AT89S51單片機(jī)的片內(nèi)硬件組成結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本功能部件都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上，具有如下功能部件和特性：
　　
　　(1)8位微處理器(CPU)。
　　
　　(2)數(shù)據(jù)存儲器(128B RAM)。
　　
　　(3)程序存儲器(4KBFLASH ROM)。
　　
　　(4)4個8位可編程并行I/O口（PO口、Pl口、P2口和P3口）。
　　
　　(5)1個全雙工的異步串行口。
　　
　　(6)2個可編程的16位定時器／計(jì)數(shù)器。
　　
　　(7)1個看門狗定時器。
　　
　　(8)中斷系統(tǒng)具有5個中斷源、5個中斷向量。
　　
　　(9)特殊功能寄存器(SFR) 26個。
　　
　　(10)低功耗節(jié)電模式有空閑模式和掉電模式，且具有掉電模式下的中斷恢復(fù)模式。
　　
　　(11)3個程序加密鎖定位。
　　
　　與AT89C51相比，AT89S51具有更突出的優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　(1)增加了在線可編程功能(ISP，In System Program)，靈活的在線編程方式（字節(jié)和頁編程）使得現(xiàn)場程序調(diào)試和修改更加方便靈活。
　　
　　(2)數(shù)據(jù)指針增加到兩個，方便了對片外RAM的訪問過程。
　　
　　(3)新增加了看門狗定時器，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
　　
　　(4)增加了掉電標(biāo)志。
　　
　　(5)增加了掉電狀態(tài)下的中斷恢復(fù)模式。
　　
　　AT89S51片內(nèi)的各功能部件通過片內(nèi)單一總線連接而成（如圖2-1所示），其基本結(jié)構(gòu)仍然是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式。但CPU對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器(SFR，Special Function Register)的集中控制方式。
　　
　　下面對圖2-1中的片內(nèi)各功能部件進(jìn)行簡單介紹。
　　
　　(1)CPU（微處理器）AT89S51單片機(jī)中有1個8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運(yùn)算器和控制器兩大部分，此外還有面向控制的位處理功能。
　　
　　(2)數(shù)據(jù)存儲器(RAM) 片內(nèi)為128B（增強(qiáng)型的52子系列為256B），片外最多可外擴(kuò)64KB。片內(nèi)128B的RAM以高速RAM的形式集成在單片機(jī)內(nèi)，可以加快單片機(jī)運(yùn)行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAM還可以降低功耗。
　　
　　(3)程序存儲器(Flash ROM) 它用來存儲程序。AT89S51片內(nèi)集成4KB的Flash存儲器（AT89S52片內(nèi)則集成了8KB的Flash存儲器，AT89C55片內(nèi)集成了20KB的Flash存儲器），如果片內(nèi)程序存儲器容量不夠，片外最多可外擴(kuò)至64KB。
　　
　　(4)中斷系統(tǒng)具有6個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。
　　
　　(5)定時器／計(jì)數(shù)器片內(nèi)有2個16位的定時器／計(jì)數(shù)器（增強(qiáng)型的52子系列有3個16位的定時器／計(jì)數(shù)器），具有4種工作方式。
　　
　　(6)1個看門狗定時器WDT，WDT提供了當(dāng)CPU由于干擾使程序陷入死循環(huán)或跑飛狀態(tài)時而使程序恢復(fù)正常運(yùn)行的有效手段。
　　
　　(7)串行口 1個全雙工的異步串行口，具有4種工作方式。可進(jìn)行串行通信，擴(kuò)展并行I/O口，還可與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)。
　　
　　(8) Pl口、P2口、P3口和PO口 4個8位并行I/O口。
　　
　　(9)特殊功能寄存器(SFR) 共有26個特殊功能寄存器，用于CPU對片內(nèi)各功能部件進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視。特殊功能寄存器實(shí)際上是片內(nèi)各個功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內(nèi)RAM區(qū)80H～FFH的地址區(qū)間內(nèi)。
　　
　　AT89S51完全兼容AT89C51單片機(jī)。使用AT89C51單片機(jī)的系統(tǒng)在充分保留原來軟、硬件的條件下，完全可以用AT89S51直接代換。