常见的微控制器（ESP8266、ESP32、51单片机、stm32）区别

我们先普及一个概念，单片机（即Microcontroller Unit；MCU) 里面有什么。一个人最重要的是大脑，身体的各个部分都在大脑的指挥下工作。MCU跟人体很像，简单来说是由一个最重要的内核加其他外设组成，内核就相当于人的大脑，外设就如人体的各个功能器官。下面我们来简单介绍下51单片机和STM32单片机的结构。

1. 51系统结构

51系统结构框图

我们说的51一般是指51系列的单片机，型号有很多，常见的有STC89C51、AT89S51，其中国内用的最多的是STC89C51/2，下面我们就以STC89C51来讲解，并以51简称。

1）内核
　　
51单片机由一个IP核和片上外设组成，IP核就是上图中的CPU，片上外设就是上图中的：时钟电路、SFR和RAM、ROM、定时/计数器、并行I/O口、串行I/O口、中断系统。IP核跟外设之间由系统总线连接，且是8bit的，速度有限。
　　
51内核是上个世纪70年代Intel公司设计的，速度只有12M，外设是IC厂商（STC）在内核的基础上添加的，不同的IC厂商会在内核上添加不同的外设，从而设计出各具特色的单片机。这里Intel属于IP核厂商，STC属于IC厂商。我们后面要讲的STM32也一样，ARM属于IP核厂商，ARM给ST授权，ST公司在Cortex-M3内核的基础上设计出STM32单片机。

2）外设
　　
我们在学习51的时候，关于内核部分接触的比较少，使用的最多的是片上外设，我们在编程的时候操作的也就是这些外设。

编程的时候操作的寄存器位于SFR和RAM这个部分，其中SFR（特殊功能寄存器）占有 128字节（实际上只用了 26 个字节，只有 26 个寄存器，其他都属于保留区），RAM占有 128 字节，我们在程序中定义的变量就是放在RAM中。其中SFR和RAM在地址上是重合的，都是在80~FF地址区间，但在物理区间上是分开的，所以51的RAM是有256个字节。
　　
编写好的程序是烧写到ROM区。剩下的外设都是我们非常熟悉的IO口，串口、定时器、中断这几个外设。

2. STM32系统结构

STM32系统结构框图

1）内核

在系统结构上，STM32和51都属于单片机，都是由内核和片上外设组成。只是STM32使用的Cortex-M3内核比51复杂得多，优秀得多，支持的外设也比51多得多，同时总线宽度也上升到32bit，无论速度、功耗、外设都强于51。

从结构框图上看，对比51内核只有一种总线，取指和取数共用。Cortex-M3内部有若干个总线接口，以使CM3能同时取址和访内（访问内存），它们是：

指令存储区总线（两条）、系统总线、私有外设总线。有两条代码存储区总线负责对代码存储区（即FLASH外设）的访问，分别是I-Code总线和D-Code总线。

I-Code用于取指，D-Code用于查表等操作，它们按最佳执行速度进行优化。

系统总线（System）用于访问内存和外设，覆盖的区域包括SRAM，片上外设，片外RAM，片外扩展设备，以及系统级存储区的部分空间。

私有外设总线负责一部分私有外设的访问，主要就是访问调试组件。它们也在系统级存储区。

还有一个DMA总线，从字面上看，DMA是data memory access的意思，是一种连接内核和外设的桥梁，它可以访问外设、内存，传输不受CPU的控制，并且是双向通信。简而言之，这个家伙就是一个速度很快的且不受老大控制的数据搬运工，这个在51里面是没有的。

2）外设

从结构框图上看， STM32比51的外设多得多，51有的串口、定时器、IO口等外设 STM32 都有。STM32还多了很多特色外设：如FSMC、SDIO、SPI、I2C等，这些外设按照速度的不同，分别挂载到AHB、APB2、APB1这三条总线上。

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单片机简单来说就是集CPU（运算、控制）、RAM（数据存储-内存）、ROM（程序存储）、输入输出设备（串口、并口等）和中断系统处于同一芯片的器件。

在个人电脑中，CPU、RAM、ROM、I/O这些都是单独的芯片，然后这些芯片被安装在一个主板上，这样就构成了我们的PC主板，进而组装成电脑，而单片机将这些都集中在了一个芯片上。

一、51单片机

应用最广泛的8位单片机，当然也是初学者们最容易上手学习的单片机。

最早由Intel推出，由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“经典”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。

1、51单片机特性

51单片机之所以成为经典，成为易上手的单片机主要有以下特点：

从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。

不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。

同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。

乘法和除法指令，这给编程也带来了便利，很多的八位单片机都不具备乘法功能，做乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。

2、51单片机缺点

AD、EEPROM等功能需要靠扩展，增加了硬件和软件负担。
虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，这也是51系列单片机的最大软肋。
运行速度慢，特别是双数据指针，如能改进能给编程带来很大的便利。
51保护能力很差，很容易烧坏芯片。

3、51单片机应用范围

目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用。

使用最多的器件：8051、80C51。

二、STM32单片机

由ST厂商推出的STM32系列单片机，行业的朋友都知道，这是一款性价比超高的系列单片机，应该没有之一，功能及其强大。

其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核；同时具有一流的外设，1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等。

在功耗和集成度方面也有不俗的表现，当然和MSP430的功耗比起来是稍微逊色的一些，但这并不影响工程师们对它的热捧程度。

由于其简单的结构和易用的工具，再配合其强大的功能，在行业中赫赫有名。

01、STM32单片机特性

内核：ARM 32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz，单周期乘法和硬件除法。
存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器，6-64KB的SRAM存储器。

时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压，POR、PDR和可编程的电压探测器（PVD），4-16MHz的晶振，内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路，内部40 kHz的RC振荡电路，用于CPU时钟的PLL，带校准用于RTC的32kHz的晶振。

调试模式：串行调试（SWD）和JTAG接口，最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口。

02、STM32常用的器件

使用最多的器件：STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列。

三、51和STM32的区别

51单片机是对所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称，这一系列的单片机的始祖是Intel的8031单片机。

后来随着flash ROM技术的发展，8031单片机取得了长足的进展成为了应用最广泛的8bit单片机之一，它的代表型号就是ATMEL公司的AT89系列。

STM32单片机则是ST（意法半导体）公司使用ARM公司的cortex-M3为核心生产的32bit系列的单片机。

它的内部资源（寄存器和外设功能）较8051、AVR和PIC都要多的多，基本上接近于计算机的CPU了，适用于手机、路由器等。

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51单片机——应用最广泛的8位单片机。

当然，也是初学者们最容易上手学习的单片机，最早由Intel推出，由于其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“经典”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。目前在教学场合和对性能要求不高的场合大量被采用。

特点：

51单片机之所以成为经典，成为易上手的单片机主要有以下特点：

从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。

同时在片内RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。

乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。很多的八位单片机都不具备乘法功能，做乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。

缺点：

51单片机虽然是经典但是缺点还是很明显的

AD、EEPROM等功能需要靠扩展，增加了硬件和软件负担。

虽然I/O脚使用简单，但高电平时无输出能力，这也是51系列单片机的最大软肋。

运行速度过慢，特别是双数据指针，如能改进能给编程带来很大的便利。

51保护能力很差，很容易烧坏芯片。

STM32单片机——一款性价比超高的系列单片机

由ST厂商推出的STM32系列单片机，行业的朋友都知道，这是一款性价比超高的系列单片机，应该没有之一，功能及其强大。其基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M内核，同时具有一流的外设：1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等等，在功耗和集成度方面也有不俗的表现，当然和MSP430的功耗比起来是稍微逊色的一些，但这并不影响工程师们对它的热捧程度，由于其简单的结构和易用的工具再配合其强大的功能在行业中赫赫有名。

特点：

STM32单片机其强大的功能主要表现在：

内核：ARM32位Cortex-M3CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz，单周期乘法和硬件除法。

存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器；6-64KB的SRAM存储器。

时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压；POR、PDR和可编程的电压探测器(PVD)；4-16MHz的晶振；内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路，内部40 kHz的RC振荡电路；用于CPU时钟的PLL；带校准用于RTC的32kHz的晶振。

调试模式：串行调试(SWD)和JTAG接口；最多高达112个的快速I/O端口、最多多达11个定时器、最多多达13个通信接口。

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助记符		指令说明	字节数	周期数
(数据传递类指令)
MOV	A,Rn	寄存器传送到累加器	1	1
MOV	A,direct	直接地址传送到累加器	2	1
MOV	A,@Ri	累加器传送到外部RAM(8 地址)	1	1
MOV	A,#data	立即数传送到累加器	2	1
MOV	Rn,A	累加器传送到寄存器	1	1
MOV	Rn,direct	直接地址传送到寄存器	2	2
MOV	Rn,#data	累加器传送到直接地址	2	1
MOV	direct,Rn	寄存器传送到直接地址	2	1
MOV	direct,direct	直接地址传送到直接地址	3	2
MOV	direct,A	累加器传送到直接地址	2	1
MOV	direct,@Ri	间接RAM 传送到直接地址	2	2
MOV	direct,#data	立即数传送到直接地址	3	2
MOV	@Ri,A	直接地址传送到直接地址	1	2
MOV	@Ri,direct	直接地址传送到间接RAM	2	1
MOV	@Ri,#data	立即数传送到间接RAM	2	2
MOV	DPTR,#data16	16 位常数加载到数据指针	3	1
MOVC	A,@A+DPTR	代码字节传送到累加器	1	2
MOVC	A,@A+PC	代码字节传送到累加器	1	2
MOVX	A,@Ri	外部RAM(8 地址)传送到累加器	1	2
MOVX	A,@DPTR	外部RAM(16 地址)传送到累加器	1	2
MOVX	@Ri,A	累加器传送到外部RAM(8 地址)	1	2
MOVX	@DPTR,A	累加器传送到外部RAM(16 地址)	1	2
PUSH	direct	直接地址压入堆栈	2	2
POP	direct	直接地址弹出堆栈	2	2
XCH	A,Rn	寄存器和累加器交换	1	1
XCH	A, direct	直接地址和累加器交换	2	1
XCH	A, @Ri	间接RAM 和累加器交换	1	1
XCHD	A, @Ri	间接RAM 和累加器交换低4 位字节	1	1
(算术运算类指令)
INC	A	累加器加1	1	1
INC	Rn	寄存器加1	1	1
INC	direct	直接地址加1	2	1
INC	@Ri	间接RAM 加1	1	1
INC	DPTR	数据指针加1	1	2
DEC	A	累加器减1	1	1
DEC	Rn	寄存器减1	1	1
DEC	direct	直接地址减1	2	2
DEC	@Ri	间接RAM 减1	1	1
MUL	AB	累加器和B 寄存器相乘	1	4
DIV	AB	累加器除以B 寄存器	1	4
DA	A	累加器十进制调整	1	1
ADD	A,Rn	寄存器与累加器求和	1	1
ADD	A,direct	直接地址与累加器求和	2	1
ADD	A,@Ri	间接RAM 与累加器求和	1	1
ADD	A,#data	立即数与累加器求和	2	1
ADDC	A,Rn	寄存器与累加器求和(带进位)	1	1
ADDC	A,direct	直接地址与累加器求和(带进位)	2	1
ADDC	A,@Ri	间接RAM 与累加器求和(带进位)	1	1
ADDC	A,#data	立即数与累加器求和(带进位)	2	1
SUBB	A,Rn	累加器减去寄存器(带借位)	1	1
SUBB	A,direct	累加器减去直接地址(带借位)	2	1
SUBB	A,@Ri	累加器减去间接RAM(带借位)	1	1
SUBB	A,#data	累加器减去立即数(带借位)	2	1
(逻辑运算类指令)
ANL	A,Rn	寄存器“与”到累加器	1	1
ANL	A,direct	直接地址“与”到累加器	2	1
ANL	A,@Ri	间接RAM“与”到累加器	1	1
ANL	A,#data	立即数“与”到累加器	2	1
ANL	direct,A	累加器“与”到直接地址	2	1
ANL	direct, #data	立即数“与”到直接地址	3	2
ORL	A,Rn	寄存器“或”到累加器	1	2
ORL	A,direct	直接地址“或”到累加器	2	1
ORL	A,@Ri	间接RAM“或”到累加器	1	1
ORL	A,#data	立即数“或”到累加器	2	1
ORL	direct,A	累加器“或”到直接地址	2	1
ORL	direct, #data	立即数“或”到直接地址	3	1
XRL	A,Rn	寄存器“异或”到累加器	1	2
XRL	A,direct	直接地址“异或”到累加器	2	1
XRL	A,@Ri	间接RAM“异或”到累加器	1	1
XRL	A,#data	立即数“异或”到累加器	2	1
XRL	direct,A	累加器“异或”到直接地址	2	1
XRL	direct, #data	立即数“异或”到直接地址	3	1
CLR	A	累加器清零	1	2
CPL	A	累加器求反	1	1
RL	A	累加器循环左移	1	1
RLC	A	带进位累加器循环左移	1	1
RR	A	累加器循环右移	1	1
RRC	A	带进位累加器循环右移	1	1
SWAP	A	累加器高､低4 位交换	1	1
(控制转移类指令)
JMP	@A+DPTR	相对DPTR 的无条件间接转移	1	2
JZ	rel	累加器为0 则转移	2	2
JNZ	rel	累加器为1 则转移	2	2
CJNE	A,direct,rel	比较直接地址和累加器,不相等转移	3	2
CJNE	A,#data,rel	比较立即数和累加器,不相等转移	3	2
CJNE	Rn,#data,rel	比较寄存器和立即数,不相等转移	2	2
CJNE	@Ri,#data,rel	比较立即数和间接RAM,不相等转移	3	2
DJNZ	Rn,rel	寄存器减1,不为0 则转移	3	2
DJNZ	direct,rel	直接地址减1,不为0 则转移	3	2
NOP		空操作,用于短暂延时	1	1
ACALL	add11	绝对调用子程序	2	2
LCALL	add16	长调用子程序	3	2
RET		从子程序返回	1	2
RETI		从中断服务子程序返回	1	2
AJMP	add11	无条件绝对转移	2	2
LJMP	add16	无条件长转移	3	2
SJMP	rel	无条件相对转移	2	2
(布尔指令)
CLR	C	清进位位	1	1
CLR	bit	清直接寻址位	2	1
SETB	C	置位进位位	1	1
SETB	bit	置位直接寻址位	2	1
CPL	C	取反进位位	1	1
CPL	bit	取反直接寻址位	2	1
ANL	C,bit	直接寻址位“与”到进位位	2	2
ANL	C,/bit	直接寻址位的反码“与”到进位位	2	2
ORL	C,bit	直接寻址位“或”到进位位	2	2
ORL	C,/bit	直接寻址位的反码“或”到进位位	2	2
MOV	C,bit	直接寻址位传送到进位位	2	1
MOV	bit, C	进位位位传送到直接寻址	2	2
JC	rel	如果进位位为1 则转移	2	2
JNC	rel	如果进位位为0 则转移	2	2
JB	bit,rel	如果直接寻址位为1 则转移	3	2
JNB	bit,rel	如果直接寻址位为0 则转移	3	2
JBC	bit,rel	直接寻址位为1 则转移并清除该位	2	2

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