mcs-51單片機(jī)的典型芯片是8031、8051、8751。8051內(nèi)部有4 kb rom，8751內(nèi)部有4kb eprom，8031內(nèi)部無rom；除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳完全相同。因此，以8051為例，說明本系列單片機(jī)的內(nèi)部組成及信號(hào)引腳。
1) 中央處理器（cpu）
中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。mcs-51的cpu能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。cpu由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件(alu)、寄存器、程序計(jì)數(shù)器、控制器、內(nèi)部總線等組成。它采用大規(guī)模集成電路(lsi)和超大規(guī)模集成電路(vlsi)制作，具有體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn)。
2) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部ram）
8051芯片中共有256個(gè)ram單元，但其中后128單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前128單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部ram。
3) 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部rom）
8051共有4 kb掩膜rom，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格，因此，稱之為程序存儲(chǔ)器，簡稱內(nèi) 部rom。
4) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器
8051共有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。
5) 并行i/o口
mcs-51共有4個(gè)8位的i/o口（p0、p1、p2、p3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入/輸出。
6) 串行口
mcs-51單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。
7) 中斷控制系統(tǒng)
mcs-51單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足控制應(yīng)用的需要。8051共有5個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)。全部中斷分為高級和低級共兩個(gè)優(yōu)先級別。
8) 時(shí)鐘電路
mcs-51芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘 脈沖序列。系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6 mhz和12 mhz。
從上述內(nèi)容可以看出，mcs-51雖然是一個(gè)單片機(jī)芯片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它 都包括，因此，實(shí)際上它已是一個(gè)簡單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。
下面介紹 mcs-51的信號(hào)引腳
mcs-51是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請參見圖。
1) 信號(hào)引腳介紹
p0.0 ～ p0.7： p0口8位雙向口線。
p1.0 ～ p1.7 ：p1口8位雙向口線。
p2.0 ～ p2.7 ：p2口8位雙向口線。
p3.0 ～ p3.7 ：p3口8位雙向口線。
ale：地址鎖存控制信號(hào)。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ale用于控制把p0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。此外，由于ale是以晶振1/6的固定頻率輸出的正脈沖，因此,可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。
psen ：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。在讀外部rom時(shí)，psen有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部rom單元的讀操作。
圖2 40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列
ea：訪問程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，對rom的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；當(dāng)信號(hào)為高電平時(shí)，對rom的讀操作是從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器開始，并可延至外部程序存儲(chǔ)器。
rst：復(fù)位信號(hào)。當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。
xtal1和xtal2：外接晶體引線端。當(dāng)使用芯片內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。
vss：地線。
vcc：+5 v電源。
2) 信號(hào)引腳的第二功能
由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。例如，mcs-51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需要與可能的矛盾。如何解決這個(gè)矛盾？“兼職”是惟一可行的辦法，即給一些信號(hào)引腳賦以雙重功能。如果把前述的信號(hào)定義為引腳第一功能的話，則根據(jù)需要再定義的信號(hào)就是它的第二功能。如p0口既可以作為通用的i/o口進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入/輸出，也可以作為單片機(jī)系統(tǒng)的地址/數(shù)據(jù)線使用，為此在p0口的電路中有一個(gè)多路轉(zhuǎn)接電路。