51单片机与STM32的区别（为何51单片机IO引脚的驱动能力弱）

51单片机之所以成为经典，主要具有以下特点：

• 从内部硬件到软件有一个完整的位置操作系统，称为位置处理器，处理对象不是单词或字节，而是位置。它不仅可以处理电影中某些特殊功能寄存器的位置，如传输、位置、清除、测试等，还可以进行位置的逻辑操作，其功能非常完整，使用方便。
• 同时在片内RAM该区间还特别开放了一个双功能地址区间，使用非常灵活，这无疑为用户提供了极大的便利。
• 乘法和除法指令也给编程带来了便利。很多八位单片机没有乘法功能，做乘法的时候要编一段程序调用，很不方便。
  

目前广泛应用于教学场合和性能要求低的场合，最常用的设备是8051和80C51。

由ST厂商推出的STM32系列单片机，业内朋友都知道，这是一款性价比高的系列单片机，应该没有一款，功能强大。它是专门设计的嵌入式应用程序，要求高性能、低成本、低功耗ARM Cortex-M内核；外设一流，1μs的双12位ADC，4兆位/秒的UART，18兆位/秒的SPI等。

在功耗和集成也有不错的表现，当然和MSP430的功耗略低于它，但这并不影响工程师的受欢迎程度。它以其简单的结构和易用的工具以其强大的功能而闻名于业内。

目前，最常用的设备是STM32F103系列、STM32 L1系列、STM32W系列。

51单片机兼容所有Intel这一系列单片机的始祖是8031指令系统单片机的总称Intel8031单片机随之而来flash ROM随着技术的发展，8031单片机取得了巨大进展，成为应用最广泛的8台bit其代表型号是单片机之一ATMEL公司的AT89系列。

单片机的引脚可以用程序控制，输出高低电平，可以算是单片机的输出电压。
但程序无法控制单片机的输出电流。 单片机的输出电流在很大程度上取决于引脚上的外部设备。

当单片机输出低电时，允许外部设备将电流灌入单片机引脚，称为灌溉电流，外部电路称为灌溉电流负载；
单片机输出高电平时，则允许外部器件，从单片机的引脚，拉出电流，这个电流，称为“拉电流”，外部电路称为“拉电流负载”。

这些电流通常是多少？最大限度是多少？ 这是单片机输出驱动能力的常见问题。

早期的 51 系列单片机的负载能力很小，只用能驱动多少个？ TTL 说明输入端。
P1、P2 和 P三口，每个引脚都能带动 3 个 TTL 只有输入端 P0 口的能力强，它可以带动 8 个！

分析一下 TTL 可以发现51的输入特性 单片机基本上没有驱动能力。
它的引脚甚至不能带动当时 LED 正常发光。

记得是在 AT89C51 单片机流行后，发现单片机引脚能力大大提高，可以直接驱动 LED 发光了。
看下图，图中的 D1、D2 就可以不经其它驱动器件，直接由单片机的引脚控制发光显示。

虽然引脚可以直接驱动 LED 发光但又慢，先别太开心，还是看看 AT89C51 单片机引脚的输出能力。
从 AT89C51 单片机的 PDF 从手册文件中可以看出，灌电流的上限为：

Maximum IOL per port pin: 10 mA;
Maximum IOL per 8-bit port:Port 0: 26 mA,Ports 1, 2, 3: 15 mA;
Maximum total I for all output pins: 71 mA.

这里是说：
当每个单个引脚输出低电平时，允许外部电路向引脚注入最大电流 10 mA；
每个 8 位的接口（P1、P2 以及 P3)允许向引脚注入的总电流最大 15 mA，而 P0 的能力强一些，允许向引脚灌入的最大总电流为 26 mA；
四个接口允许的灌电流之和最大 71 mA。

当这些引脚输出高电平时，单片机的拉电流能力呢？ 可以说太差了，不到 1 mA。

结论是，当单片机输出低电平时，驱动能力是可以接受的，当输出高电平时，没有输出电流的能力。
这个结论是根据手册中给出的数据得出的。

51 单片机的这些特点来源于引脚的内部结构，这里不画引脚的内部结构图，很多书都有。
芯片内部，引脚与地面之间有三极管，因此引脚具有下拉能力。当输出低电平时，允许注入 10mA 电流；在引脚和正电源之间，有数百K的内部上拉电阻，所以当引脚处于高电平时，可以输出的拉电流非常小。 P0 嘴里没有上拉电阻，所以 P0 口没有高电平输出电流的能力。

看看上面的电路图：
图中的 D1，是接在正电源和引脚之间的，这就属于灌电流负载，D1 当单片机输出低电平时发光。这种发光电流可以通过电阻控制 10 mA 之内。
图中的 D2.连接在引脚和地面之间，属于拉电流负载，D2 当单片机输出高电平时，应发光。但单片机此时几乎没有输出能力，必须采用外部上拉电阻的方法提供 D2 所需电流。

哦，我明白了，如果外部电路是拉电流负载，要求单片机输出高电，必须使用拉电阻来帮助产生负载所需的电流。

以下是上拉电阻的问题。

从上图可以看出，D2 发光，是由上拉电阻 R2 提供的电流，D2 发光电压约为 2V，所以发光电流是:(5) － 2) / 1K，约为 3mA。

当单片机输出低电平(0V)，D2 不发光时，R2 上拉电阻闲置吗？ 没有！两端的电压，比 LED 发光的时候还高，现在是 5V 是的，电流，是的 5mA ！
注意到了吗？ LED 不发光的时候，上拉电阻给出更大的电流！而且，这个大于正常发光的电流都灌入了单片机的引脚！

如果在一个 8 安装了位置接口 8 个 1K 当单片机输出低电平时，就会出现上拉电阻 40mA 电流注入此 8 位的接口！
如果四个 8 添加所有位接口 1K 上拉电阻最有可能出现 32 × 5 = 160mA 所有的电流都流入单片机！
这个值已经超过了单片机手册给出的上限。单片机工作不稳定是理所当然的。
而且这些电流出现在负载无效的状态下，都是完全无用的电流，只产生发热、耗电量大、电池消耗快…等后果。
呵呵，特是现在，都在提倡节能减排，低碳…。

那么，把上拉电阻加大些，可以吗？　
回答是：不行的，因为需要它为拉电流负载提供电流。对于 LED，如果加大电阻，将使电流过小，发光暗淡，就失去发光二极管的作用了。

对于 D1，是灌电流负载，单片机输出低电平的时候，R1、D1 通路上会有灌电流；输出高电平的时候，那就什么电流都没有，此时就不产生额外的耗电。

综上所述，灌电流负载，是合理的；而“拉电流负载”和“上拉电阻”会产生很大的无效电流，这种电路不合理。

有些网友对上拉电阻情有独钟，有用没用的，都想在引脚上安装个上拉电阻，甚至还能说出些理由：稳定性啦、速度啦…。
其实，“上拉电阻”和“拉电流负载”电路，是会对单片机系统造成不良后果的。

做而论道看过很多关于单片机引脚以及上拉电阻方面的书籍、参考资料，基本上它们对于使用上拉电阻的弊病都没有进行仔细的讨论。

在此，坐而论道郑重向大家提出建议：设计单片机的负载电路，应该采用“灌电流负载”的电路形式，以避免无谓的电流消耗。

上拉电阻，仅仅是在 P0 口才考虑加不加的问题：当用 P0 口做为输入口的时候，需要加上、当用 P0 口输出高电平驱动 MOS 型负载的时候，也需要加上，其它的时候，P0 口也不用加入上拉电阻。

在其它接口(P1、P2 和 P3)，都不应该加上拉电阻，特别是输出低电平有效的时候，外接器件就有上拉的作用。