1.2 MCS-51单片机的结构

     MCS-51单片机的典型芯片是8030、8051、8751。8051内部有4KB ROM，8751内有4KB EPROM，8031片内务ROM；除此之外，三者的内部结构相同。因此以8051为例，说明本系列单片机的内部组成及信号引脚。

  1.2.1  8051单片机的基本组成

     8051单片机的基本组成如图1-1所示。

图1-1 8051单片机的结构框图

由图1-1可见，8051单片机主要由以下几个部分组成：

（1）CPU

     8位的微处理器，包括运算器、控制器和部分寄存器，其功能是负责执行算术和逻辑运算。

（2）存储器

     ● 程序存储器ROM：大小为4KB，用于存放程序，可外扩至64KB；

     ● 数据存储器RAM：大小为128B，用于存放数据，可外扩至64KB；

     ● 特殊功能寄存器SFR：51单片机共有21个特殊功能寄存器，详情见1.3.3节。

（3）4个并行I/O口

    分别记为P0、P1、P2、P3，每个端口均为8位。

（4）2个16位的定时/计数器

    分别记为T/C0和T/C1，既可以工作在定时状态，也可以工作在计数状态。在实际中，根据具体情况进行设置。 

（5）一个全双工异步串行口

（6）中断系统

     51单片机共有5个中断源入口，其中2个为外中断，3个为内中断。

（7）总线控制

    如复位信号RST、地址锁存信号ALE等。按照单片机中总线的功能不同，其总线可分为数据总线、地址总线和控制总线。

（8）振荡器电路

CPU所处理的信号为数字信号，根据数字电子技术中所学知识，可知数字信号的处理是在时钟脉冲信号的作用下实现的。这里的振荡器电路就是为了产生时钟信号而设置的。

1.2.2单片机的CPU 

MCS-51的CPU包括两部分：运算部件和控制器。

（1）运算部件

    运算部件组成：包括算术逻辑部件ALU、布尔处理器、累加器A、寄存器B、暂

存器以及程序状态字寄存器PSW等。

    运算部件功能：是实现数据的算术逻辑运算、位变量处理和数据的传送操作。

ALU的功能：可以对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补和清零

等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本运算。还可对位（BIT）变量进行布尔处理，如置位、清零以及逻辑“与”、“或”      等操作。

    累加器A： 是一个8位的累加器（也可以写为ACC），绝大部分运算和操作都同A有关。

    寄存器B： 是专为执行乘法和除法操作而设置的，一般情况下也可以作为暂存

器使用。

（2）控制器（Controler）

控制器是单片机的神经中枢，以振荡器的频率位基准，产生CPU时序，对指令（Command）进行译码，然后发出各种控制信号，实现各种操作。

1.2.3 MCS-51单片机的引脚及其功能   

MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列参见图1-2。

图 1-2 MCS-51单片机的引脚

（1）电源

     1）VCC （40）——芯片电源，接+5V；（4.5~5.5）

     2）VSS （20）——电源地。

（2）时钟引脚

     XTAL1（18）、XTAL2（19）——外接晶体振荡或外接脉冲。（P42）

（3）控制线

    RST（9）——复位引脚。（Reset），高电平有效。

    EA——片内外ROM选择

    EA=1，选择片内ROM；

    EA=0，选择片外ROM。

★注意★：控制信号线写法上的差别。有“非”表示低电平起作用，反之是高电平起作用。

（4）I/O口线

     P0口：8位双向I/O口。在访问外部存储器时，P0口可用于分时传送低8位地址

总线和8位数据总线。能驱动8个LSTTL门。

     P1口：8位准双向I/O口（“准双向”是指该口内部有固定的上拉电阻）。能驱动

4个LSTTL门。

              P2口：8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，P2口可用于高8位地址总线。能驱动4个LSTTL门。

          P3口：8位准双向I/O口。能驱动4个LSTTL门。P3口还有第二功能。

1.2.4 MCS-51单片机的存储器结构   

    MCS-51单片机的组织结构可以分为三个不同的存储空间，分别是：

    64KB的程序存储器（ROM），包括片内和片外；

    64KB的外部数据存储器（外RAM）；

    内部数据存储器（内RAM）。

这三种不同的存储器在物理结构上是相互独立的，它们有各自的寻址系统、控制信号，CPU是通过不同的指令来访问或操作这些存储器。其结构如图1-3所示。

图 1-3  单片机的存储器结构