基本介紹
單片機的可擦除唯讀存儲器可以反覆擦除1000次。該器件採用ATMEL高密度非易失存儲器製造技術製造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由於將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個晶片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排列如圖所示。
現在AT89S51/52已經取代了AT89C51/52。
主要特性
·與MCS-51 兼容
·4K位元組可程式FLASH存儲器
·壽命：1000寫/擦循環
·數據保留時間：10年
·全靜態工作：0Hz-24MHz
·三級程式存儲器鎖定
·128×8位內部RAM
·32可程式I/O線
·兩個16位定時器/計數器
·5箇中斷源
·可程式串列通道
·低功耗的閒置和掉電模式
·片內振盪器和時鐘電路
特性
AT89C51 提供以下標準功能：4k 位元組Flash 閃速存儲器，256位元組片內數據存儲器(00H -7FH為片內RAM，80H-FFH為特殊功能暫存器SFR)，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串列通信口，片內振盪器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態邏輯操作，並支持兩種軟體可選的節電工作模式。空閒方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串列通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的內容，但振盪器停止工作並禁止其它所有部件工作直到下一個硬體復位。
管腳說明
VCC：供電電壓。
GND：接地。
P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用於外部程式數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。
P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩衝器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1後，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由於內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。
P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩衝器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。並因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由於內部上拉的緣故。P2口當用於外部程式存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能暫存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。
P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”後，它們被內部上拉為高電平，並用作輸入。作為輸入，由於外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由於上拉的緣故。
P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管腳 備選功能
P3.0 RXD（串列輸入口）
P3.1 TXD（串列輸出口）
P3.2 /INT0（外部中斷0）
P3.3 /INT1（外部中斷1）
P3.4 T0（計時器0外部輸入）
P3.5 T1（計時器1外部輸入）
P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）
P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）
P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。
RST：復位輸入。當振盪器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。
ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用於鎖存地址的低位位元組。在FLASH編程期間，此引腳用於輸入編程脈衝。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈衝信號，此頻率為振盪器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈衝或用於定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈衝。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止，置位無效。
/PSEN：外部程式存儲器的選通信號。在由外部程式存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。
/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程式存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程式存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程式存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用於施加12V編程電源（VPP）。
XTAL1：反向振盪放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。
XTAL2：來自反向振盪器的輸出。
振盪器特性:
XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振盪器。石晶振盪和陶瓷振盪均可採用。如採用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有餘輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈衝的高低電平要求的寬度。
晶片擦除
整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，並保持ALE管腳處於低電平10ms 來完成。在晶片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲位元組被重複編程以前，該操作必須被執行。
此外，AT89C51設有穩態邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，支持兩種軟體可選的掉電模式。在閒置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內容並且凍結振盪器，禁止所用其他晶片工作，直到下一個硬體復位為止。
串口通訊
單片機的結構和特殊暫存器，這是你編寫軟體的關鍵。至於串口通信需要用到那些特殊功能暫存器呢，它們是SCON，TCON，TMOD，SCON等，各代表什麼含義呢？
SBUF數據緩衝暫存器這是一個可以直接定址的串列口專用暫存器。有朋友這樣問起過“為何在串列口收發中，都只是使用到同一個暫存器SBUF？而不是收發各用一個暫存器。”實際上SBUF 包含了兩個獨立的暫存器，一個是傳送暫存，另一個是接收暫存器，但它們都共同使用同一個定址地址－99H。CPU 在讀SBUF 時會指到接收暫存器，在寫時會指到傳送暫存器，而且接收暫存器是雙緩衝暫存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被回響，數據沒有被取走，下一幀數據已到來，而造成的數據重疊問題。傳送器則不需要用到雙緩衝，一般情況下我們在寫傳送程式時也不必用到傳送中斷去外理髮送數據。操作SBUF暫存器的方法則很簡單，只要把這個99H 地址用關鍵字sfr定義為一個變數就可以對其進行讀寫操作了，如sfr SBUF = 0x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在標準的reg51.h 或at89x51.h 等頭檔案中已對其做了定義，只要用#include 引用就可以了。
SCON 串列口控制暫存器通常在晶片或設備中為了監視或控制接口狀態，都會引用到接口控制暫存器。SCON 就是51 晶片的串列口控制暫存器。它的定址地址是98H，是一個可以位定址的暫存器，作用就是監視和控制51 晶片串列口的工作狀態。51 晶片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設定就是使用SCON 暫存器。它的各個位的具體定義如下：
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
SM0、SM1 為串列口工作模式設定位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設定。串列口工作模式設定。
SM0 SM1 模式 功能 波特率
0 0 0 同步移位暫存器 fosc/12
0 1 1 8位UART 可變
1 0 2 9位UART fosc/32 或fosc/64
1 1 3 9位UART 可變
在這裡只說明最常用的模式1，其它的模式也就一一略過，有興趣的朋友可以找相關的硬體資料查看。表中的fosc 代表振盪器的頻率，也就是晶振的頻率。UART 為(Universal Asynchronous Receiver）的英文縮寫。
SM2 在模式2、模式3 中為多處理機通信使能位。在模式0 中要求該位為0。
REM 為允許接收位，REM 置1 時串口允許接收，置0 時禁止接收。REM 是由軟體置位或清零。如果在一個電路中接收和傳送引腳P3.0,P3.1 都和上位機相連，在軟體上有串口中斷處理程式，當要求在處理某個子程式時不允許串口被上位機來的控制字元產生中斷，那么可以在這個子程式的開始處加入REM=0 來禁止接收，在子程式結束處加入REM=1 再次打開串口接收。大家也可以用上面的實際源碼加入REM=0 來進行實驗。
TB8 傳送數據位8，在模式2 和3 是要傳送的第9 位。該位可以用軟體根據需要置位或清除，通常這位在通信協定中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用於表示是地址幀還是數據幀。
RB8 接收數據位8，在模式2 和3 是已接收數據的第9 位。該位可能是奇偶位，地址/數據標識位。在模式0 中，RB8 為保留位沒有被使用。在模式1 中，當SM2=0，RB8 是已接收數據的停止位。
TI 傳送中斷標識位。在模式0，傳送完第8 位數據時，由硬體置位。其它模式中則是在傳送停止位之初，由硬體置位。TI 置位後，申請中斷，CPU 回響中斷後，傳送下一幀數據。在任何模式下，TI 都必須由軟體來清除，也就是說在數據寫入到SBUF 後，硬體傳送數據，中斷回響（如中斷打開），這時TI=1，表明傳送已完成，TI 不會由硬體清除，所以這時必須用軟體對其清零。
RI 接收中斷標識位。在模式0，接收第8 位結束時，由硬體置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬體置位。RI=1，申請中斷，要求CPU 取走數據。但在模式1 中，SM2=1時，當未收到有效的停止位，則不會對RI 置位。同樣RI 也必須要靠軟體清除。常用的串口模式1 是傳輸10 個位的，1 位起始位為0,8 位數據位，低位在先，1 位停止位為1。它的波特率是可變的，其速率是取決於定時器1 或定時器2 的定時值（溢出速率）。AT89C51 和AT89C2051 等51 系列晶片只有兩個定時器，定時器0 和定時器1，而定時器2是89C52 系列晶片才有的。
波特率在使用串口做通訊時，一個很重要的參數就是波特率，只有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串列連線埠每秒內可以傳輸的波特位數。有一些初學的朋友認為波特率是指每秒傳輸的位元組數，如標準9600 會被誤認為每秒種可以傳送9600個位元組，而實際上它是指每秒可以傳送9600 個二進位，而一個位元組要8 個二進位，如用串口模式1 來傳輸那么加上起始位和停止位，每個數據位元組就要占用10 個二進位，9600 波特率用模式1 傳輸時，每秒傳輸的位元組數是9600÷10=960 位元組。51 晶片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M 的晶振來計算，那么它的波特率可以達到1M。模式2 的波特率是固定在fosc/64 或fosc/32，具體用那一種就取決於PCON 暫存器中的SMOD位，如SMOD 為0，波特率為focs/64,SMOD 為1，波特率為focs/32。模式1 和模式3 的波特率是可變的，取決於定時器1 或2（52 晶片）的溢出速率。那么我們怎么去計算這兩個模式的波特率設定時相關的暫存器的值呢？可以用以下的公式去計算。
波特率=（2SMOD÷32）×定時器1 溢出速率
上式中如設定了PCON 暫存器中的SMOD 位為1 時就可以把波特率提升2 倍。通常會使用定時器1 工作在定時器工作模式1下，這時定時值中的TL1 做為計數，TH1 做為自動重裝值 ，這個定時模式下，定時器溢出後，TH1 的值會自動裝載到TL1，再次開始計數，這樣可以不用軟體去干預，使得定時更準確。在這個定時模式1下定時器1 溢出速率的計算公式如下：
溢出速率=（計數速率）/(256－TH1)
上式中的“計數速率”與所使用的晶體振盪器頻率有關，在51 晶片中定時器啟動後會在每一個機器周期使定時暫存器TH 的值增加一，一個機器周期等於十二個振盪周期，所以可以得知51 晶片的計數速率為晶體振盪器頻率的1/12，一個12M 的晶振用在51 晶片上，那么51 的計數速率就為1M。通常用11.0592M 晶體是為了得到標準的無誤差的波特率，那么為何呢？計算一下就知道了。如我們要得到9600 的波特率，晶振為11.0592M 和12M，定時器1 為模式2，SMOD 設為1，分別看看那所要求的TH1 為何值。代入公式：
11.0592M
9600=(2÷32)×((11.0592M/12)/(256-TH1))
TH1=250
12M
9600=(2÷32)×((12M/12)/(256-TH1))
TH1≈249.49
上面的計算可以看出使用12M 晶體的時候計算出來的TH1 不為整數，而TH1 的值只能取整數，這樣它就會有一定的誤差存在不能產生精確的9600 波特率。當然一定的誤差是可以在使用中被接受的，就算使用11.0592M 的晶體振盪器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率產生誤差，但晶體本身的誤差對波特率的影響是十分之小的，可以忽略不計。
封裝形式
圖一圖一51系列單片機DIP封裝圖
圖一系列單片機DIP封裝圖給出了雙列直插式封裝(DIP. Dualln-line Package), DIP封裝與MCS一51系列單片機的引腳完全兼容,可互換使用。
CMOS 工藝製造的低功耗晶片也採用塑封方型扁平式封裝(PQFP, Plastic Quad Flat Package)和塑封有引線晶片載體封簇(PLCC, Plastic Leaded Chip Carrier)形式.這兩種封裝採用44個引腳,其中4個引腳不用,其引腳排列如圖二51系列單片機PQFP和PLCC封裝圖。
圖二