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03、51 单片机介绍

news 2025/10/16 11:16:17

计算机的组成（冯诺依曼原理）：一台能够工作的计算机要有这样几个部件构成：CPU（进行运算、控制）、 RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、输入/输出设备（例如：串行口、并行输出口等）。而在单片机中，这些部件全部被做到一块集成电路芯片中，所以就称
为单片机（也称微控制器 MCU），而且有一些单片机中除了上述部份外，还集成
了其它部份如 A/D，D/A 等。

在众多微控制器中，51 单片机确实是非常适合初学者入门学习的，因此很有必要先认识和了解 51 单片机。

一、51 单片机介绍

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。

80C51 是 MCS-51 系列中的一个典型品种；其它厂商以 8051 为基核开发出的
CMOS 工艺单片机产品统称为 80C51 系列。当前常用的 80C51 系列单片机主要产
品有：

Intel(英特尔)的：i80C31、i80C51、i87C51，i80C32、i80C52、i87C52 等；
ATMEL(艾德梅尔)的：AT89C51、AT89C52、AT89C2051，AT89S51（RC），AT89S52（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：STC89C51、STC89C52、STC89C516、STC90C516 等众
多品牌

80C51 芯片管脚图如下所示：

上图中左图是 51 单片机非常经典的管脚图，通常采用的是 DIP-40 封装。
其内部资源如下：

8 位 CPU ·4kbytes 程序存储器(ROM) (52 为 8K) ·128bytes 的数据存储器(RAM) （52 有 256bytes 的 RAM）
32 条 I/O 口线
11 条指令，大部分为单字节指令
21 个专用寄存器
2 个可编程定时/计数器
5 个中断源，2 个优先级（52 有 6 个）
一个全双工串行通信口
外部数据存储器寻址空间为 64kB
外部程序存储器寻址空间为 64kB
逻辑操作位寻址功能
双列直插 40PinDIP 封装
单一 +5V 电源供电

CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器

RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据；

ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；

I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出;

T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在计数模式；

五个中断源的中断控制系统；

一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信;

片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最佳振荡频率为 6M—12M

总线（BUS）是单片机各部件之间传送信息的公共通道。单片机中有内部总线和外部总线两类，内部总线是 CPU 内部之间的连线，外部总线是指 CPU 与其它部件之间的连线；外部总线有三种: 数据总线 DB（Data Bus）,地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CBControl Bus）。

二、STC89C×× 芯片介绍

宏晶公司推出的增强型 51 单片机 STC89Cxx/STC90Cxx等系列更受大众喜爱，除内部资源及功能大大增强外，还有一个非常重要的是它支持 ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器或专用仿真器。

2.1、STC 芯片丝印说明

STC89C52RC 40I-PDIO40 1947H0XN52.X90C 丝印下面我们了解下芯片表面丝印的含义

STC--表示芯片为 STC 公司生产的产品，其他公司的也有 AT、i、SST 等。
8--表示该芯片为 8051 内核芯片。
9--表示内部含有 Flash EEPROM 存储器，还有如 80C51 中 0 表内部含有MaskROM（掩模 ROM）存储器；如 87C51 中 7 表示内部含有 EPROM（紫外线可擦除ROM）存储器。
C--表示该器件为 CMOS 产品。还有如 89LV52 和 89LE58 中的 LV 和 LE 都表示
该芯片为低电压产品（通常为 3.3V 电压供电）；而 89S52 中 S 表示该芯片含有
可串行下载功能的 Flash 存储器，即具有 ISP 可在线编程功能。
5--固定不变。
2--表示该芯片内部程序存储（FLASH）空间大小，1 为 4KB，2 为 8KB，3 为
12KB，即该数乘以 4KB 就是芯片内部的程序存储空间大小。程序空间大小决定了
一个芯片所能装入执行代码的多少。一般来说，程序存储空间越大，芯片价格也
越高，所以我们再选择芯片的时候要根据自己需求选择合适芯片。
RC--STC 单片机内部 RAM（随机读写存储器）为 512B。还有如 RD+表示内部
RAM 为 1280B。还有芯片会省略此部分。
40--表示芯片外部晶振最高可接入 40MHz。对 AT 单片机数值一般为 24，表
示外部晶振最高位 24MHz。
40--表示芯片外部晶振最高可接入 40MHz。对 AT 单片机数值一般为 24，表
示外部晶振最高位 24MHz。
I--产品级别，表示芯片使用温度范围。
C 表示商业级，温度范围为 0~+70 度。
I 表示工业级，温度范围为-40~+85 度。
A 表示汽车级，温度范围为-40~+125 度。
M 表示军用级，温度范围为-55~+150 度。
1947--表示本批芯片生产日期为 19 年第 47 周

2.2、STC 89C51 芯片简介

STC89C51 是 STC 推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的 51 单片机，它是采用 8051 核的 ISP（In System Programming）在系统可编程芯片，指令代码完全兼容传统的 8051 单片机，最高工作时钟频率为 80MHz，片内含 4K Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件兼容标准 MCS-51 指令系统及80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，具有在系统可编程（ISP）特性，配合 PC 端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快。STC89C51 系列单片机是单时钟/机器周期( 1T ) 的兼容 8051 内核单片机，是高速 / 低功耗的新一代 8051 单片机，全新的流水线 / 精简指令集结构,内部集成 MAX810 专用复位电路。其特性功能主要如下：

1：增强型 8051 单片机，6 时钟/机器周期和 12 时钟/机器周期可任意选择，指令代码完全兼容传统 8051。

2：工作电压： 5.5V - 3.3V (5V 单片机) / 3.6V - 2.0V (3V 单片机）

3：工作频率范围： 0～40MHz，相当于普通 8051 的 0～80MHz，实际工作频
率可达 48MHz

4：用户应用程序空间： 4K / 8K / 13K / 16K / 32K / 64K 字节（STC89C516）
5：片上集成 1280 字节或 512 字节或 256 字节 RAM

6：通用 I/O 口(35/39 个)，复位后为：P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉(普通 8051 传统 I/O 口)； P0 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。
7：ISP（在系统可编程） / IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（ RxD/P3.0, TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。
8：有 EEPROM 功能
9：看门狗
10：内部集成 MAX810 专用复位电路（HD 版本和 90C 版本才有），外部晶体20M 以下时，可省外部复位电路,复位脚可直接接地。
11：有 3 个 16 位定时器/ 计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器使用。
12：外部中断 4 路,下降沿中断或低电平触发中断,Power Down 模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒
13：通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个 UART
14：工作温度范围： -40 ~ +85℃(工业级) / 0 ~ 75℃(商业级)
15：封装： LQFP-44, PDIP-40, PLCC-44, PQFP-44。

2.3、STC89C51 芯片引脚介绍

P0 口（39 脚~32 脚）：双向 8 位三态 I/O 口，每个口可独立控制。51 单片机 P0 口内部没有上拉电阻，若输出高时为高阻态，不能正常输出高电平，因此该组 I/O 口，每个口可独立控制。51 单片机 P0 口内部没有上拉电阻，若输出高时为高阻态，不能正常输出高电平，因此该组 I/O 口在使用时务必要外接上拉电阻，一般我们选择接入 10K 欧上拉电阻。

P1 口（1 脚~8 脚）：准双向 8 位 I/O 口，每个口可独立控制，内部自带上拉电阻，这种接口输出没有高阻态，输入也不能锁存，故不是真正的双向 I/O 口。之所以称它为“准双向”是因为该口在作为输入使用前，要先向该口进行写 1操作，然后单片机内部才可正确读出外部信号，也就是要使其先有个“准”备的过程，所以才称为准双向口。对 51 单片机 P1.0 引脚的第二功能未 T2 定时器/
计数器的外部输入，P1.1 引脚的第二功能为 T2EX 捕捉、重装触发，即 T2 的外部控制端。

引脚	引脚编号	功能	说明
P3.0 / RxD	10	P3.0	标准 I/O口 PORT[ 0 ]
		RxD	串口 1 数据接收器
P3.1 / TxD	11	P3.1	标准 I/O口 PORT[ 1 ]
		TxD	串口1数据发送端
P3.2/	12	P3.2	标准 I/O口 PORT[ 2 ]
			外部中断0，下降沿或低电平触发
P3.3 /	13	P3.3	标准 I/O口 PORT[ 3 ]
			外部中断1，下降沿或低电平触发
P3.4 / T0	14	P3.4	标准 I/O口 PORT[ 4 ]
		T0	定时器/计数器 0 外部输入
P3.5 / T1	15	P3.5	标准 I/O口 PORT[ 5 ]
		T1	定时器/计数器1外部输入
P3.6 /	16	P3.6	标准 I/O口 PORT[ 6 ]
			外部数据存储器写脉冲
P3.7 /	17	P3.7	标准 I/O口 PORT[ 7 ]
			外部数据存储器读脉冲

2.4、 STC89C51 芯片内部结构

三、51 单片机能做什么

51 单片机主要用于“控制”，通过串口可以和 WFIF/GPS/蓝牙等模块实现无线控制，通过 AD 接口可以采集光敏/烟雾传感器/可燃气体传感器等模拟信号，还可以使用 AD 设计简易示波器。当然还包括直流电机、交流电机、步进电机、伺服电机、变频电机、电磁铁、电磁阀、LED、LCD 等等，进而由这些去驱动各种设备，应用于家电、机械加工、制造、航空航天等各行各业。

日常生活中可采用 51 单片机设计的电子产品：

智能手环，微型四轴飞行器，平衡车、扫地机、移动 POST 机，智能电饭锅，3D 打印机、机器人等。