51单片机CPU内部结构框图

一、51单片机的硬件结构1. 硬件结构框图说明：○1微处理器(CPU)：51单片机含一个8位CPU，与通用的CPU功能基本相同，含运算器和控制器，不仅可以字节处理，还可以位处理。

例如：未处理、查表、状态检测、中断处理等。

○2数据存储器(RAM)：51为128B，52为256B；片外最大可扩展到64K。

○3程序存储器(ROM/EPROM)：8031没有，8051有4K的ROM，8751有4K的EPROM；片外可扩展至64K。

○4中断系统：5个中断源，2级优先权。

○5定时器/计数器：2个16位定时/计数器，四种工作方式。

○6串行口：1个全双工串行口，四种工作方式。

可进行串口通信，扩展并行I/O口，多机通信等。

○7P1、P2、P3、P0口：四个8位并行I/O口。

○8特殊功能寄存器(SFR):共21个，对片内部件进行管理、控制、监视；实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。

2. 引脚排列(1)电源及时钟引脚○1电源引脚：Vcc(40脚)解5V电源、Vss(20脚)接地。

○2时钟引脚：两个始终引脚XTAL1、XTAL2外接晶振，或接晶体与片内反相放大器构成振荡器。

XTAL1(19脚)：内部反相放大器的输入端。

若接晶振则应接地；XTAL2(18脚)：内部反相放大器的输出端。

若采用外部时钟振荡器，该引脚接收时钟振荡信号。

(2)控制引脚○1RST/Vpd(9脚)：复位信号输入，高电平有效。

单片机运行时，此脚持续2个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平，就可复位。

平时应为0.5V低电平；Vpd为第二功能，备用电源输入端。

○2:ALE为地址锁存允许，正常工作时，ALE不断输出正脉冲信号。

当访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳变沿用作低8位地址的锁存信号；PROG’为编程脉冲输入端。

○3PSEN’(Program Strobe Enable,29脚)：程序存储器允许输出控制端。

低电平是外部程序存储器选通。

51单片机的内部结构MCS-51单片机内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。

8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：·中央处理器：中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU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。

·数据存储器(RAM)：8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。

·程序存储器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。

·定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。

·并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。

·全双工串行口：8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

·中断系统：8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

·时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。

单片机的结构有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿(Princeton)结构。

51单片机基本结构详解1.什么是单片机单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU 、随机存储器RAM 、只读存储器ROM 、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调试电路电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。

图1-1 单片机外形图2.单片机的引脚排列常用的单片机有40个引脚，其排列和功能如图2-1所示。

外ROM读选通信号外接晶体引线端地址锁存控制引脚内外ROM选择引脚21222324252627282930313233343536373839402019181716151413121110987654321VSS XTAL1XTAL2T1/P3.5TO/P3.4TXD/P3.1RXD/P3.0RST/VPD P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0INT0/P3.2INT1/P3.3P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0VCC EA/VPP ALE/PROG PSEN RD/P3.7WR/P3.6电源引脚接地引脚复位信号P1口P0口P3口P2口图2-1单片机的引脚排列和功能3.单片机最小系统单片机最小系统是单片机正常工作的最小硬件要求，包括供电电路、时钟电路、复位电路，如图3-1所示。

图3-1 单片机的最小应用系统判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24V ，19脚对地约2.09V 。

对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和＋5V 连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题。

MCS-51单⽚机的硬件结构MCS-51单⽚机的基本组成MCS-51是Intel公司⽣产的⼀个单⽚机系列的总称.在功能上,该系列单⽚机有基本型和增强型两⼤类,通常以芯⽚型号的末位数字来区别。

末位数字位“1”的型号是基本型，为“2”的信号是增强型。

MCS-51单⽚机的内部结构如图所⽰，基本结构包括：⼀个8位的CPU及⽚内振荡器；4KB掩膜ROM（8051），4KB EPROM（8751），⽆ROM（8031）；128B RAM，21个特殊功能寄存器SFK；4个（P0~P3）8位并⾏I/O接⼝，⼀个可编程全双⼯通⽤异步串⾏接⼝（UART）；具有5个中断源，2个优先级；可寻址64KB 的⽚外ROM和64KB的⽚外RAM；两个16位的定时/计数器;具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能。

MCS-51单⽚机的引脚及其功能MCS-51单⽚机的引脚封装MCS-51单⽚机有普通的HMOS芯⽚和CMOS低功耗芯⽚。

HMOS芯⽚采⽤双列直插封装⽅式，⽽CMOS芯⽚采⽤的封装⽅式有双列直插也有⽅形封装的。

尽管封装的⽅式不同，但是它们的结构完全⼀样。

输⼊/输出接⼝MCS-51单⽚机有4个双向8位I/O接⼝，它们是P0、P1、P2、P3。

在⽆外接存储器时，这4个I/O接⼝均可以作为通⽤I/O接⼝使⽤，CPU既可以对它们进⾏字节操作也可以进⾏位操作。

当外接程序存储器或数据存储器时，P0⼝和P2⼝不再作为通⽤I/O⼝使⽤。

此时，P0⼝传送存储器地址的低8位以及双向的8位数据，P2⼝传送存储器地址的⾼8位。

P0⼝和P2共同组成MCS-51单⽚机的16位地址总线，⽽低8位地址总线与8位双向数据总线分时复⽤。

P0⼝P0⼝有8位，每⼀位由⼀个锁存器、两个三态输⼊缓冲器、控制电路和驱动电路组成。

P0⼝有两种功能，⼀是作为通⽤I/O⼝；⼆是当外接存储器时，作为低8位地址总线和8位双向数据总线。

P0 ⼝作为通⽤I/O ⼝作为通⽤I/O ⼝时，P0 ⼝既可以做输⼊⼝，也可以做输出⼝，并且每⼀位都可以设定为输⼊或输出。