文档介绍：第二章 单片微机的基本结构
微型计算机的基本组成有三部分,即中央处理器CPU (通常包括运算器和控制器)+存储器+输入/输出(I/O) 接口。若将组成计算机的基本部件集成在一块芯片上,则俗称为单片微机。
80C51内部结构如图2-1所示,主要包括中央处理器CPU (算术逻辑部件 ALU、控制器等) 、只读存储器 ROM、随机存取存储器RAM、定时器/计数器、并行 I/O口 P0~P3、串行口、中断系统以及定时控制逻辑电路等。
80C51单片微机的内部结构
这些部件通过内部总线连接起来,基本结构仍然是通用CPU加上外围芯片的结构模式,但功能单元上的控制与先前相比有重大变化,采用了特殊功能寄存器(SFR) 进行集中控制的方法。
单片微机中的中央处理器(CPU)是单片微机的核心,主要完成运算和控制功能,又增设了“面向控制”的处理功能,增强了实时性。
 2. 程序存储器
  根据内部是否带有程序存储器而形成三种型号:内部没有程序存储器的称80C31,内部带ROM的称80C51,内部以EPROM代替ROM的称87C51。
目前单片微机的程序存储器有以下几种结构形式:
⑴片内只读存储器
片内掩膜ROM的特点是程序必须在制作单片微机时写入,一次性固化,用户不能修改。这种结构形式只适用于程序已成熟、定型,且批量很大的场合。并且只能在厂家定制完成。这种单片微机的价格最便宜。
⑵片内可编程的ROM
片内可编程的ROM可直接由用户进行编程,因而用户在实际应用中甚感方便。一般有以下几种:
·紫外线可擦除型ROM-EPROM型单片微机(如87C51)。EPROM需用紫外线擦除,必须脱机固化,不能在线改写。
·电可擦除型ROM——EEPROM,随着微电子技术的发展,已开始在单片微机中采用,称为Flash单片微机(如89C51)。电可擦除型ROM给用户带来了更大的方便,特别是应用系统的现场调试。由于目前价格已经迅速下降,所以被广泛采用。
EPROM和EEPROM都是可以多次擦除和编程的,或称MTP的ROM。
·OTP的 ROM,仅允许用户一次编程。在应用系统或智能产品的小批量试生产时应用,许多单片微机厂家都提供该类产品。
⑶片外只读存储器
由于受芯片集成度的限制,片内只读存储器一般存储容量较小,给使用带来不便。利用单片微机的并行扩展技术可以外扩片外只读存储器。 3. 数据存储器(RAM)
3. 数据存储器(RAM)
在单片微机中,用随机存取存储器(RAM)来存储程序在运行期间的工作变量和数据,所以称为数据存储器。一般在单片微机内部设置一定容量(64 B至384B)的RAM。这样,小容量的数据存储器以高速RAM的形式集成在单片微机内,以加快单片微机运行的速度。而且这种结构的RAM还可以使存储器的功耗下降很多。
在单片微机中,常把寄存器(如工作寄存器、特殊功能寄存器、堆栈等)在逻辑上划分在片内RAM空间中,所以可将单片微机内部RAM看成是寄存器堆,有利于提高运行速度。
当内部RAM容量不够时,还可通过串行总线或并行总线外扩数据存储器。
 4. 并行I/O口
  单片微机往往提供了许多功能强、使用灵活的并行输入/输出引脚,用于检测与控制。有些I/O引脚还具有多种功能,比如可以作为数据总线的数据线、地址总线的地址线、控制总线的控制线等。单片微机I/O引脚的驱动能力也逐渐增大,甚至可以直接驱动外扩的LED显示器。
5. 串行I/O口
目前高档8位单片微机均设置了全双工串行I/O口,用以实现与某些终端设备进行串行通信,或者和一些特殊功能的器件相连的能力,甚至用多个单片微机相连构成多机系统。随着应用的拓宽,有些型号的单片微机内部还包含有两个串行I/O口。
  6. 定时器/计数器
在单片微机的实际应用中,往往需要精确的定时,或者需对外部事件进行计数。为了减少软件开销和提高单片微机的实时控制能力,因而均在单片微机内部设置定时器/计数器电路。80C51共有两个16位的定时器/计数器,80C52则有三个16位的定时器/计数器。
7. 中断系统
  80C51的中断功能较强,具有内、外共五个中断源,两个中断优先级。
 
  计算机的整个工作是在时钟信号的驱动下,按照严格的时序有规律地一个节拍一个节拍地执行各种操作。单片微机内部设有定时电路,只需外接振荡元件即可工作。
外接振荡元件一般选用晶体振荡器,或用价廉的RC振荡器,也可用外部时钟源,作为振荡元件。近来有的单片微机将振荡元件也集成在芯片内部,这样不仅大大缩小了单片微机的体积,同时也方便了使用。
单片微机在结构上突破了常规的按逻辑功能划分芯片、由多片构成微型计算机的设计思想,将构成计算机的许多功能集成在一块晶体芯片上。