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51系列单片机的理解

0引言

单片机在当今社会里应用非常广泛，由于它价格低、体积小、性能非常稳定、功能强大，得到了电子设计者的广发喜爱。在门铃、玩具和很多数据采集系统中得到了广泛应用。我们常说的51系列型号的单片机，是MCS-51和跟它能够兼容的单片机。51系列型号的单片机使用起来很方便，它具有兼容指令系统的优点，所以很多程序和系统都能够方便的进行升级和移植。除了51系列以外，还有其他一些系列的单片机，主要不同之处在于功能和指令集两个方面，它们一般不能与51系列单片机进行兼容。这些单片机包括PIC单片机、ARM系列单片机等。

1 单片机结构的类型

根据不同数据存储器和程序存储器的体系结构，单片机一般有下面的两种类型。

一种形式是把程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）分开，也就是哈佛（Harvard）结构。这种类型方便对数据和程序同时访问，能够减小程序在运行时的访存瓶颈，提升数据吞吐率。

另一种把数据存储器（RAM）和程序存储器（ROM）合在一起的结构，也就是普林斯顿（Princeton）结构，也叫冯·诺伊曼结构。因为数据存储地址和程序指令存储地址所指向同一个存储器的不同位置，所以数据和程序指令的宽度相同。

比如，Intel的MCS-51系列单片机就是运用的哈佛结构的形式，但是其后面的产品16位的MCS-96系列单片机利用的普林斯顿结构。

2 51系列单片机的应用领域

2.1在玩具和家电方面的应用

51系列单片机的体积小、价格低、功能扩展方便和控制能力强的优点使得它能够很好的在玩具和家电领域的应用，它可以很普遍的应用在洗衣机、电视、玩具、冰箱和家用防盗报警器等。

2.2相关智能测量设备上的应用

原先的测量仪表功能单一而且体积较大，很大程度上限制了测量仪表的快速发展。运用单片机来提升和改造各种类型的测量控制仪表，能够使其变得体积减小，而且在功能上能够很好的扩展，因而产生了的智能化的仪表，比如各种示波器数字和用表等。

2.3在机电一体化产品中的应用

机电一体化产品指的就是把微电子技术、机械技术和计算机技术结合在一起，产生的拥有智能化的特殊性质的产品，它越来越成为机械工业的发展方向。单片机还可以成为机电一体化产品的相关控制器，能够很大程度的简化原有机械产品的结构并且扩展它的功能。

2.4自动测控系统上的应用

我们可以利用单片机设计出各种各样的数据采集系统和自适应控制系统，比如电压电流的数据采集和温度的自动控制。

2.5计算机控制及通信技术上的应用

51系列的单片机都具有集成的串行通信接口，可以利用这个接口和计算机的串行接口进行相互通信，来完成计算机的通信和程序控制。

3 51系列单片机内部结构

8051单片机是由程序存储器（ROM）、中央处理器（CPU ）、数据存储器（RAM ）、并行I/O接口、定时所数器、串行接口、中断系统等几个大的单元，加上地址总线、数据总线和控制总线所组成的。8051系列单片机的内部结构框架示意图如图一所示。

4 51单片机内部结构的组成部分

单片机特有的资源和结构决定了单片机的性能。以8051单片机为例介绍单片机基本结构的相关组成部分。

4.1中央处理器（CPU）

单片机的核心部件就是中央处理器（CPU）。51系列单片机的处理器采用的是8位数据宽度，相应的它能够处理8位二进制数据或代码。CPU主要由控制器、算术逻辑部件和专用寄存器三部分组成。它主要负责指挥、控制和调度整个单元系统工作，并且完成运算和控制输出输入功能等操作。

4.2程序存储器（ROM）

8051单片机一共有4096个8位掩膜ROM，它可以存储相关的用户程序、原始表格或数据。一些新型的单片机，比如AT89S52所用的是Flash 存储器。

4.3数据存储器（RAM）

8051单片机内部一共有128个专用寄存器单元和128个8位用户数据存储单元，这些单元是进行统一编址的。还有只能用来存储控制指令数据的专用寄存器，用户只允许访问，不允许存放用户数据。因此，用户所能使用的RAM其实只有128个。用户定义的字型表、读写的数据或运算的中

间结果可以放在这些单元。有些新型的单片机，内部可能具有更多的RAM 的单元，比如AT89S52的内部就有256个RAM数据存储单元。

4.4定时/计数器

8051本身有两个16位的可进行编程的定时附数器，用它可以进行定时或计数。也可以通过中断，进而控制程序的转向。

4.5并行输入输出（I/O）口

单片机需要跟外部的设备进行相互通信，来处理外部的输入数据，并将运算的结果传达给外部设备。8051单片机总共有4组8位I/O口（P0、P1、 P2和P3 ），用来完成数据的输出和读入。

4.6全双工串行口

8051里面安置了一个全双工串行通信口，用它来跟其它的设备之间进行串行数据的传送。这个串行口可以当成同步移位器使用，也能用它来做异步通信收发器。

4.7中断系统

8051拥有非常完善的中断功能，它有两个外部的中断、一个串行中断和两个定时所数器中断。它所拥有的这几个功能能够满足不同的控制要求，并且优先选择级别为2级。

4.8时钟电路

8051里面设置有高达12MHz频率的时钟电路，可以用来外置电容和振荡晶振，就能够完成整个单片机运行的相关脉冲时序。当然，我们也可以运用外部的时钟源来作为单片机的工作时钟。

5结论

51系列单片机的应用大大方便了我们的日常生活，给我们带来的低价的方便，51系列单片机的内部结构比较简单，能够很快的进行推广与使用。希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：

1、理想的路总是为有信心的人预备着。

2、最可怕的敌人，就是没有坚强的信念。——罗曼·罗兰

3、人生就像爬坡，要一步一步来。——丁玲