51 系列单片机的结构和功能

51 系列单片机是英特尔公司生产的具有一定结构和功能的单片机产品。这家公司在

1976 年引入 8 位 MCS - 48 系列单片机后，于 1980 年又推出了 8 位高档的 MCS - 51
系列单片机。它包含很多种这类型的单片机，如
8051，8031，8751，80C51BH，80C31BH 等，它们的基本组成，基本性能和指令
系统都是一样的。一般情况习惯用 8051 来代表 51 系列单片机。

一个单片机的系统是由以下几部分组成：（1）一个 8 位 CPU 微处理器。（2）静态

随机存取存储器，能够储存程序运行过程中产生的数据。（3）程序存储器 ROM / 
EPROM 中（4KB/8KB），用来保存程序和一些初始数据。但是在一些单片机中不使用
ROM / EPROM 中，如 8031，8032，80c 系列等。（4）4 个 8 排的 I / O 并行接口 P0 
~P3，每个口可以用作输入，也可以用作输出。（5）2 个定时器/计数器，每个定时器/
计数器可设置计数用来计数外部事件，可以设置成常用的定时方式，并可以根据计算或
结果控制单片机的运行。（6）五个中断源控制系统。（7）1 个双向串行 I / O 口的
UART（通用异步接收器/发送器 UART），用于实现单片机的串行通信。（8）振荡器和
时钟产生电路，需要外部电源的石英晶体微调电路，允许接在 12v 的振荡频率上。上述
部分通过内部数据总线连接。其中，CPU 是单片机的核心，它是单片机的控制和指挥中
心，ALU 算数逻辑运算单元可进行算术运算和逻辑运算，由 1

 

个 8 暂时存储器，和 2

 

个 8 位的累加器组成。Acc 累加器是 ALU 运算结果的存放单元，一般数据通过它来传送。
此外，Acc 往往被视为对 8051 内的数据传输中转站。和通常的微处理器一样，它是最
繁忙的寄存器。有记忆功能并执行命令。该控制器包括程序计数器，可读写的存储器，振
荡器和定时电路等。该程序计数器是有两对 8 或 16 位计数器，它是一个字节地址计数
器，在个人电脑运行程序时，执行下一个单元的内容，程序执行时可以改变它的内容从
而改变运行的结果。在 8051 芯片震荡电路中，需要外接石英晶体和微调电容，其频率
范围为 1.2MHz—12MHz。该脉冲信号，即为 8051 的工作周期，是最小的时间单位 。
8051 和其他单片机一样，都有相同的控制和功能，就像乐队也有打击乐器一样。

在 8051 中有 ROM（程序存储器，只能读取），和 RAM（数据存储器，可以读和

写），他们有各自独立的内存地址空间，也有相同的处理方式。8051 和 8751 的程序存
储器的存储容量为 4KB，地址从 0000H 开始，在使用过程中其中的数据不变 。
8051、8751、8031 数据存储器的内存为 128B，默认地址是 00FH，用于保存中间数据
和缓存。在这 128B 的内存中，有 32 byteses，被称作工作寄存器，和常用的微处理器
不同的是，8051 的 RAM 是按功能来划分模块的。MCS - 51 系列单片机和一般电脑的
处理方式不同。一般电脑会自动分配地址空间，ROM 和 RAM 的计算机可以安排在不同
的空间内，地址范围会根据 ROM 和 RAM 的位置分配不同地址空间。在访问的内存，不
管是 ROM 和 RAM，只有一个地址对应一个内存单元，都要按这个顺序访问。这种内存

 

结构是所谓的普林斯顿结构。 8051 的存储器按物理结构划分可分为程序存储器空间和
数据存储空间，共有四个内存空间，按结构位置的不同分为内部程序存储空间、外部程
序存储空间、内部数据存储空间和外部数据存储空间。但从用户的使用角度看，8051 存
储器地址空间被分成三类：（1）片内，安排 FFFFH 的块，片外的（使用 16 个地址）
串口 0000H 地址。（2）外部数据存储器地址空间为 64KB，地址是从 0000H 到 
FFFFH（含 16 个地址）的位置排列也。（3）256B 的数据存储器（使用 8 个地址）的
地址空间。上述三个重叠的内存空间地址，用 8051 指令系统的传输不同的数据和使用
的功能区分。CPU 的访问内存时，访问 ROM 使用 MOVC 语句，访问 RAM 块顺序使用片
外操作的 MOVX 语句，访问内存片段使用 MOV 语句。

8051 单片机有 4 个 8 并行的 I / O 端口，分别为 P0，P1，P2 和 P3。每个端口是 8

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