单片机内部结构与硬件资源详解

单片机内部包含组成计算机所需的很多部件，包括CPU、RAM、ROM/EPROM、并行接口、串行接口、定时器/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（Special Function Register，SFR）等功能单元，如图1-4所示。这些单元通过片内的单一总线相连，采用CPU加外围芯片的结构模式，各个功能单元都采用特殊功能寄存器集中控制。

1.CPU

图1-4 MCS-51系列单片机架构

CPU是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51系列单片机的CPU字长是8位，能处理8位二进制数或代码，也可处理一位二进制数。

2.片内数据存储器RAM

MCS-51系列单片机共有256B的RAM单元，其中128B被专用寄存器占用。作为存储单元供用户使用的是前128B，用于存放程序运行产生的临时数据。通常所说的内部数据存储器就是指前128个单元，也称为片内RAM。如果数据存储空间不够用，可根据实际需要在片外扩展，最多可扩展64KB，也可以购买片内RAM较大的单片机，如STC89C58RD的片内RAM为1.2KB。

3.片内程序存储器ROM

MCS-51系列单片机共有4KB的掩膜ROM（只读存储器），用于存放程序、原始数据或表格，一般称为程序存储器，简称内部ROM，兼容系列有89C51、89S51。Intel 8031没有程序存储器，可根据实际需要在片外扩展，最多可扩展到64KB。在实际应用中，单片机已很少用外扩存储器方式来增加ROM，因为外扩存储器的价格比买一个大容量ROM单片机成本要高很多，可以直接购买大容量ROM单片机即可，如STC89C58RD的片内FLASH ROM为32KB。

4.I/O（输入/输出）并行接口

MCS-51系列单片机共有4组8位I/O并行接口P0～P3，每个接口可以用作输入，也可以用作输出。

5.定时器/计数器(www.xing528.com)

MCS-51系列单片机共有两个16位的定时器/计数器，具有4种工作方式。每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部脉冲进行计数；也可以设置成定时方式，用以对内部脉冲计数，并可以根据计数或定时的结果实现控制。

6.串行接口

MCS-51系列单片机有一个全双工的串行接口，具有4种工作方式，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行接口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。单片机与计算机之间的通信也可以通过单片机的串行接口实现。由于两者信号电平不同，单片机与计算机之间的通信需要通过RS-232接口电路实现。

7.片内振荡器和时钟产生电路

MCS-51系列单片机内部有时钟电路，但需要外接石英晶体谐振器和微调电容。时钟电路为单片机产生时钟脉冲。单片机系统的晶振频率一般为6MHz、11.0592MHz或12MHz。

8.中断系统

MCS-51系列单片机的中断功能较强，可满足控制应用的需要。MCS-51系列单片机共有5个中断源，即外部中断两个，定时器/计数器中断两个，串行通信中断一个，增强型的单片机多一个中断源T2，见表1-1。

表1-1 中断源与入口地址

MCS-51系列单片机还具有节电工作方式，由内部特殊功能寄存器进行控制，在应用中可以利用节电工作模式降低系统的功耗。