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8051 单片机的结构和原理
2.1 51 系列单片机的结构
51 单片机最初是由 Intel 公司开发设计的 ,但后来 Intel 公司把 51 核的设计方案卖给了几家大的电
子设计生产商,譬如 SST 、 Philip 、Atmel 等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以 51 为内核的
单片机,倒是 Intel 公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容 51 指令、
并在 51 的基础上扩展一些功能而内部结构是与 51 一致的,在前一章我们已经提到 51 单片机在今后很长
一段时间内仍是主流,所以我们的教材将还是以 51 核为例给大家进行详细的介绍。
2.1.1 51 系列单片机的结构框图
我们假设读者是已经学完了计算机的组成原理,所以下面出现的有关计算机的专有名词
就不做详细介绍了。
我们知道我们 PC 机的 CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构,然而 MCU (单片机)、 Dsp (数字信号
处理器)都是基于哈佛结构的体系结构。哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同,在冯诺伊曼体系结构下
只有一个地址空间, ROM 和 RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间,即 ROM 和 RAM 地址
统一分配。 CPU 访问存储器时,一个地址对应唯一的存储单元,可能是 ROM ,也可能是 RAM 。而哈佛
结构下 ROM 和 RAM 是分开编址,即程序和数据分开保存,访问时用不同的指令加以区分,并可同时访
问,在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度 。在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。
图 2 - 1 所示为 MCS -51 系列单片机的基本结构框图。
从结构框图我们可以看出在这一小块芯片上,集成了一个微型计算机的各个组成部分。这些部分包
括:
(1 ) 一个 8 位的微处理器( CPU )。
(2 ) 片内数据存储器 RAM (128B /256B ),用以存放可以读/写的数据,如运算的中间结果、
最终结果以及欲显示的数据等, SST89 系列单片机最多提供 1K 的 RAM 。
(3 ) 片内程序存储器 ROM /EPROM (4KB /8KB ),用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一
些单片机内部不带 ROM /EPROM ,如 8031 ,8032 ,80C31 等。目前单片机的发展趋势是将 RAM 和
ROM 都集成在单片机里面 ,这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性 。SST 公司推出的 89 系
列单片机分别集成了 16K 、32K 、64K Flash 存储器,可供用户根据需要选用,读者可查看书的后面部分。
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(4 ) 四个 8 位并行 I /O 接口 P0~P3 ,每个口既可以用作输入,也可以用作输出。
(5 ) 两个定时器/计数器,每个定时器/计数器都可以设置成计数方式,用以对外部事件进行计
数,也可以设置成定时方式,并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信,目前
的 52 系列单片机都会提供 3 个 16 位定时器 /计数器。
(6 ) 五个中断源的中断控制系统 。现在新推出的单片机都不只 5 个中断源 ,例如 SST89E58RD 就
有 9 个中断源。
(7 ) 一个全双工 UART (通用异步接收发送器)的串行 I /O 口,用于实现单片机之间或单机与微
机之间的串行通信。
(8 ) 片内振荡器和时钟产生电路 ,但石英晶体和微调电容需要外接 。最高允许振荡频率为 12MHz 。
SST89V58RD 最高允许振荡频率达 40MHz ,因而大大的提高了指令的执行速度。
以上各个
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