单片机（MCS-51）简述
钱堃 收集整理
本文简要地介绍单片机技术并以MCS-51单片机为例,介绍其结构组成特点及应用，感
兴趣的同学可以进一步阅读相关文献（如参考文献）了解更多技术性细节知识。 通用微处理器和单片机是计算机技术发展中的两个主要分支，它们适用于各种不同的
应用领域。单片机（Microcontroller Unit, MCU）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、脉宽调制电路、
模拟多路转换器、A/D转换器等电路等）集成到一块芯片上构成的一个小而完善的微型计
算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，
发展到现在的300M的高速单片机。
MCS-51系列单片机是以8051为核心发展起来的，具有基本的硬件结构和通用的软件
特性，图1为MCS-51系列单片机基本组成框图。
图1 单片机组成框图
构成计算机的主要组成部分(CPU、存储器、可编程I/O口等)，通过地址总线、数据总线
和控制总线连接在一起，这种芯片叫单片机。单片机的功能结构如图2所示，MCS-51单
片机的内部结构包含下列几个部件（新的单片机在以下指标方面更为先进）： (1)一个8位CPU；
(2)一个片内振荡器及时钟电路
(3)4 ROM程序存储器；
(4)128字节RAM数据存储器，
(5)两个16位定时器/计数器；
(6)可寻址64x字节外部数据存储器和64K字节外部程序存储器空间的控制电路；
(7)32条可编程的I/O线(四个8位并行I/O端口)；
(8)一个可编程全双工串行口；
(9)具有5个中断源、2个优先级嵌套中断结构。
图2 MCS-51单片机功能方框图
单片机作为嵌入式应用的微型计算机，从硬件结构到软件指令系统都是针对测控领域
的广泛需要和特点而设计的，因此单片机也称之为微控制器(MCU)，它适用于嵌入电子系
MCS-51 单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件？
MCS-51 单片机内部包含哪些主要逻辑功能部件有：
(1)1 个 8 位的微处理器 CPU。
(2)8KB 的片内程序存储器 Flash ROM(51 子系列的 Flash ROM 为 4KB)，用
于烧录运行的程序、常数数据。
(3)256B 的片内数据存储器 RAM(51 子系列的 RAM 为 128B)，在程序运行
时可以随时写入数据和读出，用于存放函数相互传递的数据、接收的外部数
据、中间结果、最后结果以及显示的数据等。
(4)3 个 16 位的定时器/计数器(51 子系列仅有 2 个定时器)，每个定时器/计
数器可以设置为计数方式，用于对外部事件信号进行计数，也可以设置为定
时方式，满足各种定时要求。
(5)有一个管理 6 个中断源(51 子系列 1 是 5 个中断源)、两个优先级的中断
控制器。
(6)4 个 8 位并行 I/O 端，每个端口既可以用作输入，也可以用于输出。
(7)一个全双工的 UART(通用异步接收发送器)串行 I/O 口，用于单片机之
间的串行通信，或者单片机与 PC 机、其它设备、其它芯片之间的串行通
MCS-51单片机最小系统设计
目 录
第一部分 课程设计任务书 ............................................................................................ 1
一、课程设计题目 .................................................................................................... 1
二、课程设计时间 .................................................................................................... 1
三、课程设计提交方式 ............................................................................................ 1
四、设计要求 ............................................................................................................ 1
第二部分 课程设计报告 ................................................................................................ 2
一、单片机发展简史 ................................................................................................ 2
二、MCS-51单片机系统简介 ................................................................................. 2
mcs-51 单片机是由哪些部分组成的
学习的内部结构之前，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。
51 单片机的内部又有些什么部件组成呢?
下图就是我们要研究学习的对象，51 单片机结构图了。大家看看图，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。
图片 1
中央处理器(CPU)：
刚跟大家讲过，需要提醒的是的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码。CPU 是
