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第一章  單晶片微電腦簡介

1.1  微電腦硬體結構

        微電腦硬體結構包含中央處理單元、記憶體單元、輸入單元與輸出單元等四個主要單元，其結構關係則如下圖所示。

其中，中央處理單元則是由運算單元與控制單元兩部分所組成的單元，即是一般所通稱的CPU(Center Processing Unit)，此為微電腦最重要的部分。以下就微電腦中各單元的功能做簡單介紹：

1. 運算單元(Arithmetic Logic Unit，簡稱ALU)

運算單元又稱為算數邏輯單元，在中央處理單元中可用於執行算數運算，(如：加、減、乘、除等)，以及邏輯運算(如：AND、OR、NOT等)，能將記憶體單元或輸入單元送至中央處理單元的資料執行各種運算。當運算完成後再由控制單元將結果資料送至記憶體單元或輸出單元。

2. 控制單元(Control Unit，簡稱CU)

此單元在中央處理單元中，負責協調與指揮各單元間的資料傳送與運作，使得微電腦可依照指令的要求完成工作。在執行一個指令時，控制單元先予以解碼(Decode)，瞭解指令的動作意義後再執行(Execute)該指令，因此控制單元將指令逐一執行，直到做完整個程式的所有指令為止。

3. 輸入單元(Input Unit，簡稱IU)

此單元是用以將外部的資訊傳送到CPU做運算處理或存入記憶體單元，一般在為電腦的輸入單元有鍵盤、磁碟機、光碟機、滑鼠、光筆、掃描器或讀卡機等週邊設備。

4. 輸出單元(Output Unit，簡稱OU)

此單元是用以將CPU處理過的資料輸出或儲存傳送外部週邊設備，一般在為電腦的輸出單元有顯示器、印表機、繪圖機、燒錄機或磁碟機等週邊設備。

5. 記憶體單元(Memory Unit，簡稱MU)

記憶體單元是用來儲存輸入單元傳送來的資料，或儲存經過中央處理單元處理完成的資料。記憶體單元之記憶體可分為主記憶體(Main Memory)與輔助記憶體(Auxiliary Memory)兩種，而主記憶體依存取方式不同，又可分為唯讀記憶體(Read Only Memory，簡稱ROM)與隨機存取記憶體(Random Access Memory，簡稱RAM)。ROM所儲存的資料，在微電腦中只能被讀出但不能被寫入，也不會因為關機斷電而使資料流失；至於RAM在微電腦中，則可被讀出或寫入資料，但在關機斷電後儲存於RAM中的資料將會流失。輔助記憶體則是指磁片、硬碟或磁帶等週邊硬體，一般亦為輸出入單元，主要用來彌補主記憶體的不足，其容量可無限制擴充。

1-2　8051單片的內部結構：

8051單片具有以下之特性：

1.  專為控制使用所設計的8位元單晶片。

2.  具有位元邏輯運算能力。

3.  具有128位元的RAM，以及4K位元的ROM。

4.  具有4個8位元I/O埠。

5.  具有2個16位元的計時/計數器。

6.  具有全雙工的UART。

7.  具有5個中斷源及兩層中斷優先權結構。

8.  具有時脈產生電路。

1-3　8051單晶片的接腳：

8051為40支接腳之單晶片，其接腳圖與功能說明如下：

1.  Vcc：+5電源供應接腳。

2.  GND：接地接腳。

4.  P1.0~P1.7：埠1，為具有內部提升電路的雙向I/O埠。

5.  P2.0~P2.7：埠2，為具有內部提升電路的雙向I/O埠。在做為外部擴充記憶體時，可為高八位元位址線(A8~A15 address line)。

6.  P3.0~P3.7：埠3，為具有內部提升電路的雙向I/O埠。此外，埠3的每支接腳都具有另一特殊功能，其功能如下：

RXD(P3.0)：串列傳輸的接收端。

TXD(P3.1)：串列傳輸的輸出端。

(P3.2)：外部中斷輸入端。

(P3.3)：外部中斷輸入端。

T0(P3.4)：計時/計數器外部輸入端。

T1(P3.5)：計時/計數器外部輸入端。

(P3.6)：外部資料記憶體寫入激發信號(Strobe)。

(P3.7)：外部資料記憶體讀取激發信號(Strobe)。

7.  RST：重置信號(Reset)輸入端。在單晶片工作時，將此腳保持在“Hi”兩個機械週期，CPU將重置。

8.  ALE：位址鎖住致能(Address Latch Enable)，在每個機械週期都會出現，可做為外部電路的時脈源。

9.  ：程式激發致能(Program Strobe Enable)，可輸入外部程式記憶體的讀取信號。

10.  ：外部存取致能(External Access Enable)，當EA接腳為“L0”時，則讀取外部程式記憶體執行。

11.  XTAL1：反相振盪放大器的輸入端。

基本電路圖