8031的程序和电路图可以直接用89S51代替吗？

可以替换，但是8051用不着片外程序存储器，这些东西在电路图上全删掉。
虽说是8051兼容8031，但部分程序还是要改的，还是存储器问题，因为你现在用不着外部存储器，所以要把和外部存储器的相关代码删掉，同时也可以解放P0口。
还有，程序需要用编译器编译，虽然你手上有现成的程序，但是一些头文件、定义之类的东西不一定能对的上，所以有些东西还是要改的，除非你有现成的下载文件。改完之后生成HEX文件，通过ISP下载进去就可以了。

它们的引脚是完全相同的，所以程序是可以的

8031和8051的区别是8031没有片内的程序存储区，
所以需要硬件电路方面可能需要有些改动，就是外接一个27XX系列的ROM作为程序空间，并用273作为P0口的输出锁存
89S51是完全按照8051标准的，是ATmel公司的产品

因为8031没有ROM，但是有RAM，所以如果是C语言程序，不需要更改，对于汇编的要改一下程序的起始地址

软件当然可以S51是完全兼容8031的指令的（反过来就不一定了），但硬件需要改动。