详解51系列单片机引脚及功能

51系列单片机有各种封装形式，这里以40引脚双列直插DIP形式的封装来进行介绍，如图1.1所示。其中正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。

图1.1　8051双列直插式的引脚配置

有些新型的单片机在引脚数量以及功能上都略有区别，但都是基于51系列单片机内核。这里介绍的内容同样适用于新型的单片机。下面介绍51系列单片机的引脚功能，这些是学习单片机程序设计必须要了解和掌握的基础知识。

❑电源引脚：主要负责单片机的供电，有两根引脚。VCC(Pin40)为正电源端，接5.0V电压;GND(Pin20)为接地端。

❑外接晶振或外部振荡器引脚：主要负责为单片机的运行提供时钟振荡器，主要有两根引脚。其中，XTAL1(Pin19)为时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端;XTAL2(Pin18)为时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。

8051单片机的时钟振荡器有两种工作方式。一种是片内时钟振荡方式，在18和19脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10～30pF。另外一种是外部时钟方式，由外部直接提供时钟源。

❑P0口：即P0.0～P0.7(Pin39～Pin32)，输入输出脚，可用于8位并行I/O口或分时复用为地址和数据总线。

P0定义为I/O口时，为准双向I/O口，需外接上拉电阻，在程序中向该端口写入1后，成为高阻抗输入口。P0口作为输出口时，每个引脚可以负载8个TTL。在外扩存储器时，可定义为低8位地址/数据线。

❑P1口：即P1.0～P1.7(Pin1～Pin8)，输入输出脚，8位准双向并行I/O口。P1口内部已经具有上拉电阻，为8位准双向I/O口，能负载4个TTL;在Flash编程和校验时，定义为低8位地址线。

❑P2口：即P2.0～P2.7(Pin21～Pin28)，输入输出脚，8位准双向并行I/O口。P2口内部已经具有上拉电阻，为8位准双向I/O口，能负载4个TTL;当访问外部存储器时，定义为高8位地址线。

❑P3口：即P3.0～P3.7(Pin10～Pin17)，输入输出脚，8位准双向并行I/O口。P3口内部已经具有上拉电阻，为8位准双向I/O口，能负载4个TTL。

P3口每个引脚都具有第二功能。引脚P3.0(RXD)和引脚P3.1(TXD)分别为串行数据的接收和发送端口，用于串行数据传输;引脚P3.2和引脚P3.3为外部中断请求，分别用于

和

的中断输入;引脚P3.4(T0)和引脚P3.5(T1)，分别为定时器/计数器T0和T1的外部计数输入端;引脚P3.6(

)和引脚P3.7(

)用于读写单片机片外RAM存储器，分别是外部数据写选通信号和读选通信号。

❑RST(Pin9)：单片机内部CPU的复位信号输入端。在单片机的振荡器启动后，该引脚置两个机器周期以上高电平，便可以实现复位。

❑

(Pin30)：地址锁存使能端和编程脉冲输入端。

当访问外部程序存储器时，ALE引脚的负跳变将低8位地址打入锁存;而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，该信号可以用于外部计数或时钟信号。当访问外部数据存储器(执行MOVX类指令)时，ALE引脚会跳过一个脉冲。另外，对8EH单元的特殊功能寄存器的D0位置1，可禁止ALE输出，只有在执行MOVX或MOVC类指令时，ALE才被激活，仍输出锁存有效。在执行片外程序代码时，该设定禁止ALE位无效。

❑

(Pin29)：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，每个机器周期产生2次有效信号，即此脚输出2个负脉冲选通信号;在执行片内程序存储器以及读写外部数据时，不产生

脉冲信号。

❑

(Pin31)：

为访问内部或外部程序存储器选择信号。

当8051 CPU访问外部程序存储器时，则

必须保持低电平;当

保持高电平时，则8051 CPU先从片内0000H单元开始，执行内部程序存储器程序;如果外部还有扩展程序存储器，则8051 CPU在执行完内部程序存储器程序后，自动转向执行外部程序存储器中的程序。

单片机常用电路1-晶振电路

在单片机的学习中，不光是单片机程序的编写，还有电路的设计。有些公司可能会把单片机开发分成两块：电路设计、程序设计。然后负责电路设计的人只负责电路设计，不用考虑单片机编程；程序设计的人只管单片机编程，不设计电路。

不过我个人认为，只搞电路设计的人可以不用关心单片机是怎么编程的，但是搞单片机程序设计的人，却必须要对电路很熟悉，你可以不用亲自设计电路，但是必须对单片机项目中各种电路的原理足够了解，这样才能确保设计出来的程序稳定、健壮。

举个例子来说吧，假如一个单片机系统中用到了EEPROM存储芯片，EEPROM芯片的SCL和SDA是开漏输出的，需要外接上拉电阻，假设电路板上的EEPROM芯片的SCL和SDA的上拉电阻忘记焊上或者坏掉了，这时候调试EEPROM是调不通的，如果这时候电路设计人员不在，而单片机程序设计人员又对EEPROM的原理不熟悉，就会陷入到麻烦中：因为对电路不熟悉，就会一遍一遍的查找程序的原因。可是程序明明没有问题啊，这个程序在别的项目中一直都是正常的，为什么在这个板子上就不行了呢？

还有一点，一般带有微控制器的电路板，电路功能是否正常，是需要编写一定的验证程序来测试电路板的性能的，单靠电路设计人员使用万用表、示波器等工具是无法验证电路的好坏的。

综上所述，单片机程序设计人员一定要对电路的原理熟悉，这样才能设计出正确的程序。

从本篇文章开始，我们就来简单学习一下单片机开发中常用的电路。

当然，由于本人水平有限，关于这些电路的讲解只限于简单原理的讲解。如果有错误，欢迎批评指正。

1. 单片机常用电路1-晶振电路

早期的单片机（比如经典的51单片机）系统，外接晶振是必须的（当然也可以外接时钟脉冲，但是很少用），因为单片机的运行必须依赖于稳定的时钟脉冲。但是随着技术的发展，现在很多单片机都已经集成了内部时钟，所以在一般的应用场合，可以不用外接晶振电路了。不过由于内部时钟容易受外界干扰，所以在要求严格的场合，晶振电路还是很有必要的。

晶振电路1

图1是典型的单片机外接晶振电路。

图1 单片机晶振电路

该电路不只是有一个晶振，还有两个电容，这两个电容有什么作用呢？

这两个电容一般称为“匹配电容”或者“负载电容”、“谐振电容”。晶振电路中加这两个电容是为了满足谐振条件。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。只有连接合适的电容才能满足晶振的起振要求，晶振才能正常工作。

负载电容的值由如下公式计算：

负载电容无法满足的话一般会使晶体频率产生偏差，严重的话晶体无法起振。电路设计中要尽量满足晶体的负载电容需求，从而使晶体工作在最佳状态。负载电容计算公式如下：

CL = C1*C2 / (C1+C2) + CS

CL为晶振的负载电容值，一般通过查询晶振的数据手册获得。CS为电路板的寄生电容，一般取 3~5pF，取C1 = C2，那么公式可以简化成如下：

CL = C1 / 2 + CS

一般情况下，增大负载电容的值会使振荡频率下降，减小负载电容的值，会使振荡频率上升。

晶振电路2

我们有时候还会看到如图2所示的晶振电路。

图2 不带并联电阻和带并联电阻的晶振电路

该电路中晶振上又并了一个电阻，这是为什么呢？

这个电阻实际上是反馈电阻，是为了方便晶振起振的。对于COMS而言，这个电阻的阻值可以是1M以上，对于TTL则是需要视情况而定。最好的办法是看看芯片的数据手册，确认芯片晶振电路内部是否有电阻，如果没有，电路设计时最好加上。

晶振电路3

图3是有源晶振电路。

图3 有源晶振电路

有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。有源晶振不需要CPU的内部振荡器，连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。

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