缺芯时代，如何看待快被遗忘的51单片机

辩证地看待51内核单片机

要回答这个问题，首先需要来看一下传统的51单片机。在有些文章或者书本中，对于51单片机的态度是全面否定的，一旦听到某人要学习或者使用51单片机，则有种“群起而笑之”之势，觉得其主频低，外设少，技术老，然后以这些理由劝退要去学习51单片机的同学。其实，这个态度是非常武断的，必须被批判，虽然现在32位的单片机遍地都是，但是对于一些成本为首位的产品，8位机无疑还是有很大的价格优势的。而市面上最多的8位单片机产品，内核架构最普遍的还是51。批判51单片机不行的人，出发点无疑就是外设少，外部晶振12分频的硬伤这两点，然而这两点只不过是它们印象中的十几年前的51单片机产品。时代在发展，51单片机也在发展，为了区别那些全盘否定51单片机的人口中的“51单片机”，不断发展的51单片机一般被称为“增强型51单片机”。

接下来，我们用辩证的眼光，再来审视一下现在的“增强型51单片机”。

“增强型51单片机”保留了51单片机开发简单，内部结构简单，价格低廉等优点，弥补了传统51单片机的一些不足，增加了主流的外设资源。介于此，“增强型51单片机”的性价比到目前为止还是非常突出，新手上手程度也很简单，有点51单片机基础的，稍微看一下数据手册就可以直接使用。

但是，无论利用何种形式去增强51单片机，51单片机结构的一些致命硬伤是永远存在的，比如用于操作特殊功能寄存器的寻址，在C语言开发中只能利用C51独有的“sfr”关键词去定义特殊功能寄存器，而“sfr”又不是标准C中的关键词，因此51单片机的程序有一部分是无法直接移植到其他平台上去的。中断关键词“interrupt”也是一样。

辩证地看待其优缺点，“增强型51单片机”非常值得花时间学一学。

发展的眼光看51单片机

我们所说的51单片机，用现在比较潮流的说法应该是“MCS51内核”的单片机。如果这么分类的话，51单片机最早的型号其实是8031单片机，这个单片机的内核和现在的“51内核”基本一致，不过它是一个内部没有存储器（ROM）的芯片，在使用的时候，需要外部扩展存储器，非常麻烦。如图1所示。

图1 51单片机外部存储器扩展示意

等到后来的8051单片机，就开始在内部继承ROM，这样可以减少由于外扩存储器带来的烦恼，从而简化了电路结构，降低了元器件成本。

最早的51单片机存储器是EPROM，因此它是需要通过特殊的编程器来烧写程序，而程序擦除时，也需要将单片机曝光在光线下半小时以上才能擦除，而这种EPROM存储程序不稳定，擦写次数也有限，其外形如图2所示。

图2 EPROM的51单片机

为了解决这个问题，FLASH等先进的存储器技术被用到了51单片机上，因此实现了可重复多次擦写，甚至后面多种在应用编程（IAP），在系统编程（ISP）方式也被用到了51单片机上，现在的51单片机，利用一根串口线就可以实现程序的烧写，非常方便。

51单片机的程序烧写问题被flash解决了，后面随着应用程序的需求，51单片机的程序开发难度越来越大，因此一些厂商推出了一些可以在线调试的芯片，在程序开发的时候，利用带调试功能的51单片机进行程序开发，做产品时，将调试好的程序烧录到51单片机即可。后来的一些增强型51单片机，可以直接支持程序调试，如我们使用的STC8A，可以直接使用一根串口线和Keil软件进行程序调试。如图3所示。

图3 程序在线调试界面

传统的51单片机，内存只有几百个字节，程序存储器也小得可怜，而且其外设支持非常有限，只支持2个外部中断，2个定时计数器，1个串口，这样的芯片，放到现在来看，根本满足不了任何应用。尽管如IIC，SPI的外设我们都可以使用IO去模拟，但是模拟外设的程序会占据大量的代码空间，同时，为了满足时序需求所增加的延迟，也浪费了宝贵的CPU资源。为了解决这个问题，目前的增强型51单片机外设变得琳琅满目，如STC8A的内存最大可达到8K byte，程序存储器最大可达到64K byte，而其外设资源有5个外部中断，5个定时计数器，4个高速串口，4组16位的PCA模块，8组15位增强型带死区控制PWM，SPI，IIC，12位精度15通道的ADC（采样率800K），GPIO支持准双向，强推挽，开漏，高阻等模式。并且内置最高24MHz的高精度RC振荡器。这个配置放在目前的8位机市场，甚至是低端32位机市场，也拿得出手。具体如图1-1-4所示。

图4 STC8A的配置

除此之外，51单片机特有的12分频瓶颈也早已被弥补，现在的51单片机更多的是1T的单片机。

用发展的眼光来看，增强型51单片机经过国内外四十几年的发展早就与时俱进，满足了市场需求，经住了产品考验。在过去16位单片机，如今32位单片机轮番挤压下，还能保留自己的市场地位。

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。

❑