篇一：51系列单片机介绍
51系列单片机是基本型，包括8031、8051、8751、8951这四个机种区别，仅在于内程序储存器。其中8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。
8031的特点
8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051的特点
8051片内有4k ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。
8751的特点
8751与8051基本一样，但8751片内有4k的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。
由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。人们统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。
AT89C51、AT89S51的特点
在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。再着，AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
AT89C2051、AT89C1051等的特点
ATMEL公司的51系列还有AT89C2051、AT89C1051等品种，这些芯片是在AT89C51的基础上将一些功能精简掉后形成的精简版。AT89C2051取掉了P0口和P2口，内部的程序FLASH存储器也小到2K，封装形式也由51的P40脚改为20脚，相应的价格也低一些，特别适合在一些智能玩具，手持仪器等程序不大的电路环境下应用；AT89C1051在2051的基础上，再次精简掉了串口功能等，程序存储器再次减小到1k，当然价格也更低。
对2051和1051来说，虽然减掉了一些资源，但他们片内都集成了一个精密比较器，别小看这小小的比较器，他为我们测量一些模拟信号提供了极大的方便，在外加几个电阻和电容的情况下，就可以测量电压、温度等我们日常需要的量。这对很多日用电器的设计是很宝贵的资源。
由于51系列单片机的内核都一样，所以在51单片机教材方面目前仍然沿用Intel MCS 8051单片机的书籍。开发软件和工具也是一样，我们统称为8051开发系统、环境、等等，如我们网站介绍的汇编程序ASM51、Keil C51、MedWin 等均是针对8051内核单片机的开发软件。
单对AT89C51、AT89S51来说，在实际电路中可以直接互换8051\\8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地（GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平（VCC），
单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取。其他无须改动。另外，AT89C51、AT89s51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。
89S51与89C51的区别
MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751等通用产品，一直到现在， MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的89S51、89C51等）。 89S51相对于89C51增加的新功能包括：
-- 新增加很多功能，性能有了较大提升，价格基本不变，甚至比89C51更低！
-- ISP在线编程功能，这个功能的优势在于改写单片机存储器内的程序不需要把芯片从工作环境中剥离。是一个强大易用的功能。
-- 最高工作频率为33MHz，大家都知道89C51的极限工作频率是24M，就是说S51具有更高工作频率，从而具有了更快的计算速度。
-- 具有双工UART串行通道。
-- 内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。 -- 双数据指示器。
-- 电源关闭标识。
-- 全新的加密算法，这使得对于89S51的**变为不可能，程序的保密性大大加强，这样就可以有效的保护知识产权不被侵犯。
-- 兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列产品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容产品。也就是说所有教科书、网络教程上的程序（不论教科书上采用的单片机是8051还是89C51还是MCS-51等等），在89S51上一样可以照常运行，这就是所谓的向下兼容。
篇二：51系列单片机概述
第一讲：51系列单片机概述
课程安排
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? 了解51系列单片机 介绍51系列单片机的典型引脚结构 介绍51系列单片机的内部结构 中央处理器结构 存储器结构 单片机指令时序 掉电保护 低功耗模式
了解51系列单片机
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? 单片机——单片微型计算机（Single-Chip Microcomputer）的简称 1946年，世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国宾夕法尼亚大
学研制成功。
? 单片机内部集成如下部件：
– 中央处理器（Central Processing Unit，CPU）
– 只读存储器（Read Only Memory，ROM）
– 随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）
– 定时器/计数器及I/O（Input/Output）接口等部件。
? 单片机成为最重要的可编程硬件控制单元
了解51系列单片机
? 发展历史：
– 1970年~1974年：诞生了第一代4位的单片机。这类单片机
已经具有了并行I/O接口，以及一些常用的A/D和D/A等资
源。这在当时来说是非常强大的，通过灵活的控制能力，使其
应用于电视机、收音机和电子玩具中。
– 1974年~1978年：单片机进入8位时代。这个时期以Intel
公司的MCS-48系列单片机最具代表性。此时的单片机内部集
成了更为强大的8位CPU内核、多个并行I/O接口、同时增
加了定时器/计数器以及小容量的RAM和ROM等。
– 1978年~1983年：Intel公司的MCS-51系列为代表，标志
着进入高档8位单片机时代。这个时期的单片机工作频率、硬
件资源和RAM/ROM容量等都有极大的突破，创新地加入了串口通信接口以及多级中断处理系统。我们现在所广泛使用的单
片机都仍以该内核为基础，因此，也常成为51系列单片机。
了解51系列单片机
? 随后，单片机市场便进入百花齐放、百家争鸣时代。各个厂商不仅在增
强单片机的性能，同时还推出了不同类型的单片机。
– PIC系列
– AVR系列
– ARM系列
– C8051F系列
– PSoC系列
– 等等
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? 单片机的应用领域
– 家电产品，例如在电视、电话、冰箱、空调、洗衣机、家用防
盗报警器等。在这里设备中，单片机主要用于功能控制。
– 随身影音设备，例如MP3、MP4、录音笔等。在这里设备中，
单片机用于系统控制和功能管理。
– 电子玩具，例如各种电动玩具、发声玩具、玩具机器人、遥控
电动车、遥控航模等。在这里设备中，单片机实现了核心功能
的控制和智能人机接口。
– 机电一体化设备，例如车床、铣床、数控机床等。在这类设备
中，单片机作为机电一体化设备的控制器，可以简化机械产品
的结构设计，实现智能的生产和操作控制，并扩展原有设备的
功能。
– 数据通信，例如无线数传、大容量存储设备等。在这类设备
中，单片机依靠串口、并口或者高速USB接口等，实现计算机
之间、计算机与外围设备之间的控制和数据传输等。
– 测控设备，例如数据采集系统、示波器、智能仪表等。在这里
设备中，依靠单片机强大控制和通信能力，实现测试、测量和
控制等功能。
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? 单片机的发展方向
– 高速。早期的51内核只有几MHz的运行频率，现在各个公司
推出的51单片机产品均能够达到几十MHz的运行频率，例如
Atmel公司的AT89S系列的单片机最大运行于33MHz，还有
其他一些公司的产品也都具有很高的速度。
– 缩短指令执行周期。早期的51内核指令一般需要1~4个指令
周期来完成，最快的单周期指令也需要6个时钟周期，相当于
12个时钟振荡周期。新的增强型51内核大大缩短了指令的执
行周期，例如MAXIM的高速单片机每机器周期使用一个时
钟，速度是标准8051的33倍。还有其他一些公司也相应提高了指令的执行时间。
– 低功耗。单片机主要应用于各种嵌入式设备中，这类设备最大
的共性便是采用电池供电，需要具有出色的功耗控制。否则，
一个产品很快没电了，便毫无使用价值了。现在的单片机功耗
都在逐步下降，同时还提供了丰富的低功耗模式可供选择，大
大延长了电池的使用时间。
– 高度集成性。现在的单片机集成了越来越多的功能，例如A/D
转换、D/A转换、SPI接口、I2C接口、USART接口、USB
接口、CAN接口等等。在有些设计项目中，甚至仅靠一个单片
机便可以完成所有的工作，真正实现“单片”的含义。
– 减小封装尺寸。单片机在提高强度的接口功能的同时，其封装
体积也在逐步减少。这样，可以减少电路板的使用面积，使最
终产品小型化。目前的手机、笔记本等的日益小型化便是很好
的体现。
51系列单片机的典型引脚结构
51系列单片机的典型引脚结构
? 电源引脚
– VCC（Pin40）：正电源引脚。正电源接4.0～5.0V电压，正
常工作电压为+5V。
– GND（Pin20）：接地引脚。
51系列单片机的典型引脚结构
? 时钟引脚
– XTAL1（Pin19）：用作片内振荡电路的输入端。
– XTAL2（Pin18）：用作片内振荡电路的输出端或者外部时钟
源的输入引脚。
51系列单片机的典型引脚结构
? P0端口即P0.0～P0.7，占据Pin39～Pin32共8个引脚。P0端口
具有两个功能，既可以用作双向数据总线口，也可以分时复用输出低8位地址总线。
51系列单片机的典型引脚结构
? P1端口即P1.0～P1.7，占据Pin1～Pin8共8个引脚。P1端口一般
用做通用I/O端口，是8位准并行的，具备4个TTL负载的驱动能力。P1端口可以用做位处理，既各位都可以单独输出或输入数据。
51系列单片机的典型引脚结构
? P2端口即P2.0～P2.7，占据Pin21～Pin28共8个引脚。P2端口
可以用作通用I/O端口，或者在扩展外部存储器时用作高8位地址线。
51系列单片机的典型引脚结构
? P3端口即P3.0～P3.7，占据Pin10～Pin17共8个引脚。P3端口
可以用作通用I/O端口，可进行位操作，同时还具有特定的第二功能。
51系列单片机的典型引脚结构
51系列单片机的典型引脚结构
? 单片机的复位引脚为RST（Pin9），单片机内部CPU的复位信号便从
这里输入。
? 单片机复位完全通过RST引脚来完成，其基本原理是在单片机的时钟
振荡电路启动后，如果RST引脚外加两个机器周期（即24个时钟振荡脉冲）以上的高电平，单片机便实现了复位。
51系列单片机的典型引脚结构
上电复位电路
51系列单片机的典型引脚结构
? ALE引脚（Pin30）具有两种功能，可以作为地址锁存使能端和编程脉
冲输入端。下面分别进行介绍。
– 当作为地址锁存使能端时为ALE。当单片机访问外部程序存储
器时，ALE（地址锁存）的负跳变将低8位地址打入锁存。而
当访问外部数据存储器时，例如执行MOVX类指令，ALE引脚会跳过一个脉冲。当单片机在非访问内部程序存储器时，ALE
引脚将有一个1/6振荡频率的正脉冲信号输出，该信号可以用
于外部计数或电路其他部分的时钟信号。
– 当作为编程脉冲输入端时为，在进行程序下载时使用。
51系列单片机的典型引脚结构
? （Pin29）引脚是单片机访问外部程序存储器的读选通信号。当
单片机访问外部程序存储器，读取指令码时，该引脚在每个机器周期产生两次有效信号，即该引脚输出两个负脉冲选通信号；在执行片内程序存储器读取指令码以及读写外部数据时，该引脚不产生脉冲信号。
51系列单片机的典型引脚结构
篇三：51系列单片机的结构和功能
1. 外文资料翻译译文：
51系列单片机的结构和功能
51系列单片机是英特尔公司生产的具有一定结构和功能的单片机产品。这家公司在1976年引入8位MCS - 48系列单片机后，于1980年又推出了8位高档的MCS - 51系列单片机。它包含很多种这类型的单片机，如8051，8031，8751，80C51BH，80C31BH等，它们的基本组成，基本性能和指令系统都是一样的。一般情况习惯用8051来代表51系列单片机。
一个单片机的系统是由以下几部分组成：（1）一个8位CPU微处理器。（2）静态随机存取存储器，能够储存程序运行过程中产生的数据。（3）程序存储器ROM / EPROM中（4KB/8KB），用来保存程序和一些初始数据。但是在一些单片机中不使用ROM / EPROM中，如8031，8032，80c系列等。（4）4个8排的I / O并行接口P0 ~P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。（5）2个定时器/计数器，每个定时器/计数器可设置计数用来计数外部事件，可以设置成常用的定时方式，并可以根据计算或结果控制单片机的运行。（6）五个中断源控制系统。
（7）1个双向串行I / O口的UART（通用异步接收器/发送器UART），用于实现单片机的串行通信。（8）振荡器和时钟产生电路，需要外部电源的石英晶体微调电路，允许接在12v的振荡频率上。上述部分通过内部数据总线连接。其中，CPU是单片机的核心，它是单片机的控制和指挥中心，ALU算数逻辑运算单元可进行算术运算和逻辑运算，由1个 8暂时存储器，和2个 8位的累加器组成。Acc累加器是ALU运算结果的存放单元，一般数据通过它来传送。此外，Acc往往被视为对8051内的数据传输中转站。和通常的微处理器一样，它是最繁忙的寄存器。有记忆功能并执行命令。该控制器包括程序计数器，可读写的存储器，振荡器和定时电路等。该程序计数器是有两对8或16位计数器，它是一个字节地址计数器，在个人电脑运行程序时，执行下一个单元的内容，程序执行时可以改变它的内容从而改变运行的结果。在8051芯片震荡电路中，需要外接石英晶体和微调电容，其频率范围为1.2MHz—12MHz。该脉冲信号，即为8051的工作周期，是最小的时间单位。8051和其他单片机一样，都有相同的控制和功能，就像乐
队也有打击乐器一样。
在8051中有ROM（程序存储器，只能读取），和RAM（数据存储器，可以读和写），他们有各自独立的内存地址空间，也有相同的处理方式。8051和8751的程序存储器的存储容量为4KB，地址从0000H开始，在使用过程中其中的数据不变。8051、8751、8031数据存储器的内存为128B，默认地址是00FH，用于保存中间数据和缓存。在这128B的内存中，有32 byteses，被称作工作寄存器，和常用的微处理器不同的是，8051的RAM是按功能来划分模块的。MCS - 51系列单片机和一般电脑的处理方式不同。一般电脑会自动分配地址空间，ROM和RAM的计算机可以安排在不同的空间内，地址范围会根据ROM和RAM的位置分配不同地址空间。在访问的内存，不管是ROM和RAM，只有一个地址对应一个内存单元，都要按这个顺序访问。这种内存结构是所谓的普林斯顿结构。 8051的存储器按物理结构划分可分为程序存储器空间和数据存储空间，共有四个内存空间，按结构位置的不同分为内部程序存储空间、外部程序存储空间、内部数据存储空间和外部数据存储空间。但从用户的使用角度看，8051存储器地址空间被分成三类：
（1）片内，安排FFFFH的块，片外的（使用16个地址）串口0000H地址。（2）外部数据存储器地址空间为64KB，地址是从0000H到 FFFFH（含16个地址）的位置排列也。（3）256B的数据存储器（使用8个地址）的地址空间。上述三个重叠的内存空间地址，用8051指令系统的传输不同的数据和使用的功能区分。CPU的访问内存时，访问ROM使用MOVC语句，访问RAM块顺序使用片外操作的MOVX语句，访问内存片段使用MOV语句。
8051单片机有4个8并行的I / O端口，分别为P0，P1，P2和P3。每个端口是8位精确的双向口，共占了32针。每一个I / O线可作为独立的入口和出口。每个端口包括一个锁存器（即特殊功能寄存器），一个出口驱动器和引进缓冲器。使数据能够锁存输出，数据可以及时缓冲，其余四个具有相同的功能。接外部存储扩大它们的内存时，这四个口就可作为双向口常用的I / O口，这是，P2口看到高8位地址，P0口是一个公共两用口，传送输出低8的地址和数据。
P3口的输出级别小于P1，可以在里面绘制负载电阻，每一个都能驱动4个LS型TTL负载输出。作为输入口时，所有TTL或NMOS电路都可以驱动一个正常的方式8051 - P3口作为单片机的P1口。可以利用改变电阻的输出大小，直接
地充当震荡开路，不需要添加外部电阻。其中每个口都是标准的双向口。当在当做输入口时，必须把相应的端口置1来锁闭输出。比如8051单片机，所有端口提供的输出电流只能几毫安，用作输出口时接一个普通的晶体管，要稳定使用，还要接一定电阻。其主要功能是把初始地址设为0000H，使单片机从0000H的地址开始运行程序。除了正常进入系统的初始化，由于操作失误或操作过程错误，也要能够解决错误，重新运行。在8051中RST引脚是一个输入复位键，复位键高电平信号有效，要保证24倍以上的时钟周期（即2个机器周期）。如果收到高频的6v输入信号，单片机就会复位。
初始化时，需要两部分外部电路。外部电路采用施密特触发方式触发了复位键（RST），形成了复位信号输出电路，并把信号传送到每个引脚，按顺序到了复位引脚，就会迅速响应信号指令。复位功能的可靠性，适合6v电压的电容震荡电路，复位信号的周期可以大于两个机器周期。虽然复位电路的结构很简单，但它的功能是非常重要的。一个单片机系统能否正常运行，应先检查它有没有正确的复位电路。检查和检测其发出信号，用示波器显示时，结合复位电路很重要，观察波形时，输出口（瞬时）的波动范围是很大的，也可以通过复位电路对实验进行有必要的改变。
2.外文原文：
Structure and function of the MCS-51 series
Structure and function of the MCS-51 series one-chip computer
MCS-51 is a name of a piece of one-chip computer series which Intel Company produces. This company introduced 8 top-grade one-chip computers of MCS-51 series in 1980 after introducing 8 one-chip computers of MCS-48 series in 1976. It belong to a lot of kinds this line of one-chip computer the chips have,such as 8051, 8031, 8751, 80C51BH, 80C31BH,etc., their basic composition, basic performance and instruction system are all the same. 8051 daily representatives- 51 serial one-chip computers .
An one-chip computer system is made up of several following parts: ( 1) One microprocessor of 8 (CPU). ( 2) A slice data memory RAM (128B/256B),it use not depositting not can reading /data that write, such as result not middle of operation, final result and data wanted to show, etc. ( 3) Procedure memory ROM/EPROM (4KB/8KB ), is used to preserve the procedure , some initial data and form in slice. But does not take ROM/EPROM within some one-chip computers, such as 8031 , 8032, 80C ,etc.. ( 4) Four 8 run side by side I/O interface P0 four P3, each mouth can use as introduction , may use as exporting too. ( 5) Two timer / counter, each timer / counter may set up and count in the way, used to count to the external incident, can set up into a timing way too, and can according to count or result of timing realize the control of the computer. ( 6) Five cut off cutting off the control system of the source . ( 7) One all duplexing serial I/O mouth of UART (universal asynchronous receiver/transmitter (UART) ), is it realize one-chip computer or one-chip computer and serial communication of computer to use for. ( 8) Stretch oscillator and clock produce circuit, quartz crystal finely tune electric capacity need outer. Allow oscillation frequency as 12 megahertas now at most. Every the above-mentioned part was joined through the inside data bus .Among them, CPU is a core of the one-chip computer, it is the control of the computer and command centre, made up of such parts as arithmetic unit and controller , etc.. The arithmetic unit can carry on 8 persons of arithmetic operation and unit ALU of logic operation while including one, the 1 storing device temporarilies of 8, storing device 2 temporarily, 8's accumulation device ACC, register B and procedure state register PSW, etc. Person who accumulate ACC count by 2 input ends entered of checking etc. temporarily as one operation often, come from person who store 1 operation is it is it make operation to go on to
count temporarily , operation result and loopback ACC with another one. In addition, ACC is often regarded as the transfer station of data transmission on 8051 inside . The same as general microprocessor, it is the busiest register. Help remembering that agreeing with A expresses in the order. The controller includes the procedure counter , the order is depositted, the order decipher, the oscillator and timing circuit, etc. The procedure counter is made up of counter of 8 for two, amounts to 16. It is a byte address counter of the procedure in fact, the content is the next IA that will carried out in PC. The content which changes it can change the direction that the procedure carries out . Shake the circuit in 8051 one-chip computers, only need outer quartz crystal and frequency to finely tune the electric capacity, its frequency range is its 12MHZ of 1.2MHZ. This pulse signal, as 8051 basic beats of working, namely the minimum unit of time. 8051 is the same as other computers, the work in harmony under the control of the basic beat, just like an orchestra according to the beat play that is commanded.
There are ROM (procedure memory , can only read ) and RAM in 8051 slices (data memory, can is it can write ) two to read, they have each independent memory address space, dispose way to be the same with general memory of computer. Procedure 8051 memory and 8751 slice procedure memory capacity 4KB, address begin from 0000H, used for preserving the procedure and form constant. Data 8051- 8751 8031 of memory data memory 128B, address false 00FH, use for middle result to deposit operation, the data are stored temporarily and the data are buffered etc.. In RAM of this 128B, there is unit of 32 byteses that can be appointed as the job register, this and general microprocessor is different, 8051 slice RAM and job register rank one formation the same to arrange the location. It is not very the same that the memory of MCS-51 series one-chip computer and general computer disposes the way in addition. General computer for first address space, ROM and RAM can arrange in different space within the range of this address at will, namely the addresses of ROM and RAM, with distributing different address space in a formation. While visiting the memory, corresponding and only an address Memory unit, can ROM, it can be RAM too, and by visiting the order similarly. This kind of memory structure is called the structure of Princeton. 8051 memories are divided into procedure memory space and data memory space on the physics structure, there are four memory spaces in all: The procedure stores in one and data memory space outside data memory and one in procedure memory space and one outside one, the structure forms of this kind of
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