单片机内部结构详解-单片机控制技术（C语言版）

AT89S51单片机的组成如图1-1所示，内部结构如图1-2所示。

图1-1　AT89S51单片机组成框图

AT89S51主要包含以下功能部件：

·8位CPU。

·128B内部数据存储器RAM、21个特殊功能寄存器。

·4KB（4096个单元）的在线可编程Flash片内程序存储器Flash ROM。

·4个8位并行输入／输出口（即I／O口）P0、P1、P2、P3口。

·1个可编程全双工的异步串行口。

·2个16位定时／计数器。

·5个中断源、2个中断优先级。

·时钟电路，振荡频率fosc为0～33MHz。

以上各部分由8位内部总线连接起来，并通过各端口与机外沟通。其中总线分3类：数据总线、地址总线和控制总线。单片机的基本结构仍然是通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元控制上均采用了特殊功能寄存器（21个专用寄存器SFR）的集中控制方法，完成对定时器、串行口、中断逻辑的控制。

图1-2　AT89S51单片机内部结构图

1.中央处理器CPU（8位）

CPU是核心部件，包括运算器和控制器。CPU的功能是产生各种控制信号，控制存储器、输入／输出端口的数据传送、算术与逻辑运算以及位操作处理。AT89S51的CPU能处理8位二进制数或代码。

（1）控制器。(www.xing528.com)

控制器是发布操作命令的机构，是指挥中心。它对来自存储器的指令进行译码，通过定时控制电路在指定的时刻发出各种操作所需的控制命令，以使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。它主要由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、地址指针DPTR、堆栈指针SP、定时控制和条件转移逻辑电路组成。程序计数器PC为二进制16位专用寄存器，用来存放下一条将要执行的指令的地址，具有自动加1的功能。指令寄存器用于暂存待执行的指令，等待译码。指令译码器对指令寄存器的指令进行译码，将指令转变为执行此指令所需的电信号。DPTR为16位寄存器，是专用于存放16位地址的，该地址可以是片内、外ROM，也可以是片内、外RAM。SP是8位寄存器，属于堆栈指针。

（2）运算器。

运算器主要完成算术运算（加减乘除、加1、减1、BCD加法的十进制调整）、逻辑运算（与、或、异或、清“0”、求反）、移位操作（左右移位）。它以8位的算术／逻辑运算部件ALU（Architecher Logic Unit）为核心，与通过内部总线挂在其周围的暂存器、累加器ACC、程序状态字PSW、BCD码运算调整电路、通用寄存器B、专用寄存器和布尔处理机组成了整个运算器的逻辑电路。ALU由加法器和其他逻辑部件组成，可以对半字节、字节等数据进行算术和逻辑运算。累加器ACC，简称A，是CPU中最繁忙的寄存器，所有的算术运算和大部分的逻辑运算都是通过A来完成的，它用于存放操作数或运算结果。B寄存器主要用于乘除操作。布尔处理机则是专门用来对位进行操作的部分，如置位、清“0”、取反、转移、传送和逻辑运算。

2.内部数据存储器（内部RAM）

AT89S51单片机中共有256个RAM单元，但其中后128个单元被21个特殊功能寄存器占用，能作为一般寄存器供用户使用的只是前128个单元，用于存放可读写的数据、运算的中间结果或用户定义的字型表。因此，通常所说的内部数据存储器就是指前128个单元，简称内部RAM。

3.内部程序存储器（内部ROM）

AT89S51单片机共有4KB的Flash ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此称为程序存储器，简称内部ROM。

4.定时／计数器

AT89S51单片机共有2个16位的定时／计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。

5.并行I／O口

AT89S51单片机共有四个8位的并行I／O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入／输出。

6.串行口

AT89S51单片机有1个异步全双工串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，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。

7.中断控制系统

AT89S51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。其共有5个中断源，即外中断2个、定时／计数中断2个、串行中断1个。全部中断分为高级和低级共两个中断优先级别。

8.时钟电路

AT89S51单片机的内部有时钟电路，用于产生整个单片机运行的时序脉冲，但石英晶体和微调电容需外接。