前言

51系列單片機包括下列部件
1個8位CPU
1個片內振蕩器及時鐘電路
4KB ROM程式存盤器
128B RAM資料存盤器
可尋址64KB外部資料存盤器和64KB外部程式存盤器的控制電路
32條可編程的I/O線（4個8位并行I/O介面）
兩個16位的定時/計數器
1個可編程全雙工串行介面
5個中斷源和兩個優先級嵌套中斷結構

一、CPU

CPU是單片機的核心部件，它由運算器和控制器等部件組成，

1. 運算器
   運算器的功能是進行算術運算：加、減、乘、除、加1、減1、比較、BCD碼十進制調整等
   邏輯運算：與、或、異或、求反、回圈等邏輯操作
   位操作：內部有布爾處理器，它以進位標志位C為位累加器，用來處理位操作，可對位置 “1”、對位清零 、位判斷等，
   操作結果的狀態資訊送至狀態寄存PSW，

   2.程式計數器PC（注：PC是不可以被用戶尋址） 程式計數器PC是16位的暫存器，用來存放即將要執行的指令地址，可對64KB程式存盤器直接尋址，執行指令時，PC內容的低8位經P0口輸出，高8位經P2口輸出，

   3.指令暫存器 指令暫存器中存放指令代碼，CPU執行指令時，由程式存盤器中讀取的指令代碼送入指令存盤器，經指令譯碼器譯碼后由定時與控制電路發出相應的控制信號，完成指令功能，

二、存盤器

1.存盤器結構

MCS-51的儲存器結構與常見的微型計算機的配置方法不同,主要特點是:程式存盤器和資料存盤器的尋址空間是分開的，各有自己的尋址方式、控制信號和功能，

前面我們講到了51單片機有64KB的程式存盤器，其中呢有4KB的程式存盤器0000H~0FFFH的4KB地址范圍是在單片機的片內還是片外，由EA引腳決定
存盤器映像圖，

程式存盤器用來存放程式和始終要保留的常數，

資料存盤器存放程式運行中所需要的常數和變數，

程式計數器PC是16位的暫存器，用來存放即將要執行的指令地址，可對64KB程式存盤器直接尋址，執行指令時，PC內容的低8位經P0口輸出，高8位經P2口輸出，

2.物理上有4個存盤器地址空間

3.邏輯上有3個存盤器地址空間

4.程式存盤器

程式存盤器用來存放編制好的始終保留的固定程式和表格常數，程式儲存器以程式計數器 PC 作為地址指標，通過16位地址總線，可尋址的地址空間為64KB，
對于內部無ROM的單片機，如8031單片機，必須外部擴展程式存盤器，地址從0000H～FFFFH都是外部程式存盤空間，/EA 應始終接地，
對于內部有ROM的單片機，/EA引腳可接高電平，使程式從內部ROM開始執行，當PC值超出內部ROM的容量時，會自動轉向外部程式存盤器空間，外部程式存盤器地址空間為1000H～FFFFH；/EA引腳也可接低電平，此時內部ROM將不起作用，

5.程式存盤器中的幾個特殊地址的使用

三、外部資料存盤器

用于存放隨機讀寫的資料，
MCS-51單片機的外部資料存盤器和外部I/O口實行統一編址，最多可擴展64KB外部資料存盤器，

四、內部資料存盤器

前面我們說到，51單片機有128B 的資料存盤器，即128個位元組的資料存盤器
那么讓我們來看看是怎么區分的
內部資料存盤器是使用最多的地址空間，存放隨機讀寫的資料，分為：通用暫存器區、堆疊區、運算運算元存放區
那么有同學就有疑問了，51不是只有128B的內部資料存盤器，哪來的高128單元，原因是我們現在是用的52即增強型的了，所以講的也是52的了
注： 對51基本型單片機只有00H-7FH單元128位元組的RAM區，對52增強型的單片機還有80H-FFH組成的高128位元組RAM區（共256位元組RAM ），

（1）內部RAM——暫存器區（地址為0～1FH的前32個單元）

內部RAM的前32個單元，共分為4組，每組含8個暫存器，在組中按R7～R0編號，地址從00H～1FH，
CPU使用哪一組暫存器，由程式狀態字中的RS0、RS1的設定來決定，

初始化時或復位時，自動選中0組，
一旦選中一組，其它三組只能作為資料存盤器使用，而不能作為暫存器使用，
設定多組暫存器可以方便保護現場，

（2）內部RAM——位尋址區

片內20H～2FH位元組單元，即可作為一般的RAM區使用進行位元組操作，也可以對單元中的每一位進行位操作，共有16個位元組尋址單元，按位計算有128位，位地址為：00H～7FH
例：清除位地址00H單元
CLR 00H ；對某位清0
MOV 20H, #00H ；
或 AND 20H, #0FEH

（3）內部RAM——用戶RAM區

除選中的寄存組以外的存盤器均可以作為通用RAM區，
單元地址為30H~7FH，共80個位元組單元，
注意：對于用戶RAM區，只能以存盤單元（位元組地址）的形式來使用，一般用作堆疊區，

（4）堆疊區

8XX51單片機的堆疊設在內部RAM區，深度不大于128位元組，初始化時SP指向07H，

注： 對51基本型單片機只有00H-7FH單元128位元組的RAM區，對52增強型的單片機還有80H-FFH組成的高128位元組RAM區（共256位元組RAM ），

五、特殊功能暫存器

專用暫存器：做為專門規定的、有特定的用途暫存器，也就是用于存放相應部件的控制命令、狀態、或者資料的暫存器，共22個專用暫存器，其中有21個為可尋址的 ， 特殊功能暫存器用英文縮寫SFR （Special Fuction Register）表示， 具體見下表，表中標注了各SFR的名稱、位元組地址、可尋址位的位地址和位名稱，

21個特殊功能暫存器的名稱及主要功能介紹如下，詳細的用法見后面各節的內容，
A—累加器，自帶有全零標志Z，A=0則Z=1；A≠0則Z=0，該標志常用于程式分支轉移的判斷條件，
B—暫存器，常用于乘除法運算，
PSW—程式狀態字，主要起著標志暫存器的作用，其8位定義如下，

CY：進/借位標志
反映最高位的進位借位情況，加法為進位、減法為借位，
CY=1，有進/借位 ； CY=0，無進/借位，
AC：輔助進/借位標志
反映高半位元組與低半位元組之間的進/借位，
AC=1有進/借位； AC=0無進/借位 ，
FO：用戶標志位，可由用戶設定其含義，
RS1，RS0：作業暫存器組選擇位，
OV：溢位標志
反映補碼運算的運算結果有無溢位
有溢位 OV=1，無溢位OV=0，
（計算機中設立了溢位標志位OV，通過最高位的進位（符號位的進位CY和次高位的進位CY-1異或產生））
例如

溢位OV：兩個補碼數相加時結果超出補碼表示范圍而產生
進位CY：當運算結果超出計算機位數的限制（8位，16位），會產生進位，他是由最高位計算產生的，在加法中表現為進位，在減法中表現為借位，

-：無效位，
P：奇偶標志
運算結果有奇個“1”，P=1；運算結果有偶個“1”，P=0，

SP—堆疊指標，8XX51單片機的堆疊設在片內RAM，
對堆疊的操作包括壓入（PUSH）和彈出（POP）兩種方式，并且遵循先進后出、后進先出的原則，同時，SP指向的存盤內容總是有用的，地址的生產方向是向上（高地址）生成，操作時先修改SP，后壓堆疊或出堆疊，并按位元組進行操作，

DPTR——資料指標暫存器
用來存放16位地址值，以便用間接尋址或變址尋址片外存盤器，DPTR可分成DPL和DPH兩個8位暫存器分別使用，
P0、P1、P2、P3——I/O埠暫存器
是四個并行I/O埠映射入SFR中的暫存器，通過對該暫存器的讀/寫，可實作從相應I/O埠的輸入/輸出，

例如：
指令 MOV P1，A 實作了把A累加器中的內容從P1埠輸出的操作；
指令MOV A，P3 實作了把P3埠線上的資訊輸入到A中的操作，

此外還有如下暫存器，它們將在后面章節介紹：
IP——中斷優先級控制暫存器，
IE——中斷允許控制暫存器，
TMOD——定時器/計數器方式控制暫存器，
TCON——定時器/計數器控制暫存器，
TH0、TL0——定時器/計數器0，
TH1、TH1——定時器/計數器1，
SCON——串行埠控制暫存器，
SBUF——串行資料緩沖器，
PCON——電源控制暫存器，

注： 在52子系列中，高128位元組RAM和SFR的地址是重疊的，究竟訪問哪一塊可通過不同的尋址方式加以區分，訪問高128位元組RAM采用暫存器間址，****訪問SFR則只能采用直接尋址（易錯），訪問低128位元組RAM時，兩種尋址均可采用，

六、時鐘電路

單片機的時鐘信號用來提供單片機內各種微操作時間基準，8XX51單片機的時鐘信號通常有兩種電路形式：
內部振蕩方式和外部振蕩方式，

★電容器C01、C02起穩定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為 5～30PF，

外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機，這種方式適宜用于使單片機的時鐘與外部信號保持一致，外部振蕩方式如圖1-4所示，

七、單片機的時序單位

單片機的時序單位有：
振蕩周期：晶振的振蕩周期，又稱時鐘周期，為最小的時序單位，單片機作業的基本頻率信號，是單片機內的最高頻率，由單片機振蕩電路產生或外部振蕩電路提供；
振蕩周期(或時鐘周期)：Tosc=1/fosc
狀態周期：振蕩頻率經單片機內的二分頻器分頻后提供給片內CPU的時鐘周期，因此，一個狀態周期包含2個振蕩周期，
狀態時間：S＝2Tosc


機器周期（MC）：1個機器周期由6個狀態周期及12個振蕩周期組成，是計算機執行一種基本操作的時間單位，
機器周期=12Tosc
指令周期：指令周期是執行一條指令所需要的時間，指令周期是以機器周期的倍數來表示，如單周期、雙周期和四周期指令等

例：單片機外接晶振頻率12MHZ時的各種時序單位：
振蕩周期=1/fosc=1/12MHZ=0.0833us
狀態周期=2/fosc=2/12MHZ=0.167us
機器周期=12/fosc=12/12MHZ=1us
指令周期=(1～4)機器周期=1～4us

八、復位電路

復位操作則使單片機的片內電路初始化，使單片機從一種確定的狀態開始運行，復位操作通常有2種基本形式：上電復位 和 開關復位

上電后，由于電容充電，使RST持續一段高電平時間，當單片機已在運行程序中時，按下復位鍵也能使RST持續一段時間的高電平，從而實作上電且開關復位的操作，通常選擇
C=10uf

(1)復位的作用

①得到一個可知的上電狀態;
②作業時可隨時重新初始化硬體，重新開始;
③協調多個器件同步作業;
④電源穩定后再作業，靠復位來確定單片機開始作業;
⑤在上電后控制程式開始的準確時間;

(2)幾個重要的復位狀態：

PC = 0000H
P0、P1、P2、P3 = 0FFH
PSW= 00H
SP = 07H

九、引腳功能

8XX51單片機有44引腳的
方形封裝形式和40個引腳的雙
列直插式封裝形式，最常用的
40個引腳封裝，見圖1-6.

總結

本章我們講到了，51單片機的結構，這也是最基本的知識，畢竟硬體決定物理世界，有哪些硬體決定能實作哪些功能，只有了解底層的硬體結構，才能讓我們更好地撰寫代碼，所以說本章可以說是重中之重，知識點也多，注意辨析，把這一章看懂了，說明51單片機入門了，