51单片机的结构及其组成

51单片机的结构及其组成

在前面的五节课当中，我们讲述的都是一些基础概念的知识，从这节开始，我们就正式的切入到我们所在学习的对象--51单片机。

学习单片机的内部结构之前，我们先了解下我们现在正在使用的计算机的几大组成部份：

计算机的五个组成部份：

运算器：用于实现算术和逻辑运算。计算机的运算和处理都在这里进行；

控制器：是计算机的控制指挥部件，使计算机各部份能自动协调的工作；

存储器：用于存放程序和数据；（又分为内存储器和外存储器，内存储器就如我们电脑的硬盘，外存储器就如我们的U盘）

输入设备：用于将程序和数据输入到计算机（例如我们电脑的键盘、扫描仪）；

输出设备：输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果以用户需要的形式显示或保存（例如我们的打印机）。

注：

1、通常把运算器和控制器合在一起称为中央处理器（Central Processing Unit）,简称CPU。

2、通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称之为计算机的外部设备。

上面讲的是我们的个人办公计算机，那么51单片机的内部又有些什么部件组成呢？

1、中央处理单元（8位）

数据处理、测试位，置位，复位位操作

2、只读存储器（4KB或8KB）

永久性存储应用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM

3、随机存取内存（128B、128B SFR）

在程序运行时存储工作变量和资料

4、并行输入/输出口（I / O）（32条）

作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片

5、串行输入/输出口（2条）

串行通信、扩展I / O接口芯片

6、定时/计数器（16位、加1计数）

计满溢出、中断标志置位、向CPU提出中断请求，与CPU之间独立工作

7、时钟电路

内振、外振。

8、中断系统

五源中断、2级优先。

结构特点：

MCS-51系列单片机为哈佛结构（而非普林斯顿结构）

1）内ROM：4KB

2）内RAM：128B

3）外ROM：64KB

4）外RAM：64KB

5）I / O线： 32根（4埠，每埠8根）

6）定时/计数器：2个16位可编程定时/计数器

7）串行口：全双工，2 根

8）寄存器区：工作寄存器区、在内128B RAM中，分4个区，

9）中断源：5源中断，2级优先

10）堆栈：最深128B

11）布尔处理机：位处理机，某位单独处理

12）指令系统：五大类，111条

上图就是我们要研究学习的对象，51单片机摧部结构图了。大家看看上图，中间的一条双横线就是51单片机的内部总线了。其它的部件都是通过内部的总线与CPU相联接的，在第一节课时我们已跟大家讲述过，8051单片机是总线结构的。下面我们就51单片机内部的单个部件与大家进行讲解。

中央处理器（CPU）：

刚跟大家讲过，需要提醒的是MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。CPU 是单片机的主要核心部件，在CPU里面包含了运算器、控制器以及若干寄存器等部件给成。

内部数据存储器（RAM）：

MCS-51单片机芯片共有256个RAM单元，其中后128单元被专用寄存器占用（稍后我们详解），能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。地址范围为00H~FFH（256B）。是一个多用多功能数据存储器，有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等空间。

内部程序存储器（ROM）：

在前面也已讲过，MCS-51内部有4KB/8KB字节的ROM（51系列为4KB，51系列为8KB），用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器，简称内部RAM。地址范围为0000H~FFFFH（64KB）。

定时器/计数器

51系列共有2个16位的定时器/计数器（52系列共有3个16位的定时器/计数器），以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。定时时靠内部分频时钟频率计数实现，做计数器时，对P3.4（T0）或P3.5（T1）端口的低电平脉冲计数。

并行I/O口

MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3）以实现数据的输入输出。具体功能在后面章节中将会详细论述。

串行口

MCS-51有一个可编程的全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为移位器使用。RXD（ P3.0）脚为接收端口，TXD（P3.1）脚为发送端口。

中断控制系统

MCS-51单片机的中断功能较强，以满足不同控制应用的需要。51系列有5个中断源（52系列有6个中断源），即外中断2个，定时中断2个，串行中断1个，全部中断分为高级和低级共二个优先级别，优先级别的设置我们也将在后面进行详细的讲解。

定时与控制部件

MCS-51单片机内部有一个高增益的反相放大器，基输入端为XTAL1输出端为XTAL2。MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。

思考题：

1、MCS-51单片机的片内总体结构9个部件分别是什么？名起什么作用？这9大部件之间有什么联系？

2、怎样通过MCS-51单片机片内总体结构图来区分8051、8751、8031芯片？