常用单片机及其性能

MCS-51单片机的典型芯片是8031、8051、8751。8051内部有4 KB ROM，8751内部有4KB EPROM，8031内部无ROM；除此之外，三者的内部结构及引脚完全相同。因此，以8051为例，说明本系列单片机的内部组成及信号引脚。

1) 中央处理器（CPU）
中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。CPU由算术逻辑运算部件(ALU)、寄存器、程序计数器、控制器、内部总线等组成。它采用大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)制作，具有体积小、功能强等特点。
2) 内部数据存储器（内部RAM）
8051芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。
3) 内部程序存储器（内部ROM）
8051共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为程序存储器，简称内 部ROM。
4) 定时/计数器
8051共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。
5) 并行I/O口
MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入/输出。
6) 串行口
MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。
7) 中断控制系统
MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051共有5个中断源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。
8) 时钟电路
MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟 脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6 MHz和12 MHz。
从上述内容可以看出，MCS-51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它 都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。
下面介绍 MCS-51的信号引脚
MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请参见图。
1) 信号引脚介绍
P0.0 ～ P0.7： P0口8位双向口线。
P1.0 ～ P1.7 ：P1口8位双向口线。
P2.0 ～ P2.7 ：P2口8位双向口线。
P3.0 ～ P3.7 ：P3口8位双向口线。
ALE：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
PSEN ：外部程序存储器读选通信号。在读外部ROM时，PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。

图2 40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列
EA：访问程序存储控制信号。当信号为低电平时，对ROM的读操作限定在外部程序存储器；当信号为高电平时，对ROM的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。
RST：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
VSS：地线。
VCC： 5 V电源。
2) 信号引脚的第二功能
由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的。例如，MCS-51系列把芯片引脚数目限定为40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了需要与可能的矛盾。如何解决这个矛盾？“兼职”是惟一可行的办法，即给一些信号引脚赋以双重功能。如果把前述的信号定义为引脚第一功能的话，则根据需要再定义的信号就是它的第二功能。如P0口既可以作为通用的I/O口进行数据的输入/输出，也可以作为单片机系统的地址/数据线使用，为此在P0口的电路中有一个多路转接电路。