8051是mcs-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。
8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(rom)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：
·中央處理器：
中央處理器(cpu)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cpu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。
·數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)：
8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的的ram只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。
·程序存儲(chǔ)器(rom)：
8051共有4096個(gè)8位掩膜rom，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。
·定時(shí)/計(jì)數(shù)器(rom)：
8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。
·并行輸入輸出(i/o)口：
8051共有4組8位i/o口(p0、 p1、p2或p3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。
·全雙工串行口：
8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。
·中斷系統(tǒng)：
8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。
·時(shí)鐘電路：
8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12mhz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。
單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛(harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(princeton)結(jié)構(gòu)。intel的mcs-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的mcs-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。
下圖是mcs-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
■mcs-51的引腳說(shuō)明：
mcs-51系列單片機(jī)中的8031、8051及8751均采用40pin封裝的雙列直接dip結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)i/o口，中斷口線與p3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明：
·pin20:接地腳。
·pin40:正電源腳，正常工作或?qū)ζ瑑?nèi)eprom燒寫程序時(shí)，接+5v電源。
·pin19:時(shí)鐘xtal1腳，片內(nèi)振蕩電路的輸入端。
·pin18:時(shí)鐘xtal2腳，片內(nèi)振蕩電路的輸出端。
8051的時(shí)鐘有兩種方式，一種是片內(nèi)時(shí)鐘振蕩方式，但需在18和19腳外接石英晶體(2-12mhz)和振蕩電容，振蕩電容的值一般取10p-30p。另外一種是外部時(shí)鐘方式，即將xtal1接地，外部時(shí)鐘信號(hào)從xtal2腳輸入。
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·輸入輸出(i/o)引腳：
pin39-pin32為p0.0-p0.7輸入輸出腳，pin1-pin1為p1.0-p1.7輸入輸出腳，pin21-pin28為p2.0-p2.7輸入輸出腳，pin10-pin17為p3.0-p3.7輸入輸出腳，這些輸入輸出腳的功能說(shuō)明將在以下內(nèi)容闡述。
·pin9:reset/vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8051通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在reset引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器pc指向0000h，p0-p3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07h，其它專用寄存器被清“0”。reset由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000h地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變r(jià)am（包括工作寄存器r0-r7）的狀態(tài)，8051的初始態(tài)如下表：
8051的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖。此外，reset/vpd還是一復(fù)用腳，vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部ram的數(shù)據(jù)不丟失。
特殊功能寄存器
初始態(tài)
特殊功能寄存器
初始態(tài)
acc
00h
b
00h
psw
00h
sp
07h
dph
00h
th0
00h
dpl
00h
tl0
00h
ip
xxx00000b
th1
00h
ie
0xx00000b
tl1
00h
tmod
00h
tcon
00h
scon
xxxxxxxxb
sbuf
00h
p0-p3
1111111b
pcon
0xxxxxxxb
·pin30:ale/當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)，ale(地址鎖存)的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)，ale端將有一個(gè)1/6時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，ale會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。
如果單片機(jī)是eprom，在編程其間，將用于輸入編程脈沖。
·pin29:當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)，pc的16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在p0和p2口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到p0口上，由cpu讀入并執(zhí)行。
·pin31:ea/vpp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線，8051和8751單片機(jī)，內(nèi)置有4kb的程序存儲(chǔ)器，當(dāng)ea為高電平并且程序地址小于4kb時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò)4kb地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如ea為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的8031,ea端必須接地。
在編程時(shí)，ea/vpp腳還需加上21v的編程電壓。