的构成
1) 复位电路
复位：指使系统回到初始状态，重新开始执行程序。不同MCU的复位电平可能不同，比如51单片机为高电平复位，STM32为低电平复位。为防止系统正常执行过程中误触，复位需要一定的时间的电平持续（比如0.1S）才会被判定复位。）
图中为高电平复位，电阻可以看成下拉电阻
软件复位：32单片机可以使用看门狗或者特定的函数进行软件复位。
上电复位：由于上电时电容中电荷为零，存在电容从0V充至5V的过程，此时电阻的RST从5V降至0V。由于RST端高于1.5V视为高电平，所以实际上电容从0充至3.5的0.1S时间内会触发系统复位。
按键复位：当平时按键不动时，电容充满电，电阻没有电流所以没有压降，如图，RST引脚此时属于低电平。当按键按下时，电容瞬间放电，按键松开时其实相当于是一个上电过程，同上会触发复位（实际上，手动按键不加电容一定情况下也能正常复位，但存在不稳定性）
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晶振振荡原理
晶振的主要部件是石英晶体，结构为石英薄片两侧涂抹导电银层。利用石英的压电效应（通电产生形变，形变又会发电），对石英晶体通交流电会产生形变，形变又产生电压，当外电路频率和晶体固有频率相同时，晶体的振幅最大，同时产生相当稳定的振荡（正弦波），利用这个正弦波为单片机提供稳定的时钟频率。
原理图：
石英晶体的等效电路为：动态电容C1，动态电感L1，谐振电阻R1和静电电容C0
注意：所有单片机都是运行在一个相对稳定的时钟频率下，作为芯片工作的节拍使用。
工作时有串联和并联两种方式，但需要外部振荡电路实现，单片机常用的是串联的方式，如上图。
串联谐振时CL1，CL2 为匹配电容（32系统板上为22pf），用于和晶体形成正反馈电路。即上端的波动不断地被石英晶体筛选和放大，进而形成稳定的正弦波。这是需要一个不断振荡的过程进行起振的。
晶振的频率越高误差会越大，一般我们选择8MHz的晶振为32单片机提供时钟，32单片机（以STM 32f103为例，锁相环和分频器会将它分成72MHz）,由于工艺原因一般贴片小晶振很少小于8MHz的，32单片机的低速时钟会选择32.768kHz的晶振，因为15分频后刚好是1Hz,可以为时钟提供秒节拍。
晶振布线注意事项
而晶振的布线有一个特别注意的点，就是要求晶振紧挨IC，因为快速变化的电场会产生磁场，磁场变化又会产生电场，导线越长这种效应越明显，干扰电流越大，会扰乱正常的振荡。
除了晶振外，32单片机内部还有一个RC振荡器可以产生低速时钟，没有外部晶振芯片也能正常使用，但这种时钟频率精度非常低一般不建议使用。
3）电源
对于单片机的电源讨论，原因在于单片机需要使用稳定的3.3V供电，二普通的USB供电一般为5V，所以必须将供电电压转换为需要的电压，这部分器件就是电源负责的对象
线性降压
线性降压，就是利用运算放大器通过不断调整内部“电阻”大小使输出电压稳定在设定电压上，由于这种电路内部比较复杂，一般将其集成封装在一个器件中，就是我们经常见到的三端稳压器，常用的有AMS1117和78系列稳压器。
提到线性稳压，我们用的大部分最小系统板的电源都是三端稳压，原因是它的电路非常简单，输出电压稳定（纹波小），但是三端稳压的缺点就是功耗比较大发热严重（比如压降2V，电流0.5A，功耗就是1W，已经相当大了），提供电流也相对较小，但最小系统板需要的电流也不是很大，所以刚好合适。
图 SEQ 图 \*ARABIC 1三端稳压器内部结构
注意：外部接的两个电容在这里的作用是
电源的输出端并联电容的目的是：平缓电压突变，滤除高频噪声，电源断电后维持一段反应时间。
电源的输入端并联一个电容的目的是：防止断电时，输出端电压过大回流烧毁芯片，保护芯片。
参考博客 12V转5V稳压电路详细分析（7805三端稳压，LM2596稳压）
1117系列
低压差可以驱动，也称为LDO，常见的有AMS公司生产的AMS1117（输入最大15V，输出3.3V，800mA）,TI公司生产的ti1117等，这里注意由于输入电源的纹波特性，更稳定的输出效果，必须在输出输入加电容，而AMS1117官方强烈建议加胆电容（因为胆电容的寄生电阻大）。
1117系列也有可调系列，原理是下方的R2两端为稳定基准电压，R2和R1为分压，调整R1上的电阻可以得到指定电压
78系列
78/79系列为常用的一种稳压器，78为共阴极（正输出），79为共阳极（负输出），常用为78系列
命名XX X XX ,前面两位为78或79，中间的字母表示电流大小，后面的数字表示稳压值
比如常用的是7805表示稳压5V输出1A，共地（正输出）
（口诀：一进，二地，三出）
开关电源降压
学习衔接：电感式开关电源（BUCK降压电路）
原理：BUCK降压电路（电力电子技术）
原理：
PWM波（一种周期性的脉冲波）的等效电压为实际输入电压乘占空比（占空比指高电平持续时间占总的“空时间”的比例），原理：冲量（窄脉冲面积）相等而形状不同的PWM波（或窄脉冲）加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，比如12V转5V就需要输入5/7*100%占空比的PWM波。PWM由芯片不断控制MOS管的开关实现。
实际的PWM波和5V稳定电压波形并不相同，后面会加入滤波电路使电压平稳，滤波效果会遗留纹波，即直流电和交流电的叠加（所以开关电源输出的稳定性不如线性稳压电源
电容：I=C*du/dt,电容两端的电压不能突变，一旦突变，根据公式会产生非常大的电流。
电感：U=L*di/dt,电感的电流不能突变，在这个电路中用于限制电流，同时不消耗能量，加入后会成为平和的三角波，同时加入二极管（也叫蓄流二极管，一般选用肖特基二极管或者快恢复二极管）为开关断开时给电感提供回路。
FB为分压电阻，用于设置输出电压
芯片电源引脚旁的旁路电容
参考博客：芯片电源引脚为什么要加一个100nF电容
作用
1. 滤除电源上的高频噪声。
2. 储能，当负载需要瞬时电流时，电容率先为其提供电流，减小电源产生的波动
3.给高频信号提供最近的低阻抗回流路径，减少对其它芯片电源的干扰
要求：
尽量每个电源引脚都有电容
电容尽量靠近芯片
两个电容时，大的在外侧，小的在内侧
容值问题：
参考博客
4）下载电路
1.使用串口通讯一键下载
串口一键下载电路分析
启动方式配置
一键下载原理：
当烧写程序时，我们希望BOOT0=1，BOOT1=0。当烧写完成后我们希望BOOT0=0，BOOT1=0（这个模式BOOT1可以是0可以是1，这里我们让BOOT1拉低，即整个过程BOOT1都为L接地，简化电路设计）
烧写程序时， RTS#低电平，此时BOOT0=1，随后DTR#高电平，此时触发复位，程序通过串口烧录，烧录完成后系统会自动识别并执行，此时RTS恢复高电平（BOOT0为0），回到模式一，上电复位后，在SYSCLK的第4个上升沿，BOOT引脚的值将被锁存，进入主闪存存储器，执行我们烧写的代码。
Flash锁死解决方法：
开发时，由于某种原因导致内部Flash锁死，无法连接到SWD调试器读取设备，这种情况在我们之前培训时偶尔会遇到，这时候可以通过修改BOOT来解决。修改BOOT0=1，BOOT1=0,从系统存储启动，这是ST出厂时自带的Bootloader程序，再重新烧录程序，烧录完成后调整BOOT0=0，BOOT1=X，此时就能正常启动了。（如图修改跳线帽即可）
2.使用串口Debug下载
32单片机自带串行下载方式，支持调试，下载速度非常快，通过TTL串口下载FreeRTOS程序（内存较大）差不多一分钟，而用JINK下载仅用了不到30秒，接线图如图，这里不用太在意，直接接就能正常使用。Debug下载可以用cube生态的下载器，或者直接用keil软件都是可以的。
5）单片机其他知识
32单片机IO口内部
参考博客：GPIO的推挽输出和开漏输出
推挽输出
输出控制为高电平时，通过反向器，加在G端为低电平，此时PMOS导通，由于MOS管内阻很低，此时Vout的电压几乎和VCC一至，输出高电平，反之输出低电平
推挽输出的特点
1：高电平与电源电压压差很小
2：驱动能力强，一般GPIO能输出20mA
3：电平切换速度快
4：不支持线与（&相当与乘法）：将两个推挽输出连接到一起会烧坏IO口
开漏输出
当MOS管关闭时为高阻态，此时与地不导通，输出电平由VDD拉高，（可以看到相当于VDD通过上拉电阻接入负载，电流由上拉电阻提供）；当MOS管打开时，DS之间近似看成导线，此时输出端为低电平，此时输出段电流由MOS管提供。
所以开漏输出的低电平驱动能力会强，高电平输出能力弱，一般LED控制段接低电平就是这个原理。像51单片机的P0端口都是开漏，都要配置上拉电阻才能正常使用。
开漏输出特点：
1.电平切换速度取决与上拉电阻
2.高电平驱动能力差，取决与上拉电阻
3.可以支持线与，即两个开漏输出连接在一起，有一个低电平，输出就是低电平
I2C配置要求
I２C是一种通讯协议，和串口一样用来传递信息。
虽然I2C在软件配置上可以用cubeMX 直接生成，但32单片机的硬件I2C是有问题的，如用I2C硬件驱动OLED时与其他片内外设同时使用时会出现不定时的卡机程序卡死，所以直接使用软件I２C问题会少一些（软件I２C是用软件模拟通讯时序进行使用）
软件I２C的硬件配置就是一个问题，I２C的SDA和SCL都是开漏输出，目的是满足线与，有一个从设备拉低SDA信号线时都会拉低整体，所以配置要求就是上拉，开漏，同时在设计电路图时，一条I2C总线上有多个设备时只需要一次上拉
上拉电阻，电阻大小一般为4.7K（详细参考IIC信号为什么要加上拉电阻）
IO口驱动大电流讲解
驱动LED灯：
LED
（注意使用LED时一定要加限流电阻）
这里简单介绍一下限流电阻的计算方法：
假设LED的正常工作电压为2V，电流为0.01A，则电阻为：(5-2)/0.01=300Ω
同时要考虑功率：0.01×3V=0.03W
此时就可以选取合适的电阻了
驱动MOS管：
MOS管的识别：箭头代表N区，箭尾表示P区域，图中左侧的位置代表沟道，是哪部分就是什么沟道，比如第一个，左侧是箭头，所以是N沟道MOS管。
基本电路结构如图中所示，限流电阻用于保护IO口，实际没有电流
这里讨论下拉电阻的作用，下拉电阻一般为10KΩ（经验值，就别问为什么了）
1.使单片机上电时MOS管的状态确定且关闭
2.断电后使GS的寄生电容能够放电，保证下次上电时不会误开
3.防止静电击穿，通电时，G级会聚集大量静电，这是可以将静电放掉
驱动三极管：
这里讨论一下限流电阻R2的选取
假设GPIO输出3.3V，LED导通电压2V，电流20mA，当三极管饱和导通时，CE段的压降看为零，BE端压降看为0.7V
此时R1 = (5-2)/0.02=150Ω
IB=0.1IC=2mA(十分之一为经验值)，R2=(3.3-0.7)/2mA=1.3KΩ
磁珠
(磁珠本身用得不多)
损耗：
磁滞损耗：铁磁材料置于交变磁场中，材料被反复磁化，与此同时，磁畴相互间不停的摩擦造成损耗，这种损耗称为磁滞损耗
涡流损耗：因为铁心是导电的，通过铁心的磁通随时间交变时，根据电磁感应定律，铁心中将产生感应电动势，并引起环流。涡流在铁心中引起的损耗，称为涡流损耗
参数：
阻抗值和精度（100MHz），额定电流和直流电阻值
作用：
电源滤波，一般都和电容一起使用，RLC滤波，或者LC滤波，10，0.1uf
RM开发板上的磁珠一般是用来达到EMC标准的（EMC）
通讯线上的匹配电阻
信号线上串接电阻的作用
作用：
1.阻抗匹配，吸收反射信号
2.吸收干扰信号
3.便于调试信号
注意：
串接电阻用作阻抗匹配是一般是接到信号的发射端，不能接到信号的接收端，阻值的话一般100欧以内，阻值大了信号会畸变，可能有时序问题。
5. 附录：常用单机最小系统板
6. 附录：学习硬件的资源
学习硬件学习资源
1：B站 郭天祥，他的课程比较有体系，注重基础与常识，非常适合初学者
2：B站 唐老师讲电赛，他的课程比较全面，详细，应用性非常强，他讲解中电源部分非常详细可以试试
3：CSDN：小鱼教你模数电，他在B站上有很多视频，主要讲解硬件方面的常识，在CSDN上看文章会方便很多
4：CSDN：乙酸氧铍，他的博客有总结唐老师课程的资料，看着很方便
5：CSDN：优信电子，淘宝商家，里面模块和例程都有非常全面优信电子所有博客汇总(导航搜索)
6：硬件：硬创社，里面有非常丰富的开源项目，可以白嫖和学习使用
7：数据手册：半岛小芯，里面有非常多的数据手册，也可以用芯查查和立创EDA查看
这时候有个问题，数据手册是纯英文怎么办？最直接的方式是将pdf翻译成html再用edge翻译，其中会有很多的错误需要比对鉴别,pdf转html网站：PDF转html，或者直接用百度翻译，它有个划词翻译的功能，选中就能翻译也很方便。
