目錄

1.概述??

?2.CPU

3.電源電路

4.時鐘電路

5.復位電路

6.ROM（程序存儲器）

7.RAM（數據存儲器）

8.中斷控制器

9.定時器/計數器

10.串行通信口

11.P0～P3輸入/輸出電路和鎖存器

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?1.概述??

? ? ? ? 8051單片機內部結構如下圖所示，從圖中可以看出，單片機內部主要由CPU、電源電路、時鐘電路、復位電路、ROM（程序存儲器）、RAM（數據存儲器）、中斷控制器、串行通信口、定時器/計數器、P0～P3端口的鎖存器和輸入/輸出電路組成。

?2.CPU

? ? ? ?CPU又稱中央處理器（Central Processing Unit），主要由算術/邏輯運算器（ALU）和控制器組成。單片機在工作時，CPU 會按先后順序從 ROM（程序存儲器）的第一個存儲單元（0000H單元）開始讀取程序指令和數據，然后按指令要求對數據進行算術（如加運算）或邏輯運算（如與運算），運算結果存入 RAM（數據存儲器），在此過程中，CPU 的控制器會輸出相應的控制信號，以完成指定的操作。

3.電源電路

? ? ? ? 電源電路的功能是對單片機需要供電的電路供電。電子產品要想工作都離不開電源，電源是必須的電路。51單片機工作電壓一般為DC5V，對于壓差不太大的情況，一般使用降壓芯片來實現電壓的轉化。

4.時鐘電路

????????時鐘電路的功能是產生時鐘信號送給單片機內部各電路，控制這些電路使之有節拍地工作。時鐘信號頻率越高，內部電路工作速度越快。時鐘信號的周期稱為時鐘周期（也稱振蕩周期）。兩個時鐘周期組成一個狀態周期（S），它分為P1、P2兩個節拍，P1節拍完成算術、邏輯運算，P2節拍傳送數據。6個狀態周期組成一個機器周期（12個時鐘周期），而執行一條指令一般需要1～4個機器周期（12～48個時鐘周期）。如果單片機的時鐘信號頻率為12MHz，那么時鐘周期為1/12μs，狀態周期為1/6μs，機器周期為1μs，指令周期為1～4μs。?

5.復位電路

????????復位電路的功能是完成單片機內部電路的初始化，使得單片機能從一種確定的狀態開始運行。當復位引腳RST出現5ms以上的高電平時，單片機就完成復位操作，如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態，無法執行程序，因此，要求單片機復位后能脫離復位操作

6.ROM（程序存儲器）

????????ROM（程序存儲器）又稱只讀存儲器，是一種具有存儲功能的電路，斷電后存儲的信息不會消失。ROM（程序存儲器）類似于計算機中的硬盤，保存了電影、文檔、音樂等文件，把電源關掉后，下次重新打開計算機，所有的文件照樣還在。ROM主要用來存儲程序和常數，用編程軟件編寫好的程序經編譯后寫入ROM。ROM主要有下面幾種。

（1）Mask ROM（掩膜只讀存儲器）Mask ROM中的內容由廠家生產時一次性寫入，以后不能改變。這種ROM成本低，適用于大批量生產。

（2）PROM（可編程只讀存儲器）新的PROM沒有內容，可將程序寫入內部，但只能寫一次，以后不能更改。如果PROM在單片機內部，PROM中的程序寫錯了，整個單片機便不能使用。

（3）EPROM（紫外線可擦寫只讀存儲器）EPROM是一種可擦寫的PROM，采用EPROM的單片機上面有一塊透明的石英窗口，平時該窗口被不透明的標簽封貼，當需要擦除EPROM內部的內容時，可撕開標簽，再用紫外線照射透明窗口15～30min，即可將內部的信息全部擦除，然后重新寫入新的信息。

（4）EEPROM（電可擦寫只讀存儲器）EEPROM 也稱作 E2PROM 或 E2PROM，是一種可反復擦寫的只讀存儲器，但它不像EPROM需要用紫外線來擦除信息，這種ROM只要加適當的擦除電壓，就可以輕松快速地擦除其中的信息，然后重新寫入信息。EEPROM反復擦寫可達1000次以上。

（5）Flash Memory（快閃存儲器）Flash Memory簡稱閃存，是一種長壽命的非易失性（在斷電情況下仍能保持所存儲的數據信息）的存儲器，數據刪除不是以單個字節為單位，而是以固定的區塊（扇區）為單位，區塊大小一般為256KB至20MB。Flash Memory是EEPROM的變種，兩者的區別主要在于，EEPROM能在字節水平上進行刪除和重寫，而大多數Flash Memory需要按區塊擦除或重寫。由于Flash Memory斷電時仍能保存數據，且數據擦寫方便，故使用非常廣泛（如手機、數碼相機使用的存儲卡）。STC89C5x系列51單片機就采用Flash Memory作為程序存儲器。

7.RAM（數據存儲器）

????????RAM（數據存儲器）又稱隨機存取存儲器，也稱可讀寫存儲器。RAM（數據存儲器）的特點是：可以存入信息（稱作寫），也可以將信息取出（稱作讀），斷電后存儲的信息會全部消失。RAM（數據存儲器）是單片機的數據存儲空間，用來存儲程序運行過程中產生的和需要的數據，跟計算機的內存是相似的概念。RAM可分為DRAM（動態存儲器）和SRAM（靜態存儲器）。

????????DRAM的存儲單元采用了MOS管，它利用MOS管的柵極電容來存儲信息，由于柵極電容容量小且漏電，故柵極電容保存的信息容易消失，為了避免存儲的信息丟失，必須定時給柵極電容重寫信息，這種操作稱為“刷新”，故DRAM內部要有刷新電路。DRAM雖然要有刷新電路，但其存儲單元結構簡單、使用元件少、功耗低，且集成度高、單位容量價格低，因此需要大容量 RAM 的電路或電子產品（如計算機的內存條）一般采用 DRAM作為RAM。

????????SRAM的存儲單元由具有記憶功能的觸發器構成，它具有存取速度快、使用簡單、不需刷新和靜態功耗極低等優點，但元件數多、集成度低、運行時功耗大，單位容量價格高。因此一般需要小容量RAM的電路或電子產品（如單片機的RAM）一般采用SRAM作為RAM。

8.中斷控制器

????????當CPU正在按順序執行ROM中的程序時，若（P3.2）或（P3.3）端送入一個中斷信號（一般為低電平信號），如果編程時又將中斷設為允許，中斷控制器馬上發出控制信號讓CPU停止正在執行的程序，轉而去執行ROM中已編寫好的另外的某段程序（中斷程序），中斷程序執行完成后，CPU又返回執行先前中斷的程序。

????????8051單片機中斷控制器可以接受5個中斷請求：和端發出的兩個外部中斷請求、T0、T1定時器/計數器發出的兩個中斷請求和串行通信口發出的中斷請術。要讓中斷控制器響應中斷請求，先要設置允許總中斷，再設置允許某個或某些中斷請求有效，若允許多個中斷請求有效，還要設置優先級別（優先級別高的中斷請求先響應），這些都是通過編程來設置，另外還需要為每個允許的中斷編寫相應的中斷程序，比如允許和T1的中斷請求，就需要編寫和 T1 的中斷程序，以便 CPU 響應了請求馬上執行中斷程序，響應了T1請求馬上執行T1中斷程序。

9.定時器/計數器

????????定時器/計數器是單片機內部具有計數功能的電路，可以根據需要將它設為定時器或計數器。如果要求CPU在一段時間（如5ms）后執行某段程序，可讓定時器/計數器工作在定時狀態，定時器/計數器開始計時，當計到5ms后馬上產生一個請求信號送到中斷控制器，中斷控制器則輸出信號讓 CPU 停止正在執行的程序，轉而去執行 ROM 中特定的某段程序。如果讓定時器/計數器工作在計數狀態，可以從單片機的T0或T1引腳輸入脈沖信號，定時器/計數器開始對輸入的脈沖進行計數，當計數到某個數值（如1000）時，馬上輸出一個信號送到中斷控制器，讓中斷控制器控制 CPU 去執行 ROM 中特定的某段程序（如讓 P0.0引腳輸出低電平點亮外接LED燈的程序）。

10.串行通信口

????????串行通信口是單片機與外部設備進行串行通信的接口。當單片機要將數據傳送給外部設備時，可以通過串行通信口將數據由TXD端輸出；外部設備送來的數據可以從RXD端輸入，通過串行通信口將數據送入單片機。串行是指數據傳遞的一種方式，串行傳遞數據時，數據是一位一位傳送的。

11.P0～P3輸入/輸出電路和鎖存器

????????8051單片機有P0～P3四組端口，每組端口有8個輸入/輸出引腳，每個引腳內部都有一個輸入電路、一個輸出電路和一個鎖存器。以P0.0引腳為例，當CPU根據程序需要讀取P0.0引腳輸入信號時，會往P0.0端口發出讀控制信號，P0.0端口的輸入電路工作，P0.0引腳的輸入信號經輸入電路后，分作兩路，一路進入 P0.0鎖存器保存下來，另一路傳送給 CPU；當CPU根據程序需要從P0.0引腳輸出信號時，會往P0.0端口發出寫控制信號，同時往P0.0鎖存器寫入信號，P0.0鎖存器在保存信號的同時，會將信號送給P0.0輸出電路（寫P0.0端口時其輸入電路被禁止工作）,P0.0輸出電路再將信號P0.0引腳送出。P0～P3端口的每個引腳都有兩個或兩個以上的功能，在同一時刻一個引腳只能用作一個功能，用作何種功能由程序決定，比如當 CPU執行到程序的某條指令時，若指令是要求讀取某端口引腳的輸入信號，CPU 執行該指令時會發出讀控制信號，讓該端口電路切換到信號輸入模式（輸入電路允許工作，輸出電路被禁止），再讀取該端口引腳輸入的信號。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的8051单片机内部结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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