01

前言

51單片機(jī)是最早最基礎(chǔ)也是目前應(yīng)用很廣泛的一款8位單片機(jī)，在大學(xué)階段，它是電子信息及自動(dòng)化類相關(guān)專業(yè)的學(xué)生必學(xué)的一門課程。它是一種通用型的微控制器，英文中我們通常將微控制器統(tǒng)稱為MCU。51單片機(jī)典型產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列（如8051/8052、8031/8032、8751/8752等）和Atmel公司的89C51、89C52、89C2051等系列。

目前在國內(nèi)以上這些單片機(jī)除了在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室，市場(chǎng)上已經(jīng)很難見得到了，一方面由于國外廠家停產(chǎn)了，比如Intel很早就不產(chǎn)8位芯片了，對(duì)于他們來說這點(diǎn)利潤(rùn)還不如做電腦CPU的零頭；另外的原因是應(yīng)為國產(chǎn)替代，進(jìn)口芯片在國內(nèi)市場(chǎng)完全沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)了。其中國產(chǎn)51單片機(jī)芯片制造商最著名的就STC了，他們的51核單片機(jī)幾乎占了國內(nèi)51核單片機(jī)的半壁江山。國產(chǎn)51單片機(jī)價(jià)格足夠便宜，一些簡(jiǎn)單型號(hào)批量?jī)r(jià)都降到1元內(nèi)了，引腳和功能多一些的型號(hào)也有2~3元一片的。并且經(jīng)過幾十年的技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)在的51單片機(jī)已不可同日而語了，不管是在外觀還是在功能方面都比以前的芯片更有優(yōu)勢(shì)了。

因?yàn)?1單片機(jī)具有這些優(yōu)勢(shì)所以在普通電子產(chǎn)品上很多商家都會(huì)選擇使用51單片機(jī)來降低產(chǎn)品的成本。在知識(shí)體系中51單片機(jī)是對(duì)數(shù)字電路承接，因?yàn)樗銐蚧A(chǔ)，相對(duì)現(xiàn)在復(fù)雜的芯片來說它是最合適的入門芯片，這也是它在高校課程安排中幾十年了也一直沒被淘汰的原因。如果你有志于進(jìn)入電子行業(yè)，那無論如何也需要把這門課程掌握好，事實(shí)上它學(xué)起來也沒什么難度。微機(jī)原理中的匯編學(xué)起來不一定很好掌握（如果你可以學(xué)的很好那就最好不過了，現(xiàn)在很多人用匯編對(duì)51單片機(jī)進(jìn)行極限開發(fā)呢），但51單片機(jī)課程中主要是以C語言為基礎(chǔ)，相對(duì)來說就好學(xué)很多了，再怎么說你大一也有一個(gè)學(xué)期的C語言基礎(chǔ)了吧。學(xué)會(huì)使用它之后你再去學(xué)習(xí)其他16位芯片或者32位甚至64位的芯片時(shí)就簡(jiǎn)單多了。

02

51單片機(jī)引腳分布

51系列單片機(jī),包括后面增強(qiáng)型52系列,他們的外觀基本都是通用的，無論那家生產(chǎn)的大致都可以相互替換，當(dāng)然是插件的替換插件的，貼片的替換貼片的！下面使用最基礎(chǔ)的版本來介紹一些它是引腳分布。

它的40pin引腳按功能分可分為4種：

1、電源引腳，由VCC（+5V）和GND（接地）提供電源。

2、時(shí)鐘信號(hào)引腳，由XTAL0和XTAL1接晶振產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。

3、控制信號(hào)引腳，RESET，ALE/PROG ，PSEN 和EA /VPP。

RESET是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平時(shí)觸發(fā)芯片復(fù)位。

ALE/PROG為地址鎖存允許信號(hào)端，在使用外部存儲(chǔ)器時(shí)通過輸出脈沖信號(hào)作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)，它也可以用作為帶有片內(nèi)EPROM的51單片機(jī)提供編程脈沖輸入。

PSEN為程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端在使用外部存儲(chǔ)器時(shí)用作片選信號(hào)。

EA /VPP是外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入控制信號(hào)，高電平時(shí)允許讀取外部EPROM，低電平則禁止。它的另外一個(gè)功能是作為固化編程電壓的輸入端，此功能使用不多，了解即可。

4、通用輸入輸出引腳，端口P0~P3都可以用作輸入輸出端口。

P0口是一個(gè)漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，做輸入時(shí)需要外接上拉電阻。

P1~P3口都是帶有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O端口，其中P3口的每個(gè)引腳還具有第二功能，如串口，外部中斷，定時(shí)器計(jì)算器輸入，外部RAM讀寫使能。在增強(qiáng)型芯片中P1.0和P1.1具有的第二功能分別為定時(shí)器2輸出信號(hào)端和定時(shí)器2輸入捕捉端。

溫馨提示：以上這些信息除了教材，網(wǎng)絡(luò)有之外，更多信息可以在芯片廠商官網(wǎng)或代理商網(wǎng)站上獲取。這里再次強(qiáng)調(diào)一下學(xué)會(huì)獲取芯片手冊(cè)的重要性，很多教材里沒有的或者作者不會(huì)告訴你的信息在芯片手冊(cè)中可能能夠查找到（現(xiàn)在是個(gè)人都可以出書，并且出書的人也不一定就實(shí)際應(yīng)用過他寫的內(nèi)容，芯片工作環(huán)境也可能不一樣，即使你們進(jìn)行同樣的操作，結(jié)果可能也未必就一樣）。如果你使用的芯片有更新過那最好從官網(wǎng)下載一份數(shù)據(jù)手冊(cè)來對(duì)比看看，平時(shí)使用時(shí)若遇到信息有差異時(shí)，應(yīng)以官方數(shù)據(jù)手冊(cè)為準(zhǔn)，也可以向官方咨詢確認(rèn)！在工作中你肯定會(huì)遇到?jīng)]接觸過的芯片，甚至有時(shí)你可能找遍全網(wǎng)都不一定能找到丁點(diǎn)使用參考資料，這時(shí)數(shù)據(jù)手冊(cè)就是你的指南，如果遇到國內(nèi)連芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)都找不到的話，那就去另想辦法，學(xué)會(huì)國外查找吧~

03

51單片機(jī)內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)

51單片機(jī)內(nèi)部的基本功能模塊可以分為中央處理器CPU、存儲(chǔ)器（RAM,ROM,FLASH）、I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)幾部分。

這是Atmel官方數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，大家可以先試著看一下它，英文基礎(chǔ)好一點(diǎn)的應(yīng)該能看懂個(gè)大概吧。

下圖是STC數(shù)據(jù)手冊(cè)中的內(nèi)容，兩者大同小異。

再簡(jiǎn)化一下就成這樣了：

中央處理器：包括運(yùn)算器ALU和控制邏輯構(gòu)成，其中也包括若干特殊功能寄存器（SFR）。

存儲(chǔ)器：51系列單片機(jī)存儲(chǔ)器采用的是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器完全分開的哈弗結(jié)構(gòu)，二者各有自己的尋址方式、尋址空間和控制系統(tǒng)。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器的大小與型號(hào)相關(guān)，還可以擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器。

I/O口：上一節(jié)已做介紹它是芯片與外設(shè)進(jìn)行通信和操作的基礎(chǔ)。

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：定時(shí)/計(jì)數(shù)器是51單片機(jī)的重要部件，它就像課程表一樣，什么時(shí)候讓芯片執(zhí)行什么程序，當(dāng)然這只是它的一部分功能，它也可以輸出脈沖信號(hào)，捕獲外部脈沖等等。

中斷系統(tǒng)：中斷簡(jiǎn)單來說就是打斷長(zhǎng)在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而去做另一件事，就像我們按照課程表上課，突然天氣預(yù)報(bào)說臺(tái)風(fēng)要來了，學(xué)校都要提前下課。在51單片機(jī)里中斷就是給我們提供設(shè)置一些比普通程序優(yōu)先級(jí)更高的程序已處理一些對(duì)時(shí)效要求高的任務(wù)，執(zhí)行完中斷事件之后再恢復(fù)執(zhí)行正常程序。