单片机基础：从概念到架构，夯实单片机基础知识：掌握单片机基础，为单片机开发奠定坚实基础

# 1. 单片机基础概念**

单片机是一种微型计算机，将处理器核心、存储器和输入/输出（I/O）外设集成在一个单一的芯片上。它具有小巧、低功耗和高可靠性的特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。

单片机的核心是处理器，负责执行指令和处理数据。存储器包括 RAM（随机存取存储器）和 ROM（只读存储器），分别用于存储程序和数据。I/O 外设允许单片机与外部世界交互，包括端口、定时器和通信接口。

单片机通常采用嵌入式操作系统（RTOS）来管理资源和任务调度，从而提高系统的实时性和可靠性。应用程序开发基于特定于单片机的编程语言和工具，遵循特定的程序结构和流程。

# 2. 单片机硬件架构

单片机是一种集成了处理器核心、存储器和外围设备于一体的微型计算机。其硬件架构通常包括以下主要组件：

### 2.1 处理器核心

#### 2.1.1 中央处理单元（CPU）

CPU 是单片机的核心，负责执行指令、处理数据和控制系统运行。它主要由以下部件组成：

- **算术逻辑单元（ALU）：**执行算术和逻辑运算，如加、减、乘、除和比较。
- **控制单元（CU）：**读取指令，解码指令并控制其他部件执行指令。
- **寄存器组：**存储临时数据和指令，提高处理速度。

#### 2.1.2 存储器（RAM 和 ROM）

单片机通常配备两种类型的存储器：

- **随机存取存储器（RAM）：**用于存储程序和数据，可以读写。
- **只读存储器（ROM）：**用于存储固件和启动代码，只能读取。

### 2.2 外围设备

外围设备是连接到处理器核心的组件，为单片机提供各种功能。常见的外围设备包括：

#### 2.2.1 输入/输出端口

输入/输出端口允许单片机与外部设备通信。它们可以配置为输入、输出或双向端口。

#### 2.2.2 定时器/计数器

定时器/计数器用于生成定时中断、测量时间间隔和计数事件。

#### 2.2.3 通信接口

通信接口允许单片机与其他设备交换数据。常见的通信接口包括：

- **串行通信接口：**UART、SPI、I2C
- **无线通信接口：**蓝牙、Wi-Fi

**示例代码：**

// 使用定时器产生一个 1 秒的定时中断

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

volatile uint8_t timer_count = 0;

ISR(TIMER1_COMPA_vect) {
  timer_count++;
  if (timer_count == 100) {
    // 1 秒已过，执行定时器中断处理
    timer_count = 0;
  }
}

int main() {
  // 初始化定时器
  TCCR1A = 0;
  TCCR1B = (1 << WGM12) | (1 << CS12) | (1 << CS10);
  OCR1A = 15625;
  TIMSK1 = (1 << OCIE1A);

  // 启用全局中断
  sei();

  while (1) {
    // 主循环，执行其他任务
  }
}

**代码逻辑分析：**

- `ISR(TIMER1_COMPA_vect)`：定义定时器 1 比较匹配 A 中断服务程序。
- `timer_count`：用于跟踪定时器中断的计数。
- 当定时器计数达到 100 时，表示 1 秒已过，执行定时器中断处理。
- `TCCR1A`、`TCCR1B`、`OCR1A` 和 `TIMSK1` 寄存器用于配置定时器。
- `sei()` 启用全局中断，允许定时器中断处理。
- 主循环执行其他任务，直到定时器中断发生。

**参数说明：**

- `TCCR1A`：定时器 1 控制寄存器 A，用于设置定时器模式和输出比较功能。
- `TCCR1B`：定时器 1 控制寄存器 B，用于设置定时器时钟源和预分频器。
- `OCR1A`：定时器 1 输出比较寄存器 A，用于设置比较值。
- `TIMSK1`：定时器 1 掩码寄存器，用于使能或禁用中断。

# 3. 单片机软件架构**

### 3.1