主要特性
與MCS-51兼容
4K字節可編程FLASH存儲器
壽命：1000寫/擦循環
數據保留時間：10年
全靜态工作：0Hz-24MHz
三級程序存儲器鎖定
128×8位内部RAM
32可編程I/O線
兩個16位定時器/計數器
5個中斷源
可編程串行通道
低功耗的閑置和掉電模式
片内振蕩器和時鐘電路
特性概述
AT89C51提供以下标準功能：4k字節Flash閃速存儲器，128字節内部RAM，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，一個全雙工串行通信口，片内振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜态邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存RAM中的内容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件複位。
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能夠用于外部程序數據存儲器，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口是一個内部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1後，被内部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，将輸出電流，這是由于内部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。
P2口：P2口為一個内部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被内部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，将輸出電流。這是由于内部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或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，它利用内部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管腳是8個帶内部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”後，它們被内部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口将輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。
P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
口管腳備選功能
P3.0RXD（串行輸入口）
P3.1TXD（串行輸出口）
P3.2/INT0（外部中斷0）
P3.3/INT1（外部中斷1）
P3.4T0（計時器0外部輸入）
P3.5T1（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号。
RST：複位輸入。當振蕩器複位器件時，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于鎖存地址的低位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信号，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，将跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE隻有在執行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态ALE禁止，置位無效。
/PSEN：外部程序存儲器的選通信号。在由外部程序存儲器取指期間，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信号将不出現。
/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA将内部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間内部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。
XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及内部時鐘工作電路的輸入。
XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分别為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片内振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有餘輸入至内部時鐘信号要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信号的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。
芯片擦除
整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正确的控制信号組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節被重複編程以前，該操作必須被執行。
此外，AT89C51設有穩态邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜态邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，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的内容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片工作，直到下一個硬件複位為止。
SBUF數據緩沖寄存器這是一個可以直接尋址的串行口專用寄存器。有朋友這樣問起過“為何在串行口收發中，都隻是使用到同一個寄存器SBUF？而不是收發各用一個寄存器。”實際上SBUF包含了兩個獨立的寄存器，一個是發送寄存，另一個是接收寄存器，但它們都共同使用同一個尋址地址－99H。CPU在讀SBUF時會指到接收寄存器，在寫時會指到發送寄存器，而且接收寄存器是雙緩沖寄存器，這樣可以避免接收中斷沒有及時的被響應，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。發送器則不需要用到雙緩沖，一般情況下我們在寫發送程序時也不必用到發送中斷去外理發送數據。操作SBUF寄存器的方法則很簡單，隻要把這個99H地址用關鍵字sfr定義為一個變量就可以對其進行讀寫操作了，如sfrSBUF=0x99;當然你也可以用其它的名稱。通常在标準的reg51.h或at89x51.h等頭文件中已對其做了定義，隻要用#include引用就可以了。
SCON串行口控制寄存器通常在芯片或設備中為了監視或控制接口狀态，都會引用到接口控制寄存器。SCON就是51芯片的串行口控制寄存器。它的尋址地址是98H，是一個可以位尋址的寄存器，作用就是監視和控制51芯片串行口的工作狀态。51芯片的串口可以工作在幾個不同的工作模式下，其工作模式的設置就是使用SCON寄存器。它的各個位的具體定義如下：
SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI
SM0、SM1為串行口工作模式設置位，這樣兩位可以對應進行四種模式的設置。串行口工作模式設置。
SM0 SM1模式 功能 波特率
0 0 0 同步移位寄存器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
在這裡隻說明最常用的模式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件資料查看。表中的fosc代表振蕩器的頻率，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是由軟件置位或清零。如果在一個電路中接收和發送引腳P3.0,P3.1都和上位機相連，在軟件上有串口中斷處理程序，當要求在處理某個子程序時不允許串口被上位機來的控制字符産生中斷，那麼可以在這個子程序的開始處加入REM=0來禁止接收，在子程序結束處加入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發送數據位8，在模式2和3是要發送的第9位。該位可以用軟件根據需要置位或清除，通常這位在通信協議中做奇偶位，在多處理機通信中這一位則用于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/數據标識位。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發送中斷标識位。在模式0，發送完第8位數據時，由硬件置位。其它模式中則是在發送停止位之初，由硬件置位。TI置位後，申請中斷，CPU響應中斷後，發送下一幀數據。在任何模式下，TI都必須由軟件來清除，也就是說在數據寫入到SBUF後，硬件發送數據，中斷響應（如中斷打開），這時TI=1表明發送已完成，TI不會由硬件清除，所以這時必須用軟件對其清零。
RI接收中斷标識位。在模式0，接收第8位結束時，由硬件置位。其它模式中則是在接收停止位的半中間，由硬件置位。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也必須要靠軟件清除。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，其速率是取決于定時器1或定時器2的定時值（溢出速率）。AT89C51和AT89C2051等51系列芯片隻有兩個定時器，定時器0和定時器1，而定時器2是89C52系列芯片才有的。
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，隻有上下位機的波特率一樣時才可以進行正常通訊。波特率是指串行端口每秒内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字節數，如标準9600會被誤認為每秒種可以傳送9600個字節，而實際上它是指每秒可以傳送9600個二進位，而一個字節要8個二進位，如用串口模式1來傳輸那麼加上起始位和停止位，每個數據字節就要占用10個二進位，9600波特率用模式1傳輸時，每秒傳輸的字節數是9600÷10=960字節。51芯片的串口工作模式0的波特率是固定的，為fosc/12，以一個12M的晶振來計算，那麼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于PCON寄存器中的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，取決于定時器1或2（52芯片）的溢出速率。那麼我們怎麼去計算這兩個模式的波特率設置時相關的寄存器的值呢？可以用以下的公式去計算。
波特率=（2SMOD÷32）×定時器1溢出速率
上式中如設置了PCON寄存器中的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，這樣可以不用軟件去幹預，使得定時更準确。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”與所使用的晶體振蕩器頻率有關，在51芯片中定時器啟動後會在每一個機器周期使定時寄存器TH的值增加一，一個機器周期等于十二個振蕩周期，所以可以得知51芯片的計數速率為晶體振蕩器頻率的1/12，一個12M的晶振用在51芯片上，那麼51的計數速率就為1M。通常用11.0592M晶體是為了得到标準的無誤差的波特率，那麼為何呢？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，分别看看那所要求的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的值隻能取整數，這樣它就會有一定的誤差存在不能産生精确的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的晶體振蕩器也會因晶體本身所存在的誤差使波特率産生誤差，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。
CMOSI藝制造的低功耗芯片也采用塑封方型扁平式封裝(PQFP，Plastic Quad Flat Package)和塑封有引線芯片載體封簇(PLCC，Plastic Leaded Chip Carrier)形式.這兩種封裝采用“個引腳,其中4個引腳不用,其引腳排列如圖二51系列單片帆PQFP和PLCC封裝圖。
