51单片机的结构及其组成
51单片机的结构
51单片机的结构51单片机是指一种集成了中央处理器、存储器和各种输入输出接口的单片集成电路。
它由Intel公司于1980年推出，采用了Harvard架构，是一种典型的8位单片机，无论在学校教学还是工业控制领域都得到了广泛的应用。
一、内部结构51单片机的内部结构主要由中央处理器、存储器和输入输出接口组成。
1. 中央处理器51单片机的中央处理器包含一个8位的累加寄存器A、一个8位的B寄存器、一个16位的程序计数器PC以及各种控制寄存器。
其中累加寄存器A是数据处理的核心，用于存储运算的结果。
B寄存器可用作直接寻址时的源操作数或目的操作数。
2. 存储器51单片机的存储器主要分为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序的指令，通常采用只读存储器（ROM）的形式。
数据存储器用于存储程序中的数据，包括RAM和各种寄存器。
3. 输入输出接口51单片机的输入输出接口包括通用输入输出口（GPIO）、串行通信口（UART）、定时器/计数器等。
GPIO用于与外部器件进行数据交互，可用于输入和输出。
UART用于与其他设备进行串行通信，常用于与计算机进行通信。
定时器/计数器可用于计时和定时中断控制。
二、工作原理51单片机的工作原理可以简单概括为：接收指令、执行指令、更新PC。
1. 接收指令51单片机从程序存储器中读取指令，并将指令暂存在指令寄存器中。
指令寄存器会将指令的地址信息传递给地址寄存器，以便读取下一条指令。
2. 执行指令51单片机根据指令的类型和操作码，执行相应的操作。
这可能涉及到对寄存器或存储器的读取、写入、算术运算、逻辑运算等。
执行的结果通常会存储在累加寄存器A中。
3. 更新PC在执行完一条指令后，51单片机会自动更新程序计数器PC的值，使其指向下一条要执行的指令地址。
这样就能够实现程序的顺序执行。
三、应用领域51单片机广泛应用于各个领域，包括嵌入式系统、家电控制、汽车电子、工业自动化等。
1. 嵌入式系统51单片机作为一种低成本、低功耗、易于开发和集成的微处理器，被广泛应用于嵌入式系统中。
51单片机的组成
51单片机的组成51单片机是一种广泛应用的微控制器，具有高性能、低功耗、易于编程等优点，被广泛应用于家电、汽车、医疗、工业等领域。
本文将从51单片机的组成、原理、应用等方面进行详细介绍。
一、51单片机的组成51单片机的主要组成部分包括CPU、存储器、输入输出端口、定时器计数器、串行通信接口等。
1.CPU51单片机的CPU是一种基于哈佛结构的8位微处理器，具有高速运算能力和低功耗特性。
其主要特点包括：（1）采用单周期指令执行，每条指令只需要1个时钟周期即可完成；（2）支持指令集丰富，包括算术运算、逻辑运算、移位运算、比较运算等；（3）具有多种寻址方式，包括直接寻址、间接寻址、寄存器寻址等；（4）支持中断机制，可以实现多任务处理。
2.存储器51单片机的存储器包括程序存储器和数据存储器。
其中程序存储器用于存储程序代码，数据存储器用于存储变量、常量等数据。
具体包括：（1）程序存储器：51单片机的程序存储器采用闪存技术，容量可达64KB。
程序存储器的地址空间为0000H~FFFFH，其中0000H~3FFFH 为ROM存储器，用于存储程序代码；4000H~FFFFH为EPROM存储器，用于存储程序代码和数据。
（2）数据存储器：51单片机的数据存储器包括RAM和SFR。
其中RAM用于存储变量、常量等数据，容量为128B~4KB不等；SFR用于存储特殊功能寄存器，包括控制寄存器、状态寄存器、数据寄存器等。
3.输入输出端口51单片机的输入输出端口包括I/O口和特殊功能口。
其中I/O口用于连接外部设备，可以实现数据输入输出、控制信号输出等功能；特殊功能口用于连接定时器计数器、串行通信接口等外设，可以实现定时计数、串行通信等功能。
4.定时器计数器51单片机的定时器计数器包括两个定时器和一个计数器。
其中定时器用于实现定时计数功能，可以设置定时时间、定时模式等参数；计数器用于计数输入脉冲，可以实现频率计数、脉冲宽度测量等功能。
简述51系列单片机的内部组成结构
简述51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种常见的微控制器，由一系列功能模块组成，包括中央处理器、存储器、输入输出接口以及时钟和定时器等。
下面将对51系列单片机的内部组成结构进行简要描述。
1. 中央处理器（CPU）：中央处理器是51系列单片机的核心部件，负责执行指令、进行运算和控制外围设备。
51系列单片机采用经典的8051架构，拥有8位数据总线和16位地址总线。
其指令集包括丰富的算术、逻辑、移位和控制指令，可以满足各种应用需求。
2. 存储器：51系列单片机具有不同类型的存储器，包括程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。
ROM用于存储用户程序和常量数据，可以是内部ROM或外部扩展的ROM芯片。
RAM用于存储变量和临时数据，可以是内部RAM或外部扩展的RAM芯片。
3. 输入输出接口：51系列单片机提供了多个通用输入输出引脚，用于与外部设备进行数据交互。
这些引脚可以配置为输入模式或输出模式，并具有上拉电阻和输入/输出缓冲器等功能。
通过这些引脚，单片机可以与各种传感器、执行器、显示器和通信接口等外部设备进行连接，实现与外界的数据交换。
4. 时钟和定时器：51系列单片机内部集成了时钟电路和多个定时器/计数器模块。
时钟电路提供基准时钟信号，用于同步CPU和其他模块的操作。
定时器/计数器模块可以生成精确的时间延迟、定时和计数功能，广泛应用于定时控制、脉冲计数、PWM输出等场景。
5. 中断系统：51系列单片机支持多级中断系统，可以响应外部中断请求和内部定时器中断。
通过中断系统，单片机可以实现对实时事件的快速响应，提高系统的实时性和可靠性。
6. 串行通信接口：51系列单片机内部集成了串行通信接口，支持多种通信协议，如UART、SPI和I2C。
通过这些接口，单片机可以与其他设备进行数据交换，实现数据采集、通信和控制等功能。
7. 外部扩展接口：51系列单片机提供了多个外部扩展接口，如总线接口和片选引脚等。
51单片机的基本结构及其主要组成部分
51单片机的基本结构及其主要组成部分51单片机是一种广泛应用于嵌入式系统中的微控制器，具有稳定性高、功耗低、成本低廉等特点。
它的基本结构和主要组成部分对于理解其工作原理和应用具有重要意义。
本文将介绍51单片机的基本结构及其主要组成部分，以帮助读者更好地了解和应用这一技术。
1. CPU部分51单片机的核心是中央处理器（CPU），它负责执行程序中的指令和控制系统的各个部分。
51单片机的CPU采用的是哈佛结构，即指令存储器和数据存储器分开，分别称为程序存储器和数据存储器。
程序存储器用于存储程序的指令，数据存储器用于存储程序运行时需要的数据。
2. 存储器部分除了程序存储器和数据存储器，51单片机还包括其他类型的存储器，如片内RAM和EEPROM。
片内RAM用于存储程序执行时产生的临时数据及其运算结果，具有读写速度快的特点。
EEPROM是电可擦除可编程只读存储器，用于存储一些重要的数据，如用户程序或系统配置信息。
3. 定时器/计数器部分定时器/计数器是51单片机中常用的外设之一，用于计时或计数。
它能够产生一定时间间隔的定时中断，并具有计数功能。
定时器/计数器可以用于测量时间、生成时钟信号、控制脉冲宽度调制等。
4. 串行通信部分51单片机支持串行通信，常用的接口有UART和SPI。
UART是通用异步收发传输器，用于实现与外部设备之间的数据传输。
SPI（串行外围接口）是一种同步串行通信协议，适用于与其他设备进行快速数据交换。
5. I/O口部分51单片机具有多个I/O口，用于与外部设备进行数据输入和输出。
它们可以配置为输入模式或输出模式，并可通过程序对其进行读写操作。
通过I/O口，51单片机能够与外部世界进行信息交换，实现各种功能。
6. 中断部分51单片机支持外部中断和定时器中断。
外部中断可以通过外部引脚的变化来触发，如按键中断、传感器中断等。
定时器中断是通过定时器/计数器产生的中断信号实现的，可以用于定时任务或周期性检测。
MCS-51单片机系统结构
*提供驱动外设的电压或电流； *DMA（直接存储器存取）控制和中断控制。
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1.1 单片微型计算机
一、单片机的发展历史
第一阶段（1976-1978）：单片机的探索阶段。探索
计算机的单芯片集成，单片机（Single Chip Microcomputer） 的定名即缘于此。产品以Intel公司的MCS-48为代表。
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➢数据总线 DB：CPU与存储器、I/O接口之间 (双向)传送数据的公共通路。 * 数据总线的条数决定CPU一次最多可以传送的
数据宽度（位数）。 如：8位机的DB有8条，CPU一次可读写8位数据
16位机的DB有16条，CPU一次可读写16位
➢控制总线 CB：用来传送各种控制或状态信号 * CPU送出和接受的对存储器、I/O接口读写
运算器 控制器 寄存器组
内存储器
输入输出 接口电路
总线
外部设备
软件
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二、微型计算机的结构
AB: Address Bus DB: Data Bus CB: Control Bus
微
处
内
存
理
储
器
器
CPU
地址总线 AB
I/O
输
I/O
接
入
接
口
设口备源自输 出 设 备I/O 接 口
数据总线 DB
控制总线 CB
特点： • 以微处理器（CPU）为核心 • CPU与其他部件间通过三总线连接
BUS
I/O接口
C/T
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系统级——微型计算机系统
• 以微型计算机为中心，配以相应的外围设 备以及控制微型计算机工作的软件，就构 成了完整的微型计算机系统。
51单片机的基本结构
51单片机的基本结构51单片机是一种高性能、低功耗的微控制器，是嵌入式系统中常用的一种芯片。
它具有集成度高、易编程、可编程性强等特点，在各种电子设备中广泛应用，包括家电、工业控制、汽车电子、智能仪器等领域。
51单片机的基本结构主要包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分。
1.CPU51单片机的CPU是其核心部分，负责执行指令、进行运算处理。
它通常采用哈佛结构，即指令和数据分开存储。
51单片机的CPU主要由ALU （算术逻辑单元）、寄存器组、指令寄存器、程序计数器等部分组成，能够完成基本的运算和控制功能。
2.存储器51单片机的存储器包括ROM（只读存储器）和RAM（随机存储器）。
ROM用于存储程序代码和常量数据，是只读的；RAM用于存储变量数据和临时结果，是可读写的。
在51单片机中，通常ROM用于存储程序代码和初始化数据，RAM用于存储运行时数据和临时结果。
3.输入输出端口51单片机的输入输出端口用于与外部设备进行数据交换。
它可以通过不同的接口与外部设备连接，比如并行口、串行口、通用输入输出口等。
通过输入输出端口，51单片机可以与外部设备进行数据传输和通信，实现各种功能。
4.定时计数器51单片机的定时计数器可以用于计时和计数，通常用于控制时序和频率。
在51单片机中，定时计数器可以生成各种定时中断，实现定时控制功能。
定时计数器可以根据需要设定不同的时钟源和计数模式，实现灵活的定时控制。
5.串口通信51单片机的串口通信功能可以用于与外部设备进行串行通信，比如与PC机、外围设备等进行数据传输。
串口通信包括串行口和UART（通用异步收发器），可以通过串行口进行双向数据传输。
串口通信在51单片机中广泛应用于各种通信设备和控制系统中。
总的来说，51单片机的基本结构包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分，通过这些部分的组合和协作，可以实现各种功能和应用。
在实际应用中，设计人员可以根据需要对这些部分进行配置和扩展，实现更丰富的功能和性能要求。
简述51系列单片机的内部组成结构
简述51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种广泛应用的单片机,是微控制器中的经典代表之一。
该系列单片机由中央处理器(CPU)、存储器、输入输出(I/O)接口、时钟和电源等部分组成。
以下是51系列单片机的内部组成结构的简要概述:1. CPU51系列单片机的CPU由一个4位二进制数组成的处理器核心组成,具有高速、低功耗、低延迟的特点。
CPU负责控制整个系统的运行,包括指令的执行、数据的读取和写入、程序的控制等。
2. 存储器51系列单片机的存储器分为外存储器和内存储器两种。
外存储器包括一个或多个随机存取存储器(RAM)和一个或多个只读存储器(ROM),RAM用于存储程序和数据,ROM用于存储固定的程序和数据。
内存储器是51系列单片机的核心存储器,包括一个数据存储器和一个指令存储器,数据存储器用于存储程序和数据,指令存储器用于存储程序的指令集。
3. 输入输出(I/O)接口51系列单片机的输入输出接口包括多个引脚,用于与外部设备进行通信。
输入接口用于接收外部设备的数据,输出接口用于将外部设备的数据发送出去。
I/O 接口的主要功能是控制外部设备的运行,包括读取、写入、控制等。
4. 时钟51系列单片机的时钟由一个时钟芯片组成,用于驱动系统的运行。
时钟芯片可以控制CPU和存储器的读写速度,控制I/O接口的响应速度等。
5. 电源51系列单片机的电源由一个电源芯片组成,用于提供系统的直流供电。
电源芯片可以控制电流的大小和流向,保证系统的稳定运行。
除了以上基本组成部分外,51系列单片机还具有其他一些重要的组成部分,如控制电路、中断控制器、寄存器等。
这些组成部分共同构成了一个完整的系统,使51系列单片机能够实现各种复杂的功能。
51系列单片机的内部组成结构非常复杂,包括多个重要的组成部分,能够实现各种复杂的功能。
深入了解51系列单片机的内部组成结构,有助于我们更好地理解和使用该系列单片机。
51系列单片机的内部组成结构
51系列单片机的内部组成结构51系列单片机是一种常用的微控制器，具有复杂的内部组成结构。
本文将以51系列单片机的内部组成结构为标题，进行详细介绍。
1. CPU核心51系列单片机的核心是一个8位的CPU，它负责执行指令和控制整个系统的运行。
CPU包括指令译码器、运算单元和控制单元等部分。
指令译码器负责将指令翻译成对应的操作码，运算单元负责执行算术和逻辑运算，控制单元负责控制各个部件的工作。
2. 存储器51系列单片机有多种存储器，包括ROM、RAM和EEPROM等。
ROM用于存放程序代码和常量数据，RAM用于存放变量和临时数据，EEPROM用于存放非易失性数据。
存储器的大小和类型可以根据需求进行选择和配置。
3. 输入输出端口51系列单片机具有多个输入输出端口，用于与外部设备进行数据交互。
通过编程，可以将某些端口设置为输入端口，用于接收外部信号；将某些端口设置为输出端口，用于控制外部设备。
输入输出端口的数量和功能也可以根据需求进行扩展和配置。
4. 定时器/计数器51系列单片机内置了多个定时器/计数器，用于实现精确的定时和计数功能。
通过编程，可以设置定时器的工作方式、计数范围和中断触发条件等。
定时器/计数器广泛应用于计时、脉冲生成、PWM 输出等场景。
5. 串行通信接口51系列单片机支持多种串行通信接口，包括UART、SPI和I2C等。
这些接口可以用于与其他设备进行数据传输和通信。
通过编程，可以设置通信参数、发送和接收数据等。
6. 中断系统51系列单片机内置了中断系统，用于处理外部中断和定时器中断等。
通过编程，可以设置中断的优先级、触发条件和中断服务程序等。
中断系统可以提高系统的响应速度和实时性。
7. 系统时钟51系列单片机需要一个稳定的时钟信号来驱动其内部运行。
时钟信号可以通过外部晶体振荡器或者外部时钟源提供。
时钟信号的频率决定了单片机的运行速度。
8. 电源管理51系列单片机需要一个稳定的电源来工作。
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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？。