8051单片机（基于冯诺伊曼体系结构的CPU）-趣爱秀

基本结构

8051单片机

51单片机最初是由Intel公司开发设计的，但后来Intel公司把51核的设计方案卖给了几家大的电子设计生产商，譬如 SST、Philip、Atmel等大公司。如是市面上出现了各式各样的但均以51 为内核的单片机，倒是Intel公司自己的单片机却显得逊色了。这些各大电子生产商推出的单片机都兼容51指令、并在51的基础上扩展一些功能而内部结构是与51一致的。

结构框架

PC 机的CPU 是基于冯诺伊曼的体系结构，然而MCU（单片机）、Dsp（数字信号处理器）都是基于哈佛结构的体系结构。哈佛结构与冯诺伊曼结构有很大的不同，在冯诺伊曼体系结构下只有一个地址空间，ROM 和RAM 可以随意安排在这一地址范围内的不同空间，即ROM 和RAM 地址统一分配。CPU 访问存储器时，一个地址对应唯一的存储单元，可能是ROM，也可能是RAM。而哈佛结构下ROM 和RAM 是分开编址，即程序和数据分开保存，访问时用不同的指令加以区分，并可同时访问，在这样的体系结构下有利于提高指令的执行速度。在后面的章节我们将详细介绍单片机的存储器配置。

（1）一个8 位的微处理器（CPU）。

（2）片内数据存储器RAM（128B/256B），用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据等，SST89 系列单片机最多提供1K 的RAM。

（3）片内程序存储器ROM/EPROM（4KB/8KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如8031，8032，80C31 等。目前单片机的发展趋势是将RAM 和ROM 都集成在单片机里面，这样既方便了用户进行设计又提高了系统的抗干扰性。SST 公司推出的89 系列单片机分别集成了16K、32K、64K Flash 存储器，可供用户根据需要选用，读者可查看书的后面部分。

（4）四个8 位并行I/O 接口P0~P3，每个口既可以用作输入，也可以用作输出。

（5）两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式，并可以根据计数或定时的结果实现计算机控制。为方便设计串行通信，目前的52 系列单片机都会提供3 个16 位定时器/计数器。

（6）五个中断源的中断控制系统。现在新推出的单片机都不只5 个中断源，例如SST89E58RD 就有9 个中断源。

（7）一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O 口，用于实现单片机之间或单机与微机之间的串行通信。

（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。SST89V58RD 最高允许振荡频率达40MHz，因而大大的提高了指令的执行速度。

以上各个部分通过内部数据总线相互连接。

8051 单片机内部结构如图2-2 所示。一个完整的计算机应该由运算器、控制器、存储器（ROM 及RAM）、数据总线和I/O 接口组成。一般微处理器（如8086）就只包括运算器和控制器两部分。和一般微处理器相比，8051 增加了四个8 位I/O 口、一个串行口、4KB ROM、128BRAM、很多工作寄存器及特殊功能寄存器（SFR），所以单片机具有比微处理器更强大的控制功能，单片机是专为进行控制设计的，而常见的微处理器是用于运算功能的。