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单片机开发板类型有哪些?

学习嵌入式之前,首先要先了解一些入门的基础知识。

首先我会告诉大家开发板有哪些类型,并且会从以下几个维度来着重介绍:

  1. 外观及尺寸维度
  2. 封装方式
  3. 应用场景、用途以及性能
  4. 价格以及是否属于成本敏感型产品

第一个问题:现在市场上有哪些单片机开发板类型呢?

目前市场上主要有两种开发板类型:

  1. 单片机(MCU,微控制器) (a) C51 单片机:在国内高校经常被提及的一款非常古老的单片机,主要用于教学入门 (b) STM32 系列单片机:在工程和工控领域应用广泛,稳定性高且可靠 (c) ESP32 系列:目前国内厂商推出的性价比之王,在物联网领域应用非常多
  2. Linux 开发板(MPU,单板计算机) (a) 树莓派(Raspberry Pi):在教育领域应用较多 (b) i.MX6ULL:在工业领域应用较多的型号

单片机和 Linux 开发板之间最主要的区别在于:Linux 开发板拥有 MMU(内存管理单元),可以运行完整的 Linux 系统;而单片机没有 MMU,只能进行裸机运行,或者运行 RTOS(实时操作系统),例如市场上占有率第一的 FreeRTOS,以及国产的 RT-Thread 等。

再补充一下:Arduino 并不是一个特定的开发板,它更多是基于自身生态与各个厂商合作。

例如:

  1. 与 ESP32 合作推出的 Arduino ESP32 开发板
  2. 与其他厂商合作推出的、非常出名的 Arduino Uno 开发板

第二个问题:关于这些开发板在外观和尺寸上的区别,我们可以从单片机和 Linux 开发板两个维度来分析:

  1. C51 单片机 C51 是一款非常古老的入门级单片机,在高校教学中经常被提及。相比于现代高度集成的电路,它的设计较为传统,尺寸大约有 5 厘米长。
  2. STM32 到了 STM32 阶段,芯片的集成度大大提高,尺寸显著缩小,核心规格甚至可以达到 0.8mm × 0.8mm 左右。
  3. ESP32 ESP32 的厂商(乐鑫科技)是一家 Fabless(无晶圆厂)芯片研发实体公司,芯片由代工厂生产。其产品在出厂时通常已经封装成完整的模组,内置了 Wi-Fi、蓝牙及射频天线等功能,因此它是一个功能完整的芯片模组。
  4. Linux 开发板 这类板卡本质上属于单板计算机(SBC),能够运行完整的电脑操作系统(如 Ubuntu 或 Debian)。由于需要承载更复杂的处理器和外设接口,它的尺寸通常会比普通的单片机大得多。

第三个问题:这些开发板分别有什么不一样的用途、性能以及应用场景呢?

如果要了解这些开发板的应用场景,首先需要掌握它们在性能上的差异。我们先从单片机(MCU)开始讲起:

  1. C51 单片机 (a) 它是非常经典且古老的入门级教学单片机,目前在市场上已逐渐被淘汰。 (b) 它的处理器仅为 8 位,现在主要用于初学者快速了解单片机的工作原理。
  1. STM32 与 ESP32 (a) 它们都是 32 位处理器。 (b) ESP32 是双核处理器,因此性能比 STM32 高出许多。 (c) STM32 目前广泛应用于中低端工业控制领域。 (d) ESP32 自带无线蓝牙、Wi-Fi 及视频模组,因此在物联网(IoT)领域应用较多,例如 Wi-Fi 无线插座、智能家居等场景。

接下来是 Linux 开发板:

  1. 树莓派(Raspberry Pi) 主要用于教育领域、快速原型验证或个人 DIY 项目。
  2. i.MX6ULL 这款 Linux 开发板在工业领域应用非常广泛,主要用于工业控制大屏等项目。

第四个问题:这些开发板的价格怎么样,以及它们是否属于成本敏感性产品?

要分析产品是否属于成本敏感型,主要看一个维度:性能与应用场景。

  1. 单片机(MCU)类开发板 (a) 应用场景:主要用于工业控制、稳定可靠的物联网设备及应用。 (b) 用户要求:
    1. 第一是稳定可靠;
    2. 第二是精确控制;
    3. 第三是不做任何冗余的数据计算或额外的数据处理。 (a) 价格:通常在 10 到几十块钱左右,最贵的一般也不会超过 200 块钱。
  2. (c) Arduino:主要用于教育领域,价格敏感度并不高。
    1. 批量生产:如果用于批量生产(例如基于 Arduino 框架开发 ESP32 系列产品),那么像 ESP32 这种芯片就属于成本敏感型。
  3. Linux 类开发板(MPU/SBC) (a) 应用场景:主要用于运行 Linux 操作系统,涉及大量数据计算、AI 视觉或边缘计算。 (b) 价格:成本并不低,一般在几百到上千块钱不等。 (c) 代表产品:
    1. 树莓派(Raspberry Pi):主要用于教育、工业或原型验证,价格通常较高。
    2. 其他类型:如 IMX6U-LL,或者专门用于 AI 视觉和边缘计算的开发板。 (d) 成本敏感性:这类产品属于高附加值的 AI 产品,其最终成品往往价值较高,因此 Linux 开发板并不属于成本敏感型产品。

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C51, STM32, ESP32, ESP32-S3大小对比图(1)C51, STM32, ESP32, ESP32-S3大小对比图(2)

Arduino与PC连接方式

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Arduino开发板斜视图

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