第2章 单片机的硬件结构

MCS-51系列单片机是美国Intel公司在1980年推出的高性能8位单片微型计算机，它包括MCS-51和MCS-52两个系列。在MCS-51系列中主要有8031、8051、8071等几种机型。8051是ROM单片机，内部有4KB的掩膜型程序存储器；8751是EPROM型单片机，内部有4KB用户可编程的程序存储器；8031是无ROM程序存储器的单片机，它必须外接程序存储器。它们的指令系统与芯片引脚完全兼容。

它们都具有以下硬件资源。

● 面向控制的8位CPU；

● 128B内部RAM数据存储器；

● 32位双向输入/输出线；

● 1个全双工的异步串行口；

● 2个16位定时器/计数器；

● 5个中断源，2个中断优先级；

● 时钟发生器；

● 可寻址64KB程序存储器和64KB外部数据存储器。

2.1 MCS-51系列单片机内部结构

单片机是一种能进行数学和逻辑运算，根据不同使用对象完成不同控制任务的面向控制而设计的集成电路，是集成在一块芯片上的微型计算机。单片机内部含有运算器、控制器、片内存储器、并行接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统和振荡器电路等功能部件。其中运算器以算术逻辑单元为核心，含累加器、暂存器、程序状态字寄存器等许多部件。控制器含指令寄存器、指令译码器、定时及控制电路等部件，能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号。8051单片机的内部结构如图2-1所示。

单片机内部由以下基本部件组成。

① 中央处理器（CPU）。CPU是整个单片机的核心部件，它由运算器、控制器、中断部件、时钟和定时控制逻辑部件等组成，能处理二进制数据或代码，负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入/输出功能等操作。

② 内部数据存储器。用于存放可读/写的数据，由RAM（128B×8）和RAM地址寄存器等组成。

③ 内部程序存储器。用于存放程序和原始数据，由ROM（4KB×8）和程序地址寄存器等组成。

④ 定时器/计数器。80C51共有两个16位的定时器/计数器，可实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制，以满足控制应用的需要。

⑤ 并行I/O口。MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），实现数据的并行输入/输出。

⑥ 串行口。MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送。

⑦ 中断控制系统。80C51共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。

⑧ 时钟电路。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。典型的晶振频率有6MHz、11.0592MHz、12MHz。

⑨ 位处理器。位处理器称为布尔处理器，以状态寄存器中的进位标志位C为累加位，可进行各种位操作。MCS-51单片机对于位操作（布尔处理）有置位、复位、取反、测试转移、传送、逻辑与和逻辑或运算等功能。

⑩ 总线。地址总线、数据总线和控制总线。