01

前言

51單片機是最早最基礎(chǔ)也是目前應(yīng)用很廣泛的一款8位單片機，在大學(xué)階段，它是電子信息及自動化類相關(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)以上這些單片機除了在學(xué)校實驗室，市場上已經(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，對于他們來說這點利潤還不如做電腦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)市場完全沒有價格優(yōu)勢了。其中國產(chǎn)51單片機芯片制造商最著名的就STC了，他們的51核單片機幾乎占了國內(nèi)51核單片機的半壁江山。國產(chǎn)51單片機價格足夠便宜，一些簡單型號批量價都降到1元內(nèi)了，引腳和功能多一些的型號也有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)勢了。

因為51單片機具有這些優(yōu)勢所以在普通電子產(chǎn)品上很多商家都會選擇使用51單片機來降低產(chǎn)品的成本。在知識體系中51單片機是對數(shù)字電路承接，因為它足夠基礎(chǔ)，相對現(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，事實上它學(xué)起來也沒什么難度。微機原理中的匯編學(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51單片機進(jìn)行極限開發(fā)呢），但51單片機課程中主要是以C語言為基礎(chǔ)，相對來說就好學(xué)很多了，再怎么說你大一也有一個學(xué)期的C語言基礎(chǔ)了吧。學(xué)會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位的芯片時就簡單多了。

02

51單片機引腳分布

51系列單片機,包括后面增強型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、時鐘信號引腳，由XTAL0和XTAL1接晶振產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。

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

RESET是復(fù)位信號輸入端，高電平時觸發(fā)芯片復(fù)位。

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

PSEN為程序存儲允許輸出信號端在使用外部存儲器時用作片選信號。

EA /VPP是外部程序存儲器地址允許輸入控制信號，高電平時允許讀取外部EPROM，低電平則禁止。它的另外一個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口是一個漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口，做輸入時需要外接上拉電阻。

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口的每個引腳還具有第二功能，如串口，外部中斷，定時器計算器輸入，外部RAM讀寫使能。在增強型芯片中P1.0和P1.1具有的第二功能分別為定時器2輸出信號端和定時器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。這里再次強調(diào)一下學(xué)會獲取芯片手冊的重要性，很多教材里沒有的或者作者不會告訴你的信息在芯片手冊中可能能夠查找到（現(xiàn)在是個人都可以出書，并且出書的人也不一定就實際應(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)手冊來對比看看，平時使用時若遇到信息有差異時，應(yīng)以官方數(shù)據(jù)手冊為準(zhǔn)，也可以向官方咨詢確認(rèn)！在工作中你肯定會遇到?jīng)]接觸過的芯片，甚至有時你可能找遍全網(wǎng)都不一定能找到丁點使用參考資料，這時數(shù)據(jù)手冊就是你的指南，如果遇到國內(nèi)連芯片數(shù)據(jù)手冊都找不到的話，那就去另想辦法，學(xué)會國外查找吧~

03

51單片機內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)

51單片機內(nèi)部的基本功能模塊可以分為中央處理器CPU、存儲器（RAM,ROM,FLASH）、I/O口、定時器/計數(shù)器和中斷系統(tǒng)幾部分。

這是Atmel官方數(shù)據(jù)手冊中給出的內(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)好一點的應(yīng)該能看懂個大概吧。

下圖是STC數(shù)據(jù)手冊中的內(nèi)容，兩者大同小異。

再簡化一下就成這樣了：

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

存儲器：51系列單片機存儲器采用的是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲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)存儲器和程序存儲器的大小與型號相關(guān)，還可以擴展外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。

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)。

定時器/計數(shù)器：定時/計數(shù)器是51單片機的重要部件，它就像課程表一樣，什么時候讓芯片執(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，捕獲外部脈沖等等。

中斷系統(tǒng)：中斷簡單來說就是打斷長在執(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)報說臺風(fēng)要來了，學(xué)校都要提前下課。在51單片機里中斷就是給我們提供設(shè)置一些比普通程序優(yōu)先級更高的程序已處理一些對時效要求高的任務(wù)，執(zhí)行完中斷事件之后再恢復(fù)執(zhí)行正常程序。