单片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单片微型计算机。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器。国外曾经一度把它称作单片微型计算机。本节介绍应用较广泛的MCS-51系列单片机的工作原理。

MCS-51是Intel公司生产的一个单片机系列名称。该公司继1976年推出MCS-48系列8位单片机之后，又于1980年推出MCS-51系列高档8位单片机。属于这一系列的单片机芯片有8051、8031、8751、80C51BH、80C31BH等，它们的基本组成、基本性能和指令系统都是相同的。

MCS-51系列单片机的基本结构框图如图7-1所示。

图7-1 MCS-51系列单片机的基本结构框图

从图中可以看出，单片机就是一台完整的微型计算机，它包含CPU、ROM、RAM、定时器和I/O接口等，所以可以把它看成是单板机的微型化或集成化。与单板机不同的是，它把这些部分都集中在一个硅片上，并都挂在内部总线上，只把与外界有关的部分从引脚引出。

每个MCS-51系列单片机包括：

1）一个8位的微处理器（CPU）。

2）片内数据存储器RAM（128B/256B），用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及显示的数据等。

3）片内程序存储器ROM/EPROM（4KB/8KB），用以存放程序、一些原始数据和表格。但也有一些单片机内部不带ROM/EPROM，如80231、8031、80C31等。

4）4个8位并行I/O接口P₀～P₃，每个接口既可以用做输入，也可以用做输出。(www.daowen.com)

5）两个定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式。

6）5个中断源的中断控制系统。

7）一个全双工URAT（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信。

8）片内振荡和时钟产生电路。最高允许振荡频率为12MHz。

以上各部分通过内部数据总线相连。MCS-51系列单片机各品种的性能见表7-1。

表7-1 MCS-51系列单片机性能表

由表7-1可知，8051片内除具有CPU外，还包括ROM、RAM、4个8位的I/O口、2个16位的定时器/计数器。它的功能很强，但由于8051片内为掩膜ROM，内部程序不能改写，不便于实验和开发。若要使用，需在片外扩展可改写的EPROM。

8751具有片内EPROM，是真正的单片机，但价格较贵，用得较少。

8031片内没有EPROM，但它的价格很低，且只需在片外扩展一片EPROM就可以构成8751，所以使用非常广泛。目前使用MCS-51系列单片机开发产品时，绝大多数用8031。