AT89S51單片機的片內硬件組成結構如圖2-1所示。它把那些作為控制應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）數據存儲器（128B RAM）。

（3）程序存儲器（4KB FLASH 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/計數器。

（7）1個看門狗定時器。

（8）中斷系統具有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模式。

（11）3個程序加密鎖定位。

與AT89C51相比，AT89S51具有更突出的優點：

（1）增加了在線可編程功能（ISP，In System Program），靈活的在線編程方式（字節和頁編程）使得現場程序調試和修改更加方便靈活。

（2）數據指針增加到兩個，方便了對片外RAM的訪問過程。

（3）新增加了看門狗定時器，提高了系統的抗干擾能力。

（4）增加了掉電標志。

（5）增加了掉電狀態下的中斷恢復模式。

AT89S51片內的各功能部件通過片內單一總線連接而成（如圖2-1所示）

其基本結構仍然是CPU加上外圍芯片的傳統微型計算機結構模式。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中的片內各功能部件進行簡單介紹。

（1）CPU（微處理器）AT89S51單片機中有1個8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運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）數據存儲器（RAM） 片內為128B（增強型的52子系列為256B），片外最多可外擴64KB。片內128B的RAM以高速RAM的形式集成在單片機內，可以加快單片機運行的速度，而且這種結構的RAM還可以降低功耗。

（3）程序存儲器（Flash ROM） 它用來存儲程序。AT89S51片內集成4KB的Flash存儲器（AT89S52片內則集成了8KB的Flash存儲器，AT89C55片內集成了20KB的Flash存儲器），如果片內程序存儲器容量不夠，片外最多可外擴至64KB。

（4）中斷系統具有6個中斷源，2級中斷優先權。

（5）定時器/計數器片內有2個16位的定時器/計數器（增強型的52子系列有3個16位的定時器/計數器），具有4種工作方式。

（6）1個看門狗定時器WDT，WDT提供了當CPU由于干擾使程序陷入死循環或跑飛狀態時而使程序恢復正常運行的有效手段。

（7）串行口 1個全雙工的異步串行口，具有4種工作方式。可進行串行通信，擴展并行I/O口，還可與多個單片機相連構成多機系統。

（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對片內各功能部件進行管理、控制和監視。特殊功能寄存器實際上是片內各個功能部件的控制寄存器和狀態寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內RAM區80H～FFH的地址區間內。

AT89S51完全兼容AT89C51單片機。使用AT89C51單片機的系統在充分保留原來軟、硬件的條件下，完全可以用AT89S51直接代換。