本節書摘來自異步社群《例說51單片機（c語言版）（第3版）》一書中的第1章，第1-2節，作者 張義和，王敏男，許宏昌，餘春長，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。
“89s51”源自intel公司的mcs-51系列，而目前所采用的8x51并不僅限于intel公司所生産的，反倒是以其他廠商所發行的相容晶片為主，如atmel公司的89c51/89s51系列，其價格便宜，品質穩定，開發工具齊全，早就被學校或教育訓練機構所接受。
在此先介紹8x51的基本知識，包括基本結構、引腳、基本電路及51系列等，其中很多資料最好要熟記，本書也會提供許多快速背記的技巧，讓讀者能在極短的時間裡記住40個引腳、基本電路等。
8x51單片機發展至今，雖然有許多廠商各自開發了不同的相容晶片，但其基本結構并沒有多大的變動，如下所示為标準的8x51結構（如圖1-3所示）。
程式存儲器rom：内部4kb，外部最多可擴充至64kb。
資料存儲器ram：内部128b，外部最多可擴充至64kb。
4組可位尋址的8位輸入/輸出端口，即p0、p1、p2及p3。
8x51為8位微控制器。8位指的是微控制器内部資料總線或寄存器一次處理資料的寬度。相對于目前個人計算機（pc）所用的cpu，早期的cpu從8088/8086到80286都是16位的cpu；而從80386到pentium 3都屬于32位的cpu。盡管如此，目前所采用的單片機微控制器仍是以8位為主，隻有在特殊場合才會采用16位的單片機，如8096等。
通常存儲器的操作是以位元組（b）為機關的，“可位尋址”是存取存儲器、寄存器或輸入/輸出端口時，可指定其中的一位，例如，要指定p0輸入/輸出端口中的bit 1，則指定為p0.1即可，如圖1-4所示。
89c51的元件封裝方式有3種，除了這3種外，89s51的元件封裝方式還多出了一種pdip42元件封裝，說明如下。
qfp封裝
89c51/89s51的pqfp或tqfp（thin plastic gull wing quad flatpack）封裝為扁平的44個引腳表貼式封裝，這種封裝的體積很小，成本較低，适合于機器粘貼，為目前商用的主流；但在學校或教育訓練機構這是不太适用的。如圖1-5所示，在俯視圖裡，左上方有記号者為第1腳，然後逆時針排列，分别為2～44腳，其中包括3個空腳，而相鄰兩個腳的間距為0.8mm，元件厚度（高度）為1.2mm。
plcc封裝
plcc（plastic j-leaded chip carrier）封裝也是89c51/89s51常用的封裝方式，這也是一個44個表貼式引腳（smt）的封裝，其中包括4個空腳，而其引腳編号與qfp封裝非常相似（相容），如圖1-6所示，在俯視圖裡，上面中間有個記号者為第1腳，然後逆時針排列分别為2～44腳，相鄰兩個腳的間距為0.05英寸（即1.270mm），元件高度（含引腳）為4.572mm。
一般地，這種表貼式的元件可直接粘着于電路闆上，而不必鑽孔（其引腳如圖1-7所示）。在研發、實驗或教學時，也可利用晶片管座，這樣可縮短開發與生産的時間。
直插式封裝pdip42
89s51的直插式封裝有兩種，第一種是42個引腳雙列直插式的封裝（plastic dual inline package），簡稱pdip42；第二種是40個引腳雙列直插式封裝，與89c51、mcs-51相容，稍後說明。如圖1-8所示，在雙列直插式封裝裡，俯視圖左上方有記号者為第1腳，然後逆時針排列分别為2～42腳。相鄰兩個腳的間距為1.588mm，元件長度為36.96mm，兩排引腳的間距為13.97mm，元件厚度為4.826mm（不含引腳），與一般的面包闆或ic晶片管座不符。
直插式封裝pdip40
89c51/89s51的第二種直插式封裝為40個引腳雙列直插式的pdip40，這種封裝與 mcs-51完全相容。pdip40與pdip42除引腳數量不同外，尺寸差異也很大，pdip40剛好可插在面包闆或40引腳的晶片管座上，圖1-9所示俯視圖左上方有個記号者為第1腳，然後逆時針排列分别為2～40腳。相鄰兩個腳的間距為0.1英寸（即2.540mm），元件長度為52.578mm，兩排引腳之間距為0.6英寸（即15.875mm），元件厚度為4.826mm（不含引腳），特别适用于學校、教育訓練機構使用。不過，由于直插式封裝體積較大，電路闆制作成本較高，很少用在商品裡。
除了采用pdip42封裝，89s51與89c51完全相容，本書将以采用pdip40封裝的 89s51為探讨的對象，當然，要學習8x51，筆者強烈建議先将其引腳“背”下來，在此提供了獨門的技巧，讓大家輕松記住這40個引腳。
電源引腳
幾乎所有ic都需要接用電源，而89s51的電源引腳與大部分數字ic的電源引腳類似，右上角接vcc，左下角接gnd。是以89s51的40腳為vcc引腳，連接配接（5v±10%）的電源；20腳為gnd引腳，必須接地。
輸入/輸出端口
有了電源之後，再來看看89s51的“主角”——輸入/輸出端口。vcc引腳下面是第39腳，為p0的開始引腳，即39腳到32腳這8個引腳為p0；與p0的相對的是p1，也就是第1腳到第8腳。p1從第1腳開始，是以p2從其斜對角第21腳開始，也就是在右下方，21腳到28腳是p2。第10腳到第17腳就是p3。39、1、21、10就是這4個port的開始引腳，我們可通過圖1-10來輔助記憶這4個輸入/輸出端口。
複位引腳
幾乎所有微處理器都需要複位（reset）的動作，對于89s51而言，隻要複位引腳接高電平超過2個機器周期（約2μs），即可産生複位的動作。而89s51的複位引腳在p1與p3之間，即第9腳，輔助記憶的方法是“系統久久不動，就要按一下reset鍵，以複位系統”，這“久久”就是第9腳的諧音。
頻率引腳
微控制器都需要時鐘脈沖引腳，而在接地引腳的上方兩個引腳，即19、18腳，就是時鐘脈沖引腳，分别是xtal1、xtal2。
存儲器引腳
外部存儲器控制引腳
相對于前面的38個引腳，29、30腳比較難以說明，但是隻要不用到外部存儲器，就可當它們不存在，留待後面關于外部存儲器的章節再行說明。
根據上述要訣，很容易記住這些引腳。或許有人會質疑：“有這麼簡單嗎？”當然沒這麼容易！89s51的40個引腳裡有很多是複用引腳，簡單講就是多用途的引腳，以39腳到32腳為例，平時為p0；若是連接配接外部存儲器時，則當成ad0～ad7引腳，而ad0～ad7就是位址引腳與資料引腳混合的複用引腳，好像有點複雜，但如果不接外部存儲器時就當它不存在。
所謂“基本電路”是指89s51電路工作所不可或缺的基本連接配接線路。在此我們也有熟記基本電路的方法，基本電路包括以下四部分。
先接電源
電路都需要電源，這裡首先将40腳接vcc，也就是+5v、20腳接地。
再接時鐘脈沖
89s51内部已具備振蕩電路，隻要在gnd引腳上方的兩個引腳（即19、18腳）連接配接簡單的石英振蕩晶體（crystal）即可。至于89s51的時鐘脈沖頻率，目前mcs-51晶片的工作頻率已大為提升，例如atmel公司的89c51的工作頻率為0～24mhz，而華邦電子（winbond）更提供了40mhz的版本，未來必然還會有更高頻率的版本。盡管如此，目前還是采用12mhz時鐘脈沖。如果不再設計一個振蕩電路，則可按圖1-11所示連接配接即可。如果要自行設計一個振蕩電路，則可按圖1-12所示連接配接。
複位電路
89s51的複位引腳（reset）是第9腳，當此引腳連接配接高電平超過2個機器周期（1個機器周期包含12個時鐘脈沖，請參考後面章節），即可産生複位的動作。以12mhz的時鐘脈沖為例，每個時鐘脈沖為1/12μs，2個機器周期為2μs。是以，我們可在第9腳上連接配接一個可讓該引腳上産生一個2μs以上的高電平脈沖，即可産生複位的動作，如圖1-13所示。
電源接上瞬間，電容器c上沒有電荷，相當于短路，是以第9腳直接連接配接到vcc，即89s51執行複位動作。随着時間的增加，電容器上的電壓逐漸增加，而第9腳上的電壓逐漸下降，當第9腳上的電壓降至低電平時，89s51恢複正常狀态，稱為“power on reset”（自動複位）。在此使用10kΩ電阻器、10μf電容器，其時間常數遠大于2μs，是以第9腳上的電壓可保持2μs以上的高電平，足以使系統複位。當然，隻要時間常數大于2μs即可，而不一定要使用10kΩ電阻器、10μf電容器，本書所提供的89s51線上刻錄實驗闆就使用0.1μf電容器（體積較小，電流也較小）及約100kΩ電阻器。
通常，我們還會在電容器兩端并接一個按鈕開關，如圖1-14所示，此按鈕開關就是一個手動的reset開關（強制reset）。
存儲器設定電路
其中的元件如表1-1所示。
一般地，mcs-51系列（micro controller system，mcs）可分為51與52兩大系列，52系列可說是51系列的增強型，其最大的特色就是内部存儲器加倍，定時器/計數器增加了一個，價格卻相差不大。
若根據晶片内的rom來區分，mcs-51可分為無rom型（8031/8032）、mask rom型（8051/8052）、eprom型（8751/8752）及eeprom型（89c51/89c52、89s51/89s52），如表1-2所示。
下面簡述這幾種8x51。
無rom型
8031/8032為無rom型單片機，如圖1-16所示，使用這種單片機必須外接程式存儲器。由于其封裝成本與含rom型的單片機很接近，且必須外接程式存儲器，反而使電路成本大增；目前除非程式很大，無法完全放入單片機外，已經很少有人會采用這種單片機。
mask rom型
8051/8052為mask rom型單片機，如圖1-16所示。這種單片機直接将程式放入晶片中的程式存儲器，是以不必刻錄程式（也不能刻錄），單價低廉。但由于這種晶片需要制作其獨有的光罩（mask），需要量大的場合才能生産。鍵盤裡所用的單片機（8048，是8051的上一代）就是mask rom型單片機。
eprom型
8751/8752為eprom型單片機，如圖1-17所示。這種單片機可将程式燒入晶片中的程式存儲器，也可以紫外線擦除程式存儲器裡的資料，是以可重複使用不同的程式。ic上面有一個視窗，可看到内部的晶片與連接配接線，通常在刻錄完畢後，在視窗上貼黑色膠布，以防止資料消失。如要擦除rom裡的資料，則使用紫外線照射視窗，15到30min即可。由于這種封裝成本較高，再加上其擦除動作麻煩且費時，目前幾乎不再生産這種元件了。
eeprom型
89c51/89c52、89s51/89s52為使用flash技術的eeprom型單片機，如圖1-17所示。這種單片機可将程式下載下傳到晶片的程式存儲器裡，所不同的是，89c51/89c52是以5v及12v電壓刻錄與擦除程式存儲器資料，而89s51/89s52隻要5v電壓即可刻錄與擦除器，早已成為主流。廠商的技術資料宣稱，這種晶片可重複寫入與擦除器，可達1000次以上。而根據經驗，如果不是操作上的失誤或折斷引腳，就算是經常對它燒寫也很難把它燒壞。
atmel半導體公司所提供的89c51系列已成為mcs-51相容單片機中的主流。在89c51系列中，當然是以停産的89c51最具代表性，取而代之的是更強勁的89s51，這兩種單片機微控制器的結構比較如表1-3所示。
由表1-3可知，隻要89c51/52有的，89s51/52都有。而其中比較特殊的是89s51/52新增了一個14位看門狗計數器（watchdog timer，wdt）。雖然，89s51/52的工作頻率提升為0～33mhz，但實質性幫助并不大。就像0～24mhz的89c51/52一樣，還是會應用12mhz的工作頻率，如此才能直接沿用原有的程式設計；另外，設計程式時也比較容易計算，且耗用的資源也比較少。
雖然89c51停産了，但其核心仍存在于89s51及許多89c51的增強版本中，例如：
at89c51rc單片機微控制器具有32kb程式存儲器、512b資料存儲器、wot等，除存儲器比較多外，都與89s51相同。
at89c51cc001、at89c51cc002、at89c51cc003等單片機微處理器以89c51為核心，并擴充外圍裝置，除配置更多的存儲器外，更增加了10位的adc、can控制器等，而其重複資料刻錄/擦除器的次數更可達到10萬次。