MCS单片机的存储器结构.ppt

2.2.2 MCS51单片机的存储器结构,8051单片机在系统结构上采用了哈佛型，其存储器在物理结构上分程序存储器（ROM） 和数据存储器（RAM）。 有四个物理上相互独立的存储空间 ：其配置如图2-3所示。,片内ROM,片外ROM,片内RAM,片外RAM/I/O口,60KB,4KB,64KB,128B RAM,128B SFR,存储器,程序存储器（ROM） 8051及8751的片内程序存储器容量为4KB，地址从0000H开始，存放程序和表格常数。 数据存储器（RAM） 8051/8751/8031片内数据寄存器为128B,地址为00H7FH,用于存放运算的中间结果、数据暂存以及数据缓冲等。 8051内部还有SP、DPTR、PCONIE,IP等特殊寄存器,地址为80HFFH。,存储器配置,一般微机:通常只有一个地址空间,ROM和RAM可以随意安排在这一地址范围内不同的空间,CPU访问存储器时,一个地址对应唯一的存储器单元,此类结构称为普林斯顿结构。 8051的存储器:与典型微机不同，它把程序存储器和数据存储器截然分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能,这种程序存储器和数据存储器分开的结构称为哈佛结构。,物理上分4个存储器空间 内部程序存储器 外部程序存储器 内部数据存储器 外部数据存储器 逻辑上分3个存储器空间 片内外统一的64KB程序存储器 256B（含SFR块）片内数据存储器 64KB片外数据存储器,8051存储器地址空间分配,在8051单片机的内部集成了4K的程序存储器和256B的数据存储器，同时还可以使用片外的程序存储器和数据存储器，其扩展能力都是64K。,64k程序存储器地址空间,片内外统一编址0000hFFFFh 256B片内数据存储器地址空间,指令用MOVC,指令用MOV,指令用MOVX,64kb片外数据存储器地址空间，0000hFFFFh,注意： 1、访问片内RAM20H存储单元； MOV A,20H 2、访问片外RAM存储单元； MOV R0,#20h MOVX A,R0 3、尽管片内与片外的RAM单元的00H-FFH地址相重叠，但由于指令的不同不会发生地址混乱。,2.3.1 程序存储器地址空间,程序存储器是存放编好的程序、常数和表格的，只能读不能写。该空间有几个特殊单元，应用过程中应加以注意。 在MCS-51单片机中，当引脚EA=1时，系统使用片内的ROM；EA=0时，系统使用片外的ROM。 无论是使用片内还是使用片外的ROM（既 EA=1或EA=0），其起始地址都是从0000H单元开始，0000H是系统的启动地址。 0003H002BH是中断服务程序入口地址。,8051、52系列保留的存储单元,8051中断矢量地址表,数据存储器地址空间,片外数据存储器 片内数据存储器 分为两个部分 ： 1、低128B RAM(00H7FH) 00H1FH，4个通用工作寄存器区 20H2FH，位地址空间 堆栈的设定 2、高128B特殊功能存储器 (SFR) （80HFFH）,特殊功能 寄存器 SFR,片内 通用数据 存储器,80H 7FH,00H,FFH,片外数据 存储器 64KB,0000H,FFFFH,低128Bytes RAM,高128bytes RAM,R0R7寄存器分配,片内 RAM（20H-2FH）中的位寻址区结构图,2FH,20H,字节地址,位地址,位寻址区内的地址是位地址。共有00-7FH（共128个位）； 要区分字节地址和位地址这两个不同的地址概念： 从物理的角度：每一个字节地址内包含了8个位，既： D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0 （我们提到的RAM地址一般都是指字节地址）。 从逻辑的角度：字节地址和位地址是靠不同类型的指令来 区分的。如， MOV A， 20H ；将RAM的20单元内容送累加器A； MOV C ，20H ；将RAM位寻址区中20H位送CY中。 在这二个例子中，第一条指令为字节传送指令，既20H为字节地址；第二个例子中的指令为位操作指令，20H为位地址。有关详细内容将在后续章节中描述。,特殊功能寄存器： 共22个（3个只属52子系列），PC在物理上是独立的，其余21个分布在SFR区，共占26个字节（5个双字节寄存器）。 这21个中，有11个寄存器具有位寻址功能，即寄存器中的每位都具有位地址，它们的特点是字节地址正好能被8整除。,注意： 1、128B的SFR区中仅有26B是有定义的，若访问没有定义的单元，将得到一个不确定的随机数。 2、访问SFR时只能采用直接寻址方式。,特殊功能寄存器简介,程序计数器PC 16位，寻址范围64KB,用于安放下一条要执行的指令地址，在物理上是独立的。 累加器A(ACC) 8位，是CPU中工作最频繁的，大部分操作数取自累加器，运算结果也存放在A中。 B寄存器 8位，用于乘除指令中，对其他指令可作RAM中的一个单元用。,程序状态字（或标志寄存器）PSW 8位，存放运算结果的一些状态信息，各位含义如下：,CY（PSW.7）：进位标志位。在进行加法（或减法）运算时，若运算结果最高位有进位或借位，则CY自动置“1”，否则CY置“0”，在进行布尔操作运算时，CY（简称C）作为布尔处理器。 AC：辅助进位标志位。当进行加法或减法时，若低4位向高4位有进位（或借位）时，AC被置“1”，否则AC被置“0”。在十进制调整指令中AC还作为十进制调整的判别位。 F0：用户标志位。用户可用软件对F0位置“1”或清“0”以决定程序的流向。,OV：溢出标志位，当运算结果溢出时OV为“1”，否则为“0”，此标志位反映了带符号数运算结果是否溢出。OV的结果可以用一个算法来表示: OV=CPCS 其中:CP为A7的进位；CS为A6的进位。 PSW.1：未定义位。 P（PSW.0）：奇偶标志位。当累加器A中“1”的个数为奇数时，P置“1”，否则P置“0”。此位反映累加器A中内容“1”的奇偶性，它常常用于单片机间通信。 RS1、RS0：工作寄存器区选择位。用来选择当前工作的寄存器区。用户通过改变RS1 、RS0的内容来选择当前工作寄存器区。RS1、RS0的内容与工作寄存器区的对应关系如表2-1所示。,数据指针DPTR 是一16位专用寄存器，其高字节寄存器用DPH表示，低字节寄存器用DPL表示。既可作为16位寄存器（DPTR）使用，又可作为两个独立的8位寄存器（DPH、DPL）来使用。DPTR主要用来保持16位地址，当对64KB外部数据存储器RAM（或I/O口）空间寻址时，作间址寄存器用，指向外部数据存储器地址。,堆栈指针SP 它是一个8位寄存器，用来存放栈顶地址。 MCS-51堆栈设在内部RAM中，是一个按“先进后出”顺序，受SP管理的存储区域。在程序中断，子程序调用等情况下，用于存放一些特殊信息（亦可作数据传送的中转站）。当数据压入堆栈时，SP就自动加“1”；当数据从堆栈中弹出时，SP就自动减“1”。因而SP指针始终指向栈顶。 MCS-51堆栈最大深度为128个字节，系统复位时硬件使SP=07H。 指令系统中的栈操作指令是：PUSH，POP。,(a)系统复位后，未改变SP初值时的堆栈操作(设(A)=0ABH),(b)系统复位后，改变SP初值为60H时的堆栈操作 堆栈操作示例,特殊单元： 0000H-0002H（开机复位单元） 3个 0003H-000AH（INT0中断地址区） 8个 000BH-0012H（T/C0中断地址区） 8个 0013H-001AH（INT1中断地址区） 8个 001BH-0022H（T/C0中断地址区） 8个 0023H-002AH（串行口中断地址区） 8个,2.2.2.1 程序存储器,当CPU的引脚EA接高电平时， PC在0000H0FFFH范围内，CPU从片内ROM取指令； 而当PC0FFFH后，则自动转向片外ROM去取指令。 当引脚EA接低电平时，8051片内ROM不起作用，CPU只能从片外ROM取指令，地址可以从0000H开始编址 对于片内无ROM的 8031、8032单片机，EA应接地。以便从外部扩展EPROM中取指令。 8051从片内ROM和片外ROM取指时执行速度相同。,数据存储器用来存放运算的中间结果、标志位，及数据的暂存和缓冲等。分为片内RAM和片外RAM。8051系列单片机内数据存储器最大可寻址256个单元，片外可寻址16位（64kB）的地址空间。片内数据存储器和片外数据存储器是单独编址的。,数据存储器,2.2.2.2.片内数据存储器（RAM),00H,7FH,1、低128字节RAM,1、工作寄存器（00H1FH) RS1 RS0 寄存器组 片内RAM地址 0 0 第0组 00H07H 0 1 第1组 08H0FH 1 0 第2组 10H17H 1 1 第3组 18H1FH,R0R7,4个,这16个单元（共计128位）的每一位都有一个8位表示的位地址，位寻址范围为00H7FH，如表2-4所示P23。 位寻址区的每一个单元既可作为一般RAM单元使用，进行字节操作，也可以对单元中的每一位进行位操作。 MCS-51布尔处理器的存储空间就是指这个位寻址空间。,47H,46H,45H,44H,43H,42H,41H,40H,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,28H 字节地址,位地址,2、可位寻址区（20H2FH),28H 字节地址,MOV 28H,#56H,SETB 43H,CLR 42H,1,0,字节操作,位操作,30H7FH是供用户使用的一般RAM区，也是数据缓冲区，共80个单元。对用户RAM区的使用没有任何规定或限制，一般用于存放用户数据及作堆栈区使用。,3、用户RAM区（30H7FH）,内部数据存储器地址空间,2、高128字节特殊功能寄存器 SFR,Special Function Register,8051片内高128字节RAM中，除程序计数器PC外，还有21个特殊功能寄存器，又称为专用寄存器（SFR）。它们离散地分布在80H0FFH RAM空间中。 特殊功能寄存器的字节寻址 8051片内21个特殊功能寄存器的名称、符号及单元地址, 特殊功能寄存器的位寻址 在21个特殊功能寄存器中，有11个寄存器具有位寻址，它们的字节地址正好能被8整除，而且字节地址与该字节最低位的位地址相同。,2.2.2.3 片外数据存储器（RAM/I/O),2、片外RAM地址范围为0000H0FFFFH，其中在00