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AT89C51单片机的组成结构和存储器组成资料说明
李鸿洋
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随着微电子技术的快速发展，以ARM为主的32位MCU（微控制器）已普及开来，8位MCU已被很多人认为将被淘汰，更何况其中的老古董MCS-51系列单片机。但从目前的形势来看，8位MCU还牢牢占据着工业控制领域的主导地位，一个原因是8位 MCU的开发成本比较低，也有大量的成熟设计方案，还有一个原因是历史的延续，新的产品还处在不断变化中，老产品则是经数十年的淘汰而留存下来的精品。
MCS-51系列单片机正是如此，自1980年由Intel推出后，获得很大成功，并不断改进而形成系列，成为最普遍使用的单片机内核和指令系统。后来，ATMEL、NXP等多家著名半导体公司推出兼容和增强的51系列单片机，应用普遍，因此成为单片机教学的主要示例，熟悉其结构和指令的工程师数量庞大。这几年，随着AVR、PIC等更高性能单片机的推广使用，特别是ARM Cortex-M系列32位MCU价格的持续走低，原来主要以生产51兼容的通用单片机的半导体公司才逐渐淡出市场，但仍有大量以 51为内核的计量、无线通信等专用芯片存在。在成本敏感度高的中国市场，以51为内核的STC仍然很受欢迎，看来还要持续一段时间。所以，在今后的一段时间内，51系列单片机还有市场，还有一些人仍要从51开始学习单片机，所以单片机的介绍也要从MSC-51开始。MSC-51系列最典型的型号是ATMEL公司的AT89C51。
1.AT89C51内核的主要组成结构：
AT89C51是以ALU位中心的8位微控制器（MCU），完成运算和控制功能；内部有128B的数据存储器（内部RAM），地址范围00H～7FH；有21个特殊功能寄存器，在内部RAM的SFR块中（又称专用寄存器），离散分布于地址80H～FFH中。计数器PC，是一个独立的16位专用寄存器，其内容为将要执行的指令地址（程序存储器地址）。 51系列单片机在存储器配置上采用“哈佛”结构，即物理上具有独立的程序寄存器和数据寄存器，但逻辑上采用相同的地址空间，利用不同的指令和寻址方式进行访问。AT89C51内部有4kB FLASH，用来存储程序、原始数据、表格等，称为程序存储器（片内ROM）；有4个8位可编程I/O口（P0、P1、P2、P3）；一个UART串行通信口；2个16位定时/计数器；5个中断源，两个中断优先级的中断控制系统；一个片内振荡器和时钟电路。 2.AT89C51的主要引脚功能： GND和Vcc：电源引脚，Vcc接直流电源，5.00V±20%。 RST：复位输入端，此引脚上至少要出现2个机器周期的高电平（12个振荡周期）。 ALE/PROG-：地址锁存允许/编程脉冲，对内部FLASH编程时用于输入编程脉冲。 PSEN-：外部ROM读取选通信号，每个机器周期出现2次有效信号，作为外ROM的OE。 EA-/Vpp：内/外ROM选择及内ROM编程电源，低电平时只访问片外ROM。
3.AT89C51的时钟周期：
当外接12MHz晶振时，振荡周期1/12us、状态时钟周期1/6us、机器周期1us。
4.AT89C51对外部储存器的访问：
当访问外部存储器时，用来锁存P0口输出的低8位地址。即使不访问外部存储器，仍以不变的周期输出信号，频率为振荡频率的1/6。但每当访问外部数据寄存器时，将跳过一个ALE脉冲。
5.AT89C51的复位信号及影响的寄存器：
要实现复位操作，必须使RST引脚至少保持两个机器周期的高电平，再从高电平变为低电平。完成复位后，MCU从ROM中的 0000H单元开始执行程序。复位电路常用10uF电容与10k电阻组合。
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