8051微控制器架构介绍

概述

8051微控制器是一款基于哈佛架构的8位单片机，由英特尔公司于1980年推出。尽管已经逐渐被更先进的处理器所取代，但由于其成本低廉、易于学习和应用广泛等优势，在很多场景下仍然得到广泛应用。

架构

8051微控制器由内部存储器、数据存储器、片上计时器、串行和并行端口等组成，具有以下特点：

• 8位ALU
• 16位PC
• 8位SP
• 128字节片上RAM
• 最大64KB的片外ROM和RAM

由上图可以看出，8051微控制器有4个基本部分：CPU、RAM、ROM和外设。

CPU

8051微控制器的CPU由4个16位寄存器组成：A、B、PC、DPTR，还有一个8位储存器PSW。其中A和B通常被用于执行算术和逻辑操作，PC和DPTR储存程序和数据存取的地址，而PSW则存储CPU的状态，如上溢、下溢位。

RAM

8051微控制器包括128字节的片上RAM，该RAM可以在任何时候被CPU读、写。在使用过程中还可以扩展其它的外部RAM，可达64K。

ROM

8051微控制器支持64K的片外ROM，和64K的片外RAM，并且有时也可以用在程序代码存储上。这些ROM一般是写入保护的，仅允许读取，要写入ROM需要专门的ROM编程器。

外设

8051微控制器有两组IO端口，分别是P0-P3和P4-P7。P0-P3共有32个I/O位，可以做为输入或输出。其中，P0还有特殊的功能，可以实现8位的ADC或8位串行输入/输出。P4和P5一共有16个I/O位，P6和P7可以单独配置为14位或8位外设输入/输出口等。

此外，8051还支持两个可编程定时器（T0/T1），一个串行口（T2），一个中断控制器，还有一些内部时钟和外部中断源等。

编程

8051微控制器采用CISC指令集，具有46条指令（扩展后有93条指令）。编程语言需求高度依赖于底层硬件平台，通常使用汇编语言和C语言。汇编语言是最常见的编程语言，由于控制能力最强，因此效率和精度都很高。而C语言代码通常比汇编更简洁，但是在一些时间和空间上的效率却不如汇编语言。

以下为8051微控制器的C语言程序代码示例：

#include<reg51.h>                //给出特殊变量和功能的定义
void main()                     //主函数
{
  P1 = 0x00;                   //将P1口变为高电平
  while(1)                     //一直执行
    P1 = ~P1;                  //循环转换P1口的高低电平
}

总结

8051微控制器虽然已经不是最新的单片机，但基于其成本低廉、容易使用和广泛应用等特点，仍很有价值。了解8051微控制器架构同时、掌握相应的编程技巧,能够帮助开发者更好的利用这款单片机，开发出更加优秀的应用和系统。