此前已經(jīng)介紹了關(guān)于8051微控制器基礎(chǔ)知識(shí)和引腳圖說(shuō)明等相關(guān)知識(shí)，而在本文中，將重點(diǎn)介紹8051微控制器的硬件方面內(nèi)容，如 I/O 端口、RAM、ROM、定時(shí)器和串行端口等。

微控制器的基本組件

微處理器和微控制器之間的區(qū)別在于片上外圍設(shè)備的可用性，如內(nèi)存(RAM 和 ROM)、I/O 端口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、通信接口(如串行端口)等。

下圖顯示了微控制器的基本組件。由于所有組件(以及一些其他組件)都集成在單個(gè)芯片(集成電路IC)上，因此可以將微控制器視為微型計(jì)算機(jī)(或單片機(jī))。

1、CPU(中央處理器);它是微控制器的大腦，主要由算術(shù)邏輯單元(ALU)和控制單元(CU)等重要部件組成。CPU是與內(nèi)存、輸入和輸出等外圍設(shè)備進(jìn)行通信的主要設(shè)備。

顧名思義，ALU(算術(shù)邏輯單元)執(zhí)行算術(shù)和邏輯運(yùn)算。CU(控制單元)負(fù)責(zé)CPU與其外圍設(shè)備之間的通信過(guò)程的計(jì)時(shí)。

2、程序存儲(chǔ)器;CPU的指令存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中。它通常實(shí)現(xiàn)為只讀存儲(chǔ)器(ROM)，即使斷電或系統(tǒng)重置，寫(xiě)入其中的程序也會(huì)保留。

現(xiàn)代程序存儲(chǔ)器模塊通常由EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)組成，它是一種非易失性存儲(chǔ)器。在這種類型的存儲(chǔ)器中，可以使用特殊的編程信號(hào)擦除和重新編程數(shù)據(jù)。當(dāng)微控制器上電或手動(dòng)復(fù)位時(shí)，處理器從程序存儲(chǔ)器中的預(yù)定義存儲(chǔ)位置(地址)執(zhí)行一組指令。

3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;微控制器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器負(fù)責(zé)存儲(chǔ)變量值、臨時(shí)數(shù)據(jù)、中間結(jié)果和其他數(shù)據(jù)，以便程序正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通常被稱為RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，它是一種易失性存儲(chǔ)器。它通常組織為寄存器，包括特殊功能寄存器 (SFR) 和用戶可訪問(wèn)的內(nèi)存位置。

4、輸入和輸出端口;I/O端口(輸入/輸出端口)為微控制器提供了與外界的物理連接。輸入端口提供了一個(gè)網(wǎng)關(guān)，用于在傳感器的幫助下傳遞來(lái)自外部世界的數(shù)據(jù)。來(lái)自輸入端口的數(shù)據(jù)被處理(取決于應(yīng)用程序)并將確定輸出端口上的數(shù)據(jù)。輸出端口允許微控制器控制外部設(shè)備(如電機(jī)和LED)。通常，微控制器中的所有端口都具有雙重功能，即它們可以作為輸入和輸出端口(但不能同時(shí))。

4、時(shí)鐘發(fā)生器(振蕩器);時(shí)鐘信號(hào)允許微控制器和其他部件內(nèi)部的操作同步。時(shí)鐘發(fā)生器是微控制器架構(gòu)不可分割的一部分，用戶必須以晶體的形式提供額外的定時(shí)電路。

8051微控制器架構(gòu)

8051微控制器是一個(gè)8位微控制器，即它可以讀取、寫(xiě)入和處理8位數(shù)據(jù)。有很多制造商，如Atmel、NXP、TI，他們都制造自己的8051微控制器版本。

無(wú)論是哪家制造商，其內(nèi)部硬件設(shè)計(jì)(即8051微控制器架構(gòu))或多或少都保持不變。下圖以框圖樣式顯示了8051微控制器架構(gòu)：

8051微控制器架構(gòu)框圖顯示8051微控制器由CPU、RAM(SFR和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)、閃存 (EEPROM)、I/O端口和用于外設(shè)之間通信的控制邏輯組成。8051微控制器內(nèi)部所有這些不同的外設(shè)都將通過(guò)8位數(shù)據(jù)總線(也稱為內(nèi)部數(shù)據(jù)總線)相互通信。

另外，請(qǐng)閱讀關(guān)于8051微控制器引腳圖和引腳說(shuō)明的這篇文章。

8051微控制器特性

下面將簡(jiǎn)單介紹下8051微控制器架構(gòu)的主要特性。

注意：內(nèi)部ROM和RAM等一些功能特性會(huì)因8051微控制器的特定型號(hào)而異。

具有兩個(gè)寄存器 A(累加器)和B的8位 CPU。

8K字節(jié)的內(nèi)部ROM – 它是一種支持系統(tǒng)內(nèi)編程的閃存。

256字節(jié)的內(nèi)部RAM – RAM的前128個(gè)字節(jié)(即00H到7FH)再次劃分為4個(gè)組，每個(gè)組中有8個(gè)寄存器(R0–R7)、16位可尋址寄存器和80個(gè)通用寄存器。RAM的較高128字節(jié)(即80H到FFH)由SFR或特殊功能寄存器組成。使用SFR可以控制不同的外圍設(shè)備，如計(jì)時(shí)器、串行端口、所有輸入/輸出端口等。

32個(gè)I/O引腳(輸入/輸出引腳)——排列為4個(gè)端口：P0、P1、P2和P3。

8位堆棧指針 (SP) 和處理器狀態(tài)字 (PSW)。

16位程序計(jì)數(shù)器 (PC) 和數(shù)據(jù)指針 (DPTR)。

兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器——T0和T1。

控制寄存器——SCON、PCON、TCON、TMOD、IP和IE。

全雙工操作的串行數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器 - SBUF。

中斷：兩個(gè)外部和三個(gè)內(nèi)部。

振蕩器和時(shí)鐘電路。

總結(jié)

以上就是關(guān)于8051微控制器架構(gòu)的簡(jiǎn)要說(shuō)明，相對(duì)來(lái)說(shuō)還是比較好理解的。

眾所周知，8051微控制器奠定了嵌入式應(yīng)用的單片微型計(jì)算機(jī)的經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，也為后來(lái)微控制器的研究發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐;而了解8051微控制器架構(gòu)和特性，可以更好的學(xué)習(xí)現(xiàn)代微控制器技術(shù)原理。