前言

大一时学过一段时间的51单片机，后面就一直研究STM32和算法，最近工作搞51单片机有半年了，有一些自己的想法，跟公司的工程师也探讨了一些，结合聊天记录，写了这篇博客，希望对读者有帮助。

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对单片机的一点理解

问：单片机怎么选型

        消费电子类的低端产品，公司对单片机的选型一般有两个原则，一是这款单片机用得熟不熟，这是最重要的，很多51单片机软件工程师都不会用32位机。还有一个是成本，一般都是秉承着能用就行，够用就好的原则，能用三毛钱的单片机绝对不会去用五毛钱的。低端产品对单片机的成本是很敏感的，因为硬件成本就是从这里抠出来的。

       有些产品卖几千块钱用的单片机是几十块钱的，更高级的用海思、高通的芯片，那个是很贵的。在这个角度上看其实就没有太过意去扣这个成本，反倒是后续产品的拓展性可维护性，还有单片机的性能够不够强悍，后续开发过程中会不会出现说性能不够用的情况。还有这个单片机配套的开发工具也很重要，如果单片机是OTP的或者是不支持仿真的，在一些大型项目上开发起来就很吃力。

        如果特别注重考虑功耗，那么在那种可穿戴设备用的会比较多。像是手环啊，心率监测仪啊，人工心脏。

问：为什么很多51单片机没法做大型项目呢？

        其实在我看来，写代码并不是说为了完成一个功能就OK了。

        还要考虑代码的规范性，可读性，后续的拓展性。

        越是底层的代码，对硬件的操作就越为简单。就比如说51单片机，想要点个灯，那么只需要设置那个IO口为输出，同时输出高电平就可以了。

        但是如果你有机会看到rtos或者linux的代码，它的点灯操作是非常复杂的，因为它要考虑可移植性和兼容性。高级的计算机语言，一般是学C++或Java时，会学到一种面向对象的编程思想，编程思想一般科班软件或者计算机才会去学，所以其实很多单片机软件工程师都是面向硬件编程，面向开发板编程，这就导致了一个问题，如果要上大型项目的话，会非常困难。

        而且在消费级电子产品用的51单片机，他搞不了浮点运算，这个是一个跟32位单片机很重要的区别，因为很多算法都是需要硬件浮点运算来支持的，做不了浮点运算，意味着很多算法就没有实现的可能，那么写的程序也只能是那种比较简单的。

        今天我搞了一个线性插值算法，用我自己的32单片机，很快就搞定了，但是我在公司用51单片机折腾了两个小时，后面还是没法实现，只能妥协，自己在excel里边把数值算出来。本来这个算的过程是可以交给单片机来实现的，在51这边就只能是手算，这个是一个很蠢的做法，但是没办法，硬件被限制住了。

        你可以看到，很多51单片机工程师工作了那么多年，也只能做这些消费电子产品。大型项目，多个设备协同工作的情况就很难了。

问：高性能单片机能实现51单片机无法实现的什么功能

        很多51单片机，外设无非就是定时器、外部中断、PWM、ADC、串口，这些都只能完成一些比较简单的功能。一般时钟也就是8M，外设的时钟也都是由这个高速时钟分频而来，顶多再加一个低速时钟用来计时。特别是中断往往只有一个入口，且没法定义中断优先级，那么实时性就无法保证。而且RAM顶多1K、FLASH顶多32K，这种情况下根本没法跑操作系统，最简单的操作系统最小内核可能都要16K了。

        32位单片机的时钟树比较复杂，外设也多了很多，例如常用的I2C、I2S、SPI、DMA、SAI、SDIO、CAN、ETH等等，用上这些单片机外设的产品都是相对复杂的。       

        现在比较好的单片机其实已经能媲美数字信号处理器了，它硬件内置了DSP，不知道你有没有了解过快速傅里叶变换？频谱分析仪就是用这个来实现的，如果要用51单片机，那简直是天方夜谭 。

        要是你了解过直流无刷电机的话，它的软件还是相对挺难的，因为他用到了PID，一般是串级PID，内环是速度环，外环是位置环，这个是要实时大量的浮点运算的，51单片机根本就做不来。51单片机基本上也就搞那些直流有刷电机了，就是给电就能转的那种，这种很明显的缺点是效率不高，而且完全没有控制精度可言。现在还有大量低端产品用的就是这种直流有刷电机，给电就转，转到哪个位置完全不清楚。

问：为什么51单片机工程师很难有长远的发展空间

         51单片机没法做浮点运算，也不能做数字信号处理，所以很多大学相关知识都不需要用到。

        如果是电子专业出身的话，通信原理，信号与系统、数字信号处理，经典控制论，学的这些知识通通都用不上。

        哦，对了，还有一个很重要的，51单片机是没法搞无线通信的，通信原理的知识也可以还给老师了。

        硬件层面上，做不了高速电路，很多消费电子产品的工程师应该都没接触过高速电路，电阻电容电感在高速电路的情况下，他不是那种纯粹的电阻电容电感，所以那些什么ESR、ESL应该也没什么人会去考虑，单片机的那一块，好像没有去考虑到通信串扰的问题。      

        用到51单片机的项目开发简单，并且往往并行项目很多，大量的时间精力都花费在重复性的产品中，做到后面都是体力活了，没有什么人去想过要把这些功能做到极致，去做好优化。

        并且因为项目简单且重复，很多时候，有些程序都不怎么需要改，直接换一些参数就用到相近的产品中去了。很多单片机工程师都没有去考虑过程序的可移植性，是因为他们没有接触过大型项目，没有接触过需要整个团队来完成一个项目的情况，简单产品的软件通常都只需要一个工程师来完成，所以函数的接口也没去考虑过，规范性就更难说了。而且因为产品功能比较简单，定义的变量也比较少，不会去用到C语言中的高级用法，像是结构体、枚举、指针等等。甚至于有些单片机是不带C语言的，标准库的，memcpy、memset都不支持。所以即使是51单片机也是很简单的功能实现。

        所以，51单片机软件工程师往往比较封闭，没什么机会去接触高级的单片机、工具链，也没什么机会去研究算法，所以其实很可怕，这种做个五年十年水平都不会差太多。