第1章

51单片机基本组成

单片机的内部结构比较复杂，而且还非常不易懂，如果你用汇编语言编程，就必须对单片机的内部结构有一个详细的理解，否则，编程时就会有云里雾里的感觉。好在目前单片机编程一般采用C语言，采用C语言编程时，不必对单片机的硬件结构有深入的理解，只需对单片机的基本组成和常用寄存器用法作一了解即可，这大大降低了单片机入门的门槛和开发周期，为单片机爱好者提供了极大的方便。

1.1 单片机内部结构与引脚

1.1.1 单片机的内部结构组成

单片机虽然型号众多，但它们结构却基本相同，主要包括中央处理器（CPU）、存储器（程序存储器和数据存储器）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元，图1-1所示的是51单片机内部结构框图。

图1-1　51单片机内部结构框图

可以看出，51单片机虽然只是一个芯片，但“麻雀虽小，五脏俱全”，作为计算机应该具有的基本部件在单片机内部几乎都包括，因此，51单片机实际上就是一个简单的微型计算机系统。

1. 中央处理器（CPU）

中央处理器（CPU）是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统的工作，完成运算和控制输入输出等操作。

2. 存储器

存储器分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）两种。前者存放调试好的固定程序和常数，它是只读的，掉电数据不会丢失；后者存放一些随时有可能变动的数据，它是可读可写的，掉电后数据会消失。

3. 定时/计数器

单片机除了具有运算功能外，还具有控制功能，所以离不开计数和定时。因此，在单片机中就设置有定时器兼计数器。

4. 并行输入/输出（I/O）口

51单片机一般共有4组8位I/O口（P0、P2、P1和P3），用于与外部进行数据并行传输。

5. 全双工串行口

51单片机内置一个全双工串行通信口，用于与其他设备间的串行数据传输。

6. 中断系统

51 单片机具备较完善的中断功能，一般包括外部中断、定时/计数器中断和串行中断，以满足不同的控制要求。

现在，我们已经知道了单片机的组成，实际上，单片机内部有一条将它们连接起来的“纽带”，即所谓的“内部总线”。而CPU、ROM、RAM、I/O口、中断系统等就分布在此“总线”的两旁，并和它连通。一切指令、数据都可经“内部总线”传输。

以上介绍的是51单片机的基本组成部分，各种型号的51单片机包括STC89C5X、AT89S5X等，都是在51单片机内核的基础上进行功能的增强和改装而成。

1.1.2 单片机的引脚

51单片机虽然型号众多，同一封装的51单片机其管脚配置基本一致。图1-2所示的是采用PDIP40（40脚双列直插式）封装的51单片机引脚配置图。

图1-2　51单片机引脚配置图

40个引脚中，正电源和地线2个，外置石英振荡器的时钟线2个，复位引脚1个，控制引脚3个，4组8位I/O口线32个。

1. 电源和接地引脚（2个）

GND（20脚）：接地脚。

V

CC

（40脚）：正电源脚，接+5V电源。

2. 外接晶体引脚（2个）

XTAL1（19脚）：时钟XTAL1脚，片内振荡电路的输入端。

XTAL2（18脚）：时钟XTAL2脚，片内振荡电路的输出端。

时钟电路为单片机产生时序脉冲，单片机所有运算与控制过程都是在统一时序脉冲的驱动下进行的。时钟电路就好比人的心脏，如果人的心跳停止了，生命就会停止；如果单片机的时钟电路停止工作，那么单片机也就停止运行了。

51单片机的时钟有两种方式，一种是片内时钟振荡方式，但需在18和19脚外接石英晶体和振荡电容；另外一种是外部时钟方式，即将外引脉冲信号从XTAL1引脚注入，而XTAL2引脚悬空。

3. 复位电路

RST（9脚）：复位信号引脚。