8051微控制器架构和主要特性概述

此前已经介绍了关于8051微控制器基础知识和引脚图说明等相关知识，而在本文中，将重点介绍8051微控制器的硬件方面内容，如 I/O 端口、RAM、ROM、定时器和串行端口等。

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围设备的可用性，如内存（RAM 和 ROM）、I/O 端口、定时器/计数器、通信接口（如串行端口）等。

下图显示了微控制器的基本组件。由于所有组件（以及一些其他组件）都集成在单个芯片（集成电路IC）上，因此可以将微控制器视为微型计算机（或单片机）。

1、CPU（中央处理器）；它是微控制器的大脑，主要由算术逻辑单元（ALU）和控制单元（CU）等重要部件组成。CPU是与内存、输入和输出等外围设备进行通信的主要设备。

顾名思义，ALU（算术逻辑单元）执行算术和逻辑运算。CU（控制单元）负责CPU与其外围设备之间的通信过程的计时。

2、程序存储器；CPU的指令存储在程序存储器中。它通常实现为只读存储器（ROM），即使断电或系统重置，写入其中的程序也会保留。

现代程序存储器模块通常由EEPROM（电可擦可编程只读存储器）组成，它是一种非易失性存储器。在这种类型的存储器中，可以使用特殊的编程信号擦除和重新编程数据。当微控制器上电或手动复位时，处理器从程序存储器中的预定义存储位置（地址）执行一组指令。

3、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、中间结果和其他数据，以便程序正常运行。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，包括特殊功能寄存器 (SFR) 和用户可访问的内存位置。

4、输入和输出端口；I/O端口（输入/输出端口）为微控制器提供了与外界的物理连接。输入端口提供了一个网关，用于在传感器的帮助下传递来自外部世界的数据。来自输入端口的数据被处理（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）。通常，微控制器中的所有端口都具有双重功能，即它们可以作为输入和输出端口（但不能同时）。

4、时钟发生器（振荡器）；时钟信号允许微控制器和其他部件内部的操作同步。时钟发生器是微控制器架构不可分割的一部分，用户必须以晶体的形式提供额外的定时电路。

8051微控制器架构

8051微控制器是一个8位微控制器，即它可以读取、写入和处理8位数据。有很多制造商，如Atmel、NXP、TI，他们都制造自己的8051微控制器版本。

无论是哪家制造商，其内部硬件设计（即8051微控制器架构）或多或少都保持不变。下图以框图样式显示了8051微控制器架构：

8051微控制器架构框图显示8051微控制器由CPU、RAM（SFR和数据存储器）、闪存 (EEPROM)、I/O端口和用于外设之间通信的控制逻辑组成。8051微控制器内部所有这些不同的外设都将通过8位数据总线（也称为内部数据总线）相互通信。 

另外，请阅读关于8051微控制器引脚图和引脚说明的这篇文章。

8051微控制器特性

下面将简单介绍下8051微控制器架构的主要特性。

注意：内部ROM和RAM等一些功能特性会因8051微控制器的特定型号而异。

• 具有两个寄存器 A（累加器）和B的8位 CPU。
• 8K字节的内部ROM – 它是一种支持系统内编程的闪存。
• 256字节的内部RAM – RAM的前128个字节（即00H到7FH）再次划分为4个组，每个组中有8个寄存器（R0–R7）、16位可寻址寄存器和80个通用寄存器。RAM的较高128字节（即80H到FFH）由SFR或特殊功能寄存器组成。使用SFR可以控制不同的外围设备，如计时器、串行端口、所有输入/输出端口等。
• 32个I/O引脚（输入/输出引脚）——排列为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。
• 全双工操作的串行数据发送器和接收器 - SBUF。
• 中断：两个外部和三个内部。
• 振荡器和时钟电路。 

总结

以上就是关于8051微控制器架构的简要说明，相对来说还是比较好理解的。

众所周知，8051微控制器奠定了嵌入式应用的单片微型计算机的经典体系结构，也为后来微控制器的研究发展提供强有力支撑；而了解8051微控制器架构和特性，可以更好的学习现代微控制器技术原理。