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单片机存储器

电路芯片

存储器是单片机的又一个重要组成部分，存储容量为256个单元的存储器结构中每个存储单元对应一个地址，256个单元共有256个地址，用两位16进制数表示，即存储器的地址（00H～FFH）。存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16进制数来表示，这就是存储器的内容。存储器的存储单元地址和存储单元的内容是不同的两个概念，不能混淆。

程序存储器
程序存储器概念
程序存储器是用于存放程序代码的，是控制计算机动作的一系列命令，单片机只认识由“0”和“1”代码构成的机器指令。如前述用助记符编写的命令MOV A，#20H，换成机器认识的代码74H、20H：（写成二进制就是01110100B和00100000B）。在单片机处理问题之前必须事先将编好的程序、表格、常数汇编成机器代码后存入单片机的存储器中，该存储器称为程序存储器。
介绍
程序存储器可以放在片内或片外，亦可片内片外同时设置。由于PC程序计数器为16位，使得程序存储器可用16位二进制地址，因此，内外存储器的地址最大可从0000H到FFFFH。8051内部有4k字节的ROM，就占用了由0000H～0FFFH的最低4k个字节，这时片外扩充的程序存储器地址编号应由1000H开始，如果将8051当做8031使用，不想利用片内4kROM，全用片外存储器，则地址编号仍可由0000H开始。不过，这时应使8051的第{31}脚（即EA脚）保持低电平。当EA为高电平时，用户在0000H至0FFFH范围内使用内部ROM，大于0FFFH后，单片机CPU自动访问外部程序存储器。
数据存储器
组成
单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。
介绍
其最大容量可扩展到64k，用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器，其中00H～7FH为内部随机存储器RAM，80H～FFH为专用寄存器区。实际使用时应首先充分利用内部存储器，从使用角度讲，搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间，该空间被分为两部分，其中内部数据RAM的地址为00H～7FH（即0～127）。而用做特殊功能寄存器的地址为80H～FFH。在此256个字节中，还开辟有一个所谓“位地址”区，该区域内不但可按字节寻址，还可按“位（bit）”寻址。对于那些需要进行位操作的数据，可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器，每组占用8个RAM字节，记为R0～R7。究竟选用那一组寄存器，由前述标志寄存器中的RS1和RS0来选用。在这两位上放入不同的二进制数，即可选用不同的寄存器组，
特殊功能寄存器
介绍
特殊功能寄存器（SFR）的地址范围为80H～FFH。在MCS－51中，除程序计数器PC和四个工作寄存器区外，其余21个特殊功能寄存器都在这SFR块中。其中5个是双字节寄存器，它们共占用了26个字节。各特殊功能寄存器的符号和地址见附表。其中带*号的可位寻址。特殊功能寄存器反映了8051的状态，实际上是8051的状态字及控制字寄存器。用于CPU PSW便是典型一例。
分类
这些特殊功能寄存器大体上分为两类，一类与芯片的引脚有关，另一类作片内功能的控制用。与芯片引脚有关的特殊功能寄存器是P0～P3，它们实际上是4个八位锁存器（每个I/O口一个），每个锁存器附加有相应的输出驱动器和输入缓冲器就构成了一个并行口。MCS－51共有P0～P3四个这样的并行口，可提供32根I/O线，每根线都是双向的，并且大都有第二功能。其余用于芯片控制的寄存器中，累加器A、标志寄存器PSW、数据指针DPTR等的功能前已提及，而另一些寄存器的功能在后面有关部分再作进一步介绍。
MCS-51单片机存储器结构详解
MCS-51单片机存储器采用哈佛结构(har-vard),在物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间,细分为:片内、片外程序存储器和片内、片外数据存储器从图中可看出,这4个存储空间存在地址冲突问题:数据存储器与程序存储器的64KB地址空间重叠;程序存储器中片内与片外的低4KB地址重叠;数据存储器中片内与片外最低的256B(8031仅有低128B)地址重叠。在程序存储器中,片内地址0000日一OOZA日的存储空间,留给系统使用。片内数据存储器共256B地址空间,分为低128B和高128B。低128B又分为工作寄存器区、位寻址区和用户RAM区;高128B又叫特殊功能寄存器,这些寄存器的功能具有专门的规定,用户不能修改其结构。存储器中共有11个可位寻址的位地址。其中,片内数据存储器中有128个;特殊功能寄存器中有83个。
MCS-51程序存储器
MCS-51中,程序存储器通过16位程序计数器(PC)寻址,具有64KB寻址能力,也即可以在64KB的地址空间任意寻址。其中,具有4KB片内程序存储器空间,地址为000H-0FFFH(注:8031无片内程序存储器);片外程序存储器空间最大可扩展到64KB,地址为0000H-FFFFH,片内、外统一编址。
1、程序存储器片内与片外地址
由于片内、外统一编址,所以片内4KB存储空间地址000H-0FFFH与片外存储器地址000H-0FFFH发生冲突。但是,CPU是访问片内存储器还是访问片外存储器,可由引脚上所接的电平来确定。
1)当EA引脚接高电平时,若程序计数器(PC)值超出片内存储空间,则自动转向片外程序存储器空间执行程序;
2)当EA引脚接低电平时,单片机只能执行片外程序存储器的程序。
另外,因为8031没有片内程序存储器,所以就将EA引脚固定接低电平,通过外部扩展程序存储器来存放程序;而对其它MCS-51,若没有片外程序存储器,那应将引脚固定接高电平。通过EA引脚所接电平不同,解决了程序存储器中片内、片外地址冲突问题。
2、程序存储器中的特殊单元
MCS-51程序存储器中,有6个存储单元具有特殊用途。
0000H单元为系统启动地址。MCS-51单片机启动复位后,程序计数器(PC)的内容为0000H,所以系统将从0000H单元取指令,并开始执行程序。程序设计时一般在该地址存放一条绝对跳转指令,转入主程序的入口地址。
另外0003H一002AH日被均匀地分成5段,用于5个中断服务程序的入口。
其中0003H、000BH、0013H、O01BH、0023H为5个中断源的中断服务程序的入口地址。
中断源的中断服务程序的入口地址,即当中断产生相应的中断服务程序的起始地址被装入程序计数器(PC),系统将从该地址取指令,并执行程序。
MCS-51数据存储器
8051有256个单元的内片数据存储器，其中00H-7FH为片内随机存储器RAM，也叫低128B；80H-FFH为特殊功能寄存器，也叫高128B。低128B又分为工作寄存器区、位寻址区、用户RAM区。
1.工作寄存器区(00H-1FH)
在00H-1FH共32个单元，被均匀地分为四组工作寄存器堆：RB0、RB1、RB2、RB3，每组寄存器堆包含8个工作寄存器，均以R0-R7来命名，这些寄存器被称为通用寄存器。工作寄存器用于临时存放8位信息。在使用时，由程序状态字寄存器中的RS0、RS1来选择工作寄存器堆。
2.位寻址区(20H-2FH)
片内数据存储器的20H-2FH存储区为位寻址区，既可作为一般单元按字节寻址，也可按位进行寻址。位寻址区有16个字节，位地址为00H-7FH。
3.用户RAM区(30H-7FH)
用户RAM区主要用作数据缓冲区和堆栈。这个存储区只能按字节寻址，用作存放数据及作为堆栈区。通常堆栈区被设置在这块存储区，由堆栈寄存器SP指定，CPU复位时SP=07H，使得堆栈实际上是从08H开始的，但08H-1FH属于工作寄存器区。
附表
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