单片机小知识&esp32开发宣讲

1 了解单片机基础知识

1.1 单片机型号介绍

今天来讲讲单片机，就拿最经典的stm32芯片来说，看看它下面的样子，就能理解为什么叫做“单片机”

单片机作为嵌入式系统必不可少的一部分，目前被广泛用于用于控制家电、汽车、医疗设备、工业自动化等。例如，汽车中的引擎控制单元（ECU）、洗衣机中的控制器、医疗设备中的监控系统。

淘宝上有种叫做单片机开发板的东西，帮你解决了单片机的外围电路乃至与电脑的通信，同学们可以直接打开电脑用数据线连接开发板调试
或着通过电脑连接特定的调试器进行调试，比如stlink,jlink等调试器

下面介绍下比较常见的单片机，淘宝照片仅供展示

51系列

51系列单片机，指基于Intel公司的8051微控制器架构的单片机，一般是8位机。现在随着时代发展，51系列得到了国内公司改进和发展，性能得到了发展。51是嵌入式学习中一款入门级的经典MCU，因其结构简单，易于教学，且可以通过串口编程而不需要额外的仿真器，
所以在教学时被大量采用，至今很多大学在嵌入式教学中用的还是
51。

说到51又不得不提stc公司（宏晶），这是是一家主要生产51单片机的公司，STC89C52等型号常常被用于设计教学开发板，上面那个一大套就是STC89C52的学习套件，如果想深入学习嵌入式，最好从51入门

stm32系列

STM32，从字面上来理解，ST是意法半导体，M是Microelectronics的缩写，32表示32位，合起来理解，STM32就是指ST公司开发的32位微控制器。在如今的32位控制器当中，STM32可以说是最璀璨的新星，它受宠若娇，大受工程师和市场的青睐，无芯能出其右。

如今，久经岁月的洗礼，既有其辉煌又有其不足。
现在的市场产品竞争越来越激烈，对成本极其敏感，相应地对MCU的性能要求也更苛刻：更多功能，更低功耗，易用界面和多任务。
面对这些要求，51现有的资源就显得得抓襟见肘。所以无论是高校教学还是市场需求，都急需一款新的
MCU来为这个领域注入新的活力。所以stm32家族就出现了，下图是意法半导体官网给出的stm32的选型指南

一般常用的是F103,F407系列的开发板，性能越强价格越贵

系统学习的话，绕不开这样的正点原子/野火开发学习板，配套有例程和课程，非常适合刚接触单片机的同学

目前stm32不仅有官方的stm32f103，还有国内厂商出场的stm32系列的“盗版”，比如gd系列，复刻引脚到引脚、寄存器到寄存器一一对应，而且主频更高，这代表着你只需要细微修改之前stm32的项目就能无缝迁移到gd32上，而且性能更强，但是会有细微差别以及暗坑，建议进阶玩家使用

esp系列

esp系列是乐鑫公司开发的一系列单片机的型号，专精于物联网，主流的有esp32和esp8266系列，有一些变种，比如

esp32系列：esp32esp32-s esp32-c (后面的可视作变种)

esp8266系列：esp8266esp12 esp8285

esp8266系列常作为wifi模块出现，给stm32/51等单片机wifi通信用，一般烧录AT固件，不特殊编程

esp32系列用于物联网领域

市面上可以买到的esp32开发板（不加C/S后缀）是基于ESP32-WROOM-32模块二次开发的，之后的讲解不特殊说明默认指这种开发板

板载freertos操作系统

高速主频240MHZ，对比STM32F1的72MHZ和STM32F4的168MHZ，速度快很多，而且有两个核

esp32开发板有4MB片载FLASH，空间横向比较到了一种可以”挥霍“的程度，甚至可以运行微型HTTP服务器

自带蓝牙和Wifi，不用再去购置额外模块，就显得价格非常低廉（一些场景可替换stm32f103+esp12f经典组件包）

编程上可以使用arduino环境，编程难度比STM32低很多，对计科学生或者打比赛快速原型验证非常友好，开源项目很多，对于主流外设都有相应的开源驱动，开发速度很快，深受整活老外的喜爱
，而且在其他单片机缺少相应模块驱动库的情况下，对Arduino写的驱动略加改造即可移植

但是esp32引脚数量对于一些复杂控制项目来说不够用，以及ADC采样精度不够高，这部分恰好是stm32的强项，单片机选型需要跟着项目走

其他有了解的

KendryteK210基于RISC-V架构的单片机，算力1TOPS,拥有自主研发的KPU，常用于人工智能加速推理，边缘计算，可实时运行物体分类/人脸识别/声源识别等任务

Arduinouno 开发板，非常经典但实用性不高，性能一言难尽，性能约是stm32f1水平，新手入门容易踩的大坑

msp430/msp432电赛常用，由德州仪器研发，低功耗处理器的一种，每年都有幸运电赛题被抽中，仅允许使用德州仪器的单片机，习惯stm32开发的切换msp系列开发会被一些”特性“所”惊吓“，资料稀少

1.2 单片机小知识

电平

数字信号由电线线上的高低电压确定逻辑的高低

常常用这样的线表示数字信号，从左向右是时间

引脚

单片机上的引脚针脚有着一个个功能，在开发板的旁边会有字母标记，比如

GND— 地-0V

5V— 5V

3V3— 3.3V

G12/A6/C3— GPIO（通用输入输出）引脚，负责输出/读取高低电平

每个引脚干的功能都不太一样，每个厂家都会对引脚功能进行标记，比如esp32：

几乎每个都有基础的GPIO功能，但是有些引脚承担了通信/模拟输入及输出/触摸等功能

比如stm32f103：

1.3 基本通信协议介绍

数字电路中每条线有高低电平两个状态，就代表01两个数字，高低电平取值得看电路的规格

单片机开发板上有一个个的针脚引出，

UART

通用异步收发器(UniversalAsynchronous Receiver andTransmitter)，最常用的协议之一，一种串口协议，平时语境下所说的”串口“，由USART协议(UniversalSynchronous Asynchronous Receiver and Transmitter)裁剪而来，

这个协议中，每个机器的地位比较平等，可以随时的互相收发消息，且不会冲突，即异步全双工通信

有个叫做波特率的概念，指的是串口通信的速率，也就是每秒钟可以传输多少个二进制位
，常用的波特率有9600、115200等，这个频率的取值跟单片机的设置和晶振频率有关

只需三根数据线（含地线）即可完成通信，如图所示，注意RX应该与TX相连，GND与GND相连

SPI

串行外围设备接口(SerialPeripheral interface)

需要五根数据线（含地线，地线没有标注出）完成通信

这个协议中，每个机器的地位不是很平等，有主机和从机的关系，可以根据时钟信号互相发送数据且不会冲突，即同步全双工通信

I2C

集成电路总线(Inter-IntegratedCircuit)

需要三根数据线（含地线，地线没有标注出）完成通信

这个协议中，每个机器的地位不是很平等，有主机和从机的关系，根据时钟信号发送数据，可以双向发送但是不能同时发送，即同步半双工通信

1.4 基本外设

分为片内外设和片外外设片内外设是集成在芯片内的，独立于内核的功能模块（比如串口模块、Flash、IIC模块、SPI通信模块、ADC、DAC模块等等），对于内核来说就是“外设”片外外设当然就是没有集成在芯片里面，但对于应用系统而言又必须要扩展使用的功能模块。所以就叫做片外外设，比如外接的传感器、LED灯珠、通信模块、显示屏等等