单片机的硬件结构（51单片机的组成）

51单片机的组成

（1）8位微处理器（CPU）
（2）数据存储器（128B RAM）
（3）程序存储器（4KB Flash ROM）
（4）4个8位并行I/O口（P0口~P3口）
（5）1个全双工异步串口
（6）2个16位定时器/计数器
（7）1个看门狗定时器
（8）中断系统：5个中断源、5个中断向量；
（9）特殊功能寄存器（SFR）26个；
（10）低功耗的空闲模式和掉电模式；
（11）3个程序加密位；

优点

相比AT89C51，AT89S51有
（1）增加在线可编程功能ISP功能（In System Program），现场程序调试和修改更加方便灵活
（2）数据指针2个，方便对片外RAM的访问过程
（3）看门狗定时器，提高系统抗干扰能力
（4）增加断电标志；
（5）增加掉电状态下的中断恢复模式；

各部件的功能

• CPU（微处理器）
  8位，包括运算器和控制器两部分，还有位处理功能。
• 数据存储器（RAM）
  128B（52子系列为256B），最多可扩64KB。片内RAM为高速RAM，可加快速度和降低功耗。
• 程序存储器（Flash ROM）
  4KB Flash（AT89S52 则为8KB；AT89C55片内20KB），如不够，片外可外扩至64KB。
• 中断系统
  5个中断源，2级中断优先权。
• 定时器/计数器
  2个16位定时器/计数器（52子系列有3个），4种工作方式。
• 1个看门狗定时器WDT
  当CPU由于干扰使程序陷入死循环或跑飞时，WDT可使程序恢复正常运行。
• 串行口
  全双工异步串行口，4种工作方式。可进行串行通信，扩展并行I/O口，可与多个单片机构成多机系统。
• P1口、P2口、P3口、P0口：4个8位并行I/O口。
• 特殊功能寄存器（SFR）

26个，对片内各功能部件管理、控制和监视。是各功能部件的控制寄存器和状态寄存器，映射在片内RAM区80H～FFH内。

引脚的功能

1．电源引脚

（1）VCC（40脚）：+5V电源引脚

（2）VSS（20脚）：数字接地

左下脚接地，右上脚接电源

2．时钟引脚

（1）XTAL1(19脚)

输入端，使用片内振荡器时，应接外部石英晶体和微调电容。外接时钟源时，该脚接外部时钟振荡器输出的信号。

（2）XTAL2（18脚）：

片内振荡器反相放大器的输出端。

• 使用片内振荡器，该脚连接外部石英晶体和微调电容。
• 当使用外部时钟源时，本脚悬空。

3. 控制引脚

（1）RST (RESET，9脚)

复位信号输入端
单片机要想复位，需要在RST加持续时间大于2个机器周期的高电平，可使单片机复位。
正常工作应≤0.5V。

当看门狗定时器溢出输出时，该脚将输出长达96个时钟振荡周期的高电平。

（2）EA*/VPP (31脚)

1. EA*：第一功能：允许访问外部程序存储器控制。
   • EA*=1
     PC值≤0FFFH时，单片机读片内4KB Flash中的程序，
     PC值 >0FFFH时 （超出片内4KB Flash地址范围），转向读取片外60KB（1000H-FFFFH）程序存储器空间中的程序。
   • EA*=0
     只读取外部的程序存储器中的内容，读取地址范围0000H～FFFFH，片内4KB Flash无效。
2. VPP：第二功能，对片内Flash编程，接编程电压。

（3）ALE/PROG*（30脚）

1. ALE：第一功能
   为访问外部存储器提供低8位地址锁存信号，将低8位地址锁存在片外地址锁存器中。

2. PROG*：第二功能
   对片内 Flash编程的编程脉冲输入

4. 并行I/O端口

剩下的32个引脚都是并行I/O口引脚
p0,p1,p2,p3共四个引脚，每个引脚8位

4个8位并行I/O端口，为P0、P1、P2、P3。
输出锁存器属特殊功能寄存器。
端口组成：每位均由输出锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成，
4个端口均可位寻址。

P0口

8位，漏极开路的双向 I/O口
漏极开路意味着有一个高阻态
可作为系统总线低8位地址总线及数据总线分时复用端口。
也可作通用I/O口，需加上拉电阻，这时为准双向口。如作通用I/O输入，应先向端口写入1，可驱动8个LS型TTL负载。

双功能的8位并行端口，字节地址为80H，位地址为80H～87H。

电路结构

P0口位电路包括：
（1）1个数据输出的锁存器。
（2）2个三态的数据输入缓冲器，分别是用于读锁存器数据的输入缓冲器BUF1和读引脚数据的输入缓冲器BUF2。
（3）1个多路转接开关 MUX，它的一个输入来自锁存器的 Q*端，另一个输入为地址/数据信号的反相输出。 MUX由“控制”信号控制，实现锁存器输出和地址/数据信号间转接。
（4）数据输出的控制和驱动电路，由2个场效应管（FET）组成。

工作过程

（1）P0口用作地址/数据总线
P0口