单片机的结构与功能

运算器运算器由运算部件——算术逻辑单元(Arithmetic & Logical Unit，简称ALU)、累加器和寄存器等几部分组成。ALU的作用是把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入来源为两个8位数据，分别来自累加器和数据寄存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。运算器有两个功能：(1) 执行各种算术运算。(2) 执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。运算器所执行全部操作都是由控制器发出的控制信号来指挥的，并且，一个算术操作产生一个运算结果，一个逻辑操作产生一个判决。

控制器控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序发生器和操作控制器等组成，是发布命令的“决策机构”，即协调和指挥整个微机系统的操作。其主要功能有：(1) 从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。(2) 对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作。(3) 指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。微处理器内通过内部总线把ALU、计数器、寄存器和控制部分互联，并通过外部总线与外部的存储器、输入输出接口电路联接。外部总线又称为系统总线，分为数据总线DB、地址总线AB和控制总线CB。通过输入输出接口电路，实现与各种外围设备连接。

主要寄存器(1)累加器A累加器A是微处理器中使用最频繁的寄存器。在算术和逻辑运算时它有双功能：运算前，用于保存一个操作数;运算后，用于保存所得的和、差或逻辑运算结果。(2)数据寄存器DR数据寄存器通过数据总线向存储器和输入/输出设备送(写)或取(读)数据的暂存单元。它可以保存一条正在译码的指令，也可以保存正在送往存储器中存储的一个数据字节等等。(3)指令寄存器IR和指令译码器ID指令包括操作码和操作数。指令寄存器是用来保存当前正在执行的一条指令。当执行一条指令时，先把它从内存中取到数据寄存器中，然后再传送到指令寄存器。当系统执行给定的指令时，必须对操作码进行译码，以确定所要求的操作，指令译码器就是负责这项工作的。其中，指令寄存器中操作码字段的输出就是指令译码器的输入。(4)程序计数器PCPC用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够连续地执行下去，因此通常又被称为指令地址计数器。在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址(即程序的首地址)送入PC，使它总是指向下一条要执行指令的地址。(5)地址寄存器AR地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。由于内存与CPU之间存在着速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/写操作完成为止。显然，当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要用到地址寄存器和数据寄存器。同样，如果把外围设备的地址作为内存地址单元来看的话，那么当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器。

(1)单片机的体积比较小， 内部芯片作为计算机系统，其结构简单，但是功能完善，使用起来十分方便，可以模块化应用。(2)单片机有着较高的集成度，可靠性比较强，即使单片机处于长时间的工作也不会存在故障问题。(3) 单片机在应用时低电压、低能耗，是人们在日常生活中的首要选择， 为生产与研发提供便利。(4)单片机对数据的处理能力和运算能力较强，可以在各种环境中应用，且有着较强的控制能力。

历史单片机的发展先后经历了4位、8位、16位和32位等阶段。8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域，8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。 [3] 80年代初，Intel公司推出了8位的MCS-51系列的单片机。

51单片机的部件MCS-51单片机的逻辑部件，包括一个8位CPU及片内振荡器、 80514B掩膜ROM、87514KBEPROM、8031无ROM、特殊功能寄存 器SFR128BRAM、定时器/计数器T0及T1、并行I/O接口：P0、P1、P2、P3;串行接口：TXD、RXD;中断系统：INT0，INT1。 [3]

基本功能1.8位数据总线，16位地址总线的CPU;2.具有布尔处理能力和位处理能力;3.采用哈佛结构，程序存储器与数据存储器地址空间各自独立，便于程序设计;4.相同地址的64KB程序存储器和64KB数据存储器;5.0-8KB片内程序存储器(8031无，8051有4KB，8052有8KB，89C55有20KB);6.128字节片内数据存储器(8051有256字节);7.32根双向并可以按位寻址的I/O线;8.两个16位定时/计数器(8052有3个);9.一个全双工的串行I/O接口;10.多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级;11.片内时钟振荡器。