首先51是最古老的芯片(指8051)，专利过期了其他厂家兼容芯片琳琅满目。在你列出的这几种里面速度慢，内存小(排除有些厂家出的魔改的型号)。常见的厂家stc的，atmel的正统89c51系列以及后期魔改型号。国产的st89，10，11，12，以及最新的15。还有c8051系列，以及高速usb接口的芯片，以及有很多无线收发芯片的核心是8051的。但是指令集兼容但是寄存器的复杂度就不一样了。
说arduino的话，arduino算是一个平台，他的早起，也是最广泛的核心是基于avr单片机的。我们都戏说arduino团队是给avr收买了帮avr买芯片。既然你没问avr的我就只说说arduino的情况。他简单易懂，做毕业，原型，快速开发的时候，硬件搭设方便，基本不用你去画板子，导线连接模块就是了。代码也全是简单易懂的。基本不涉及到寄存器级。总得来说就是开发快。小量定制化还是划算。真的做产品或者研究就算了，成本高，简单高度抽象化带来就是效率底下以及资源开销大，模块数量上去后系统就撑不住了。
虽然现在也有基于stm32，fpga，lpc，pic等芯片做的arduino，但是开源库和ide的开发很多没跟上，不兼容也没办法继承avr的arduino遗产。虽然官方也出了avr32位单片机的arduino，以及arm m0，还有配合嵌入式openwrt系统的arduino yun。但是价格以及方便性简直了(更何况新的芯片大多是低压io，外接模块很少兼容。
说stm32之前要说arm，上面的人也说过了，arm有分好几个版本。只说最近的划分，一个就是带mmu内存管理的，一般需要外接ram，flash才能工作。就是你听到的手机处理器arm多少多少，还有的路由器的处理器，以及服务器的处理器。特点是跑系统。还有就是不带mmu的嵌入式，和8051一样带ram，flash。现在划分了m0 m3 m4 m7等用在嵌入式，以及m0+升级版和其他特殊版本。总之就是比8051高了不知道哪里去了的芯片。然后stm32是st意法半导体公司向arm公司购买了核心(嵌入式)版权，加上自己的外设生产的一个系列的芯片。功能强大速度快外设多。但是寄存器复杂度等和8051就不能比了。所以官方也出了库，现在还出了专门的代码生成软件cube来简化操作。
fpga就厉害多了，前面说的几种都是单片机，做运算都是一步步来的，逻辑上是串联的。fpga是并行的，单片机一次同一时间只能做一次运算，fpga只要资源够(芯片买的贵)，你心情好，同时进行成百上千的运算都可以的。所以一般用在速度要求高的地方，比如视频压缩，高速网络设备等。8051，arduino，stm32，10元左右就能上，fpga不上百就没啥资源可用，连前面三都比不过。fpga也不是用c来开发的，你可以想象成是一个数学的算法然后转到电路去执行(视频压缩就是一种)。更考数学，算法类的。
总结1，8051系列已经是辉煌的末日了。构架上已经拉后腿了，除了老代码，老系统升级，就是特定领域的芯片上使用。但是他至今还占用很大份额的原因是——大学的课本是他。
总结2，arduino就是一个玩具，玩玩可以，艺术类学生用来做互动的比较多。很多是不懂嵌入式硬件的程序员用来做东西玩。真正懂的要么直接用底层的avr要么用stm32或者其他了
总结3stm32杠杠的，值得学。在同性质的单片机里面最具性价比的。学习资料也多。
总结4 没的说太大范围了，都攘括了上一条总结的东西。
总结5高大上。学好饭碗不愁，高薪。但是怎么也得博士硕士才能干出点成绩，野路子的话是享受不到这个的。同时资料也少，入门成本高。
都是单片机，区别仅在于每种不同的单片机ic各自的输入、输出接口数量不同，rom不一样大，运行频率不一样等等，简单点说你可以把他们之间的区别理解为intel的cpu和amd的cpu之间的差别，以及intel的早期cpu如赛扬300a跟现在的i7第四代之间的差别
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