2-2-2MCS-51单片机的存储器结构

1、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）。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60KB4KB64KB128BRAM128B SFR1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

2、、PCONIE,IP等特殊寄存器,地址为80HFFH。2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。3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

3、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。464k程序存储器地址空间,片内外统一编址0000hFFFFh256B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，0000hFFFFh564KB RAM（I/O）64KB ROMFFFF100000000FFFFFFF00004KB ROM0FFF0000SFRRAM00807FFF片内存储器片外扩展存储器图1 8051存储器空间分布图EA=1EA=0注意：1、访问片内RAM20H存储单元； M

4、OV A,20H2、访问片外RAM存储单元； MOV R0,#20h MOVX A,R03、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。62.3.1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。7存储单元保留地址00

5、00H0002H复位后初始化引导程序0003H000AH外部中断0000BH0012H定时器0溢出中断0013H001AH外部中断1001BH0022H定时器1溢出中断0023H002AH串行端口中断002BH定时器2溢出中断(8052才有)8051、52系列保留的存储单元8中断源中断服务程序入口地址外部中断00003H定时器/计数器0溢出000BH外部中断10013H定时器/计数器1溢出001BH串行口0023H8051中断矢量地址表9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

6、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80H7FH00HFFH片外数据存储器64KB0000HFFFFH10用户RAM区(堆栈、数据缓冲)位寻址区（位地址007F）第0组工作寄存器R7R0第3组工作寄存器第2组工作寄存器第1组工作寄存器R7R0R7R0R7R007H00H1FH18H17H10H0FH08H2FH20H7FH30H片内RAMSFR98H SCON82H DPL81H SP80H P08DH TH18CH TH08BH TL18AH TL089H TMOD88H TCON87H PCON83H DPH9

7、0H P1IP B8HPSW D0HB F0HFFHACC E0HP3 B0HIE A8HP2 A0HSBUF 99H低128Bytes RAM高128bytes RAM11RS1RS0R0R1R2R3R4R5R6R700000H01H02H03H04H05H06H07H10108H09H0AH0BH0CH0DH0EH0FH21010H11H12H13H14H15H16H17H31118H19H1AH1BH1CH1DH1EH1FH R0R7寄存器分配12片内 RAM（20H-2FH）中的位寻址区结构图7F7E7D7C7B7A797877767574737271706F6E6D6C6B6A696

8、867666564636261605F5E5D5C5B5A595857565554535251504F4E4D4C4B4A494847464544434241403F3E3D3C3B3A393837262524232221202F2E2D2C2B2A292827262524232221201F1E1D1C1B1A191817161514131211100F0E0D0C0B0A090807060504030201002FH20H字节地址位地址13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：

9、 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。14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

10、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。15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。 16 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： 17CY（P

11、SW.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。18OV：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

12、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。19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

13、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。 20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。 21(a)系统复位后，未改变SP初值时的堆栈操作(设(A)=0ABH

14、)22(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23 用户使用的角度上看，8051存储空间分为三类： 片内、片外统一编址0000H0FFFFH的64K字节的程序存储器地址空间； 256字节数据存储器地址空间； 64K字节片外数据存储器/I/O口地址空间，地址也从0000H0FFFFH。 上述三个空间地址是重叠的，即 程序存储器中片内外低4K字节地址重叠； 数据存储器与程序存储器64K地址全部重叠； 数据存储器中片内外低256个字节地址重叠。 虽然地址重叠，但由于采用了不同的操作指令及控制信号EA、PSEN的选择，因此不会产生混乱。 说明24特殊单元： 0000H-0002H

15、（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 程序存储器用来存放程序和常数，分为片内和片外两部分，其中8051内部有4kB的ROM，地址范围是0000H-0FFFH，片外用16位地址线扩充64kB的ROM，两者统一编址。（从片内还是从片外取指取决于EA引脚。）25 当CPU的引脚EA接高电平时， PC在0000H0FFFH范围内，CPU

16、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。26 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272.2.2.2.片

17、内数据存储器（RAM)28用户RAM区（堆栈、数据缓冲）（30H-7FH）位寻址区（位地址00H-7FH）（20H-2FH）第3组通用寄存器（18H-1FH）第2组通用寄存器（10H-17H）第1组通用寄存器（08H-0FH）第0组通用寄存器（00H-07H） 用于存放操作数及中间结果。由于它们的功能预先不作规定，因此称为通用寄存器，也叫工作寄存器。 任一时刻，CPU只能使用一组工作寄存器。（由PSW的RS0和RS1决定） 可以直接对位进行寻址。（共16个单元，128个位） 用于存放用户数据和及做堆栈用。00H7FH1、低128字节RAM29 1、工作寄存器（00H1FH) RS1 RS0 寄

18、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 内部RAM 的三个区域：R0R74个30 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。47H46H45H44H43H42H41H40HD0D1D2D3D4D5D6D7 28H 字节地址位地址2、可位寻址区（20H2FH)3147H46H45H44H43H42H41H40HD0D1D2D3D4D5D6D7 28H 字节地址MOV 28H,#56H SETB 43HCLR 42H0010101110字节操作位操作32 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