8051单片机的体系结构

在之前的8051单片机教程中，我们已经看到了一些8051单片机的基础知识，西汉姆必威以及8051单片机的引脚图和引脚描述。在本教程中，我们将看到8051微控制器体系结构和体系结构中的不同组件。

我们已经看到了8051单片机标准的40针DIP(双直插式封装)配置的引脚图。在本教程中，在处理8051单片机体系结构的过程中，我们将看到8051单片机的硬件方面，如I/O端口，RAM, ROM，计时器和串口等。

在详细介绍8051单片机体系结构之前，我们将首先了解单片机的基本组成部分，它使单片机成为真正的芯片上的计算机。

在继续学习本教程之前，请阅读8051单片机的介绍。

一个微控制器的基本组件

微处理器和微控制器之间的区别在于片上外设的可用性，如内存(RAM和ROM)、I/O端口、计时器/计数器、通信接口(如串口)等。

下图显示了一个微控制器的基本组成部分。由于所有的元件(以及一些其他的元件)都集成在一个芯片上(集成电路- IC)，一个微控制器可以被认为是一个微型计算机(或一个芯片上的计算机)。

中央处理器

它是单片机的核心部分，主要由算术逻辑单元(ALU)和控制单元(CU)等重要部件组成。CPU是与存储器、输入和输出等外围设备通信的主要设备。

ALU或算术逻辑单元，顾名思义，执行算术和逻辑操作。CU(控制单元)负责CPU和它的外设之间的通信进程的定时。

程序内存

中央处理器的指令存储在程序存储器中。它通常被实现为只读存储器或只读存储器，写入其中的程序即使在断电或系统复位时也会被保留。

现代程序存储模块通常由EEPROM(电可擦可编程只读存储器)组成，EEPROM是一种非易失性存储器。

在这种存储器中，数据可以用特殊的程序设计信号被擦除和重新编程。

当微控制器上电或手动复位时，处理器从程序存储器中预先定义的存储器位置(地址)执行一组指令。

数据存储器

微控制器中的数据存储器负责存储变量值、临时数据、中间结果和其他程序正常运行所需的数据。

数据存储器通常被称为RAM(随机存取存储器)，它是一种易失性存储器。它通常组织为寄存器，包括特殊函数寄存器(SFRs)和用户可访问的内存位置。

输入输出端口

I/O端口或输入/输出端口为微控制器提供与外部世界的物理连接。输入端口提供了一个网关，在传感器的帮助下从外部传递数据。

对来自输入端口的数据进行操作(取决于应用程序)，并将确定输出端口上的数据。

输出端口允许微控制器控制外部设备(如电机和led)。一般来说，微控制器中的所有端口都有双重功能，即它们可以同时作为输入和输出端口(但不是同时)。

时钟发生器(振荡器)

时钟信号允许微控制器内部的操作和其他部分同步。时钟发生器是微控制器体系结构的一个组成部分，用户必须以晶体的形式提供一个额外的定时电路。

8051单片机的体系结构和特点

无论何时，我们开始研究一种新设备，比如电视或洗衣机，我们都要先了解设备的功能。我们试图了解设备的不同特点，如电机转速，负载能力和电力消耗，以洗衣机为例。

即使在我们的情况下，这也是适用的，即当我们从8051单片机开始时，最好先学习一下8051单片机的内部硬件设计，也称为8051单片机体系结构。

在下一节中，我们将看到8051单片机体系结构和它的一些重要特性。关于一些重要特性的深入细节，如8051内存组织和8051输入/输出(I/O)端口，将在新的教程中讨论。

8051单片机的体系结构

8051单片机是一个8位单片机，它可以读取、写入和处理8位数据。有一群制造商，如Atmel, NXP, TI，他们生产自己的版本的8051微控制器。

不管制造商是什么，内部硬件设计，即8051微控制器的架构或多或少是相同的。下图以框图的方式展示了8051单片机的架构。

8051单片机的结构框图表明，8051单片机由CPU、RAM (SFRs和数据存储器)、Flash (EEPROM)、I/O端口和外设之间通信的控制逻辑组成。

8051单片机内部的所有这些不同的外设将通过8位数据总线相互通信，也称为内部数据总线。

请继续阅读这篇文章8051单片机引脚图和引脚描述。

8051单片机的架构特点

在上一节中，我们已经看到了8051单片机的内部架构。现在，我们来看看8051单片机体系结构的特点。

注意:一些功能，如内部ROM和RAM将随8051微控制器的具体型号而变化。

• 8位CPU，有两个寄存器A(累加器)和B。
• 8K字节的内部ROM -它是一个闪存，支持系统内编程。
• 256字节的内部RAM - RAM的前128字节，即00H到7FH，再次被划分为4个库，每个库中有8个寄存器(R0 - R7)， 16位可寻址寄存器和80个通用寄存器。RAM中较高的128字节，即从80H到FFH由SFRs或特殊函数寄存器组成。使用SFRs，我们可以控制不同的外围设备，如定时器、串口、所有I/O端口等。

• 32个I/O引脚(输入/输出引脚)-设置为4个端口:P0, P1, P2和P3。
• 8位堆栈指针(SP)和处理器状态字(PSW)。
• 16位程序计数器(PC)和数据指针(DPTR)。
• 两个16位定时器/计数器- T0和T1。
• 控制寄存器- SCON, PCON, TCON, TMOD, IP和IE。
• 串行数据发送和接收全双工操作- SBUF。
• 中断:两个外部中断和三个内部中断。
• 振荡器和时钟电路。

在本教程中，我们看到了8051单片机体系结构的简要说明。在下一篇8051教程中，我们将看到8051内存组织和I/O端口。