51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8004单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一。其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种，不仅因为其编程简单，更重要的是网上的资料非常丰富，所以一般学习单片机开发的都将51单片机作为入门开发的首选。需要注意的是，51系列的单片机一般不具备自编程能力。
（一）单片机芯片介绍
1.主要的51单片机芯片
Intel（英特尔）的80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等。
ATMEL（艾德梅尔）的89C51、89C52、89C2051，89S51（RC），89S52（RC）等。
Philips（飞利浦）、华邦、Dallas（达拉斯）、Siemens（西门子）等公司的许多产品。
STC（国产宏晶）单片机89C51、89C52、89C516、90C516等。
在本教材中，单片机产品设计与制作项目的所有产品都选用STC系列的芯片。
2.芯片封装简介
芯片封装方式如表3-1所示。
表3-1 芯片封装方式
续表
在本教材中单片机产品设计与制作项目的所有产品都选用DIP双列直插式封装的芯片。
3.51单片机引脚简介
51单片机PLCC和PDIP封装的芯片引脚如图3-1所示。
图3-1 51单片机引脚图
51单片机PDIP引脚介绍如下。
（1）电源引脚。
VCC（40脚）：电源端，接＋5 V电源。
GND（20脚）：接地端，接＋5V电源地端。
（2）外接晶体引脚。
89C51内部有一个振荡器和时钟产生电路。
XTAL1（19脚）：片内振荡电路反相放大器输入。
XTAL2（18脚）：片内振荡电路反相放大器输出。
当采用内部时钟时，片外连接石英晶体和微调电容，产生原始的振荡脉冲信号。
采用外部时钟时，XTAL1输入外部时钟脉冲信号，XTAL2悬空。
（3）控制信号引脚。
RST（9脚）：复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期高电平时，完成复位操作。
ALE/PROG（30脚）：地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端。
正常时，连续输出振荡器频率的1/6正脉冲信号。
PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通输出信号。访问片外ROM时，输出负脉冲作为读ROM选通。常连接到片外ROM芯片的输出允许端（OE）作外部ROM的读选通信号。
（31脚）：外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端。(www.xing528.com)
平时接“1”时，CPU访问片内4kB的ROM，当地址超4kB时，自动转向片外ROM中的程序。当接“0”时，CPU只访问片外ROM。
第2功能VPP，对8051编程时，编程电压输入端。
（4）输入/输出端口引脚。
4个8位的并行输入/输出端口，共32个引脚。作为通用输入/输出端口，准双向口，作为输入时要先对锁存器写“1”。默认启动初始化为高电平。
P0端口（P0.0～P0.7，第39～32脚）：漏极开路的准双向口，内部没有上拉电阻，为高阻状态，不能正常输出高低电平，做I/O时需要接上拉电阻（10kΩ）。
P1端口（P1.0～P1.7，第1～8脚）：内部带上拉电阻的准双向口，在做输入时要先置1。
P2端口（P2.0～P2.7，第21～28脚）：内部带上拉电阻的准双向口，与P1相似。
P3端口（P3.0～P3.7，第10～17脚）：内部带上拉电阻的准双向口，做I/O时与P1相似，另外还有特别重要的第二功能，如表3-2所示。
表3-2 P3口的第二功能
4.单片机工作的基本时序
（1）振荡周期：也称时钟周期，是指为单片机提供时钟脉冲信号的振荡源的周期，常用12 MHz 和11.059 2 MHz 的晶振。
（2）状态周期：每个状态周期为时钟周期的2倍，是振荡周期经二分频后得到的。
（3）机器周期：一个机器周期包含6个状态周期S1～S6，也就是12个时钟周期。在一个机器周期内，CPU可以完成一个独立的操作。
（4）指令周期：它是指CPU完成一条操作所需的全部时间。每条指令执行时间都是有一个或几个机器周期组成。MCS-51系统中，有单周期指令、双周期指令和四周期指令。单片机工作基本时序图如图3-2所示。
图3-2 单片机工作基本时序图
5.单片机最小系统
单片机最小系统或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括电源电路、时钟电路和复位电路。51单片机的最小系统电路如图3-3所示。
图3-3 51单片机最小系统电路图
（1）复位电路。
单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。
单片机的复位条件：必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。
单片机的复位电路分上电复位［见图3-4（a）］和按键复位［见图3-4（b）］。
图3-4 复位电路
上电复位电路中，利用电容充电来实现复位。在电源接通瞬间，RST引脚上的电位是高电平（VCC），电源接通后对电容进行快速充电，随着充电的进行，RST引脚上的电位也会逐渐下降为低电平。只要保证RST引脚上高电平出现的时间大于两个机器周期，便可以实现正常复位。
按键复位电路中，当按键没有按下时，电路同上电复位电路。如在单片机运行过程中，按下按键，已经充好电的电容会快速通过4.7kΩ电阻的回路放电，从而使得RST引脚上的电位快速变为高电平，此高电平会维持到按键释放，从而满足单片机复位的条件实现按键复位。
（2）时钟电路。
时钟电路就是晶振电路，一般选择12MHz或11.059 2MHz的晶振，因为可以准确地得到9 600波特率和19 200波特率，用于有串口通信的场合，产生精确的微秒级时间，方便使用定时器、计数器的功能。
片外石英晶体和放大器共同构成自激振荡器，旁路电容Cl、C2与外接石英晶体接在具有反馈功能的放大器中，构成了并联反馈振荡电路。对外接旁路电容Cl、C2即使没非常严厉的要求，但是电容容量的大小也会轻微影响振荡器频率的稳定性、振荡频率的幅值、起振的难易程度和温度稳定性等。
（3）电源电路。
电源电路就是单片机的供电电路，一般是3.3V或者5V，具体多少要参考各种型号的单片机的工作电压，通常情况下是5 V。在电路中40脚接电源5V，20脚接电源负极，在单片机里面，负极也可以叫GND或者“地”，我们在单片机的应用中，习惯说负极为“地”，上面GND就是英文ground的缩写，翻译过来就是“地”的意思。
特别注意：对于31脚（EA/VPP），当接高电平时，单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行；当接低电平时，复位后直接从外部ROM的0000H开始执行。这一点是初学者容易忽略的。
6.单片机的内部结构和应用功能
单片机的内部结构和应用功能请参见其他单片机教材，读者自行了解和学习。
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