单片机内部资源分配.doc

2.3 单片机内部资源分配2.3.1 MCS-51存储器空间MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：片内程序存储器（ROM）片外程序存储器（外扩）片内数据存储器（RAM）片外数据存储器（外扩）但在逻辑上，即从用户的角度上（地址分配），8051单片机有三个存储编址空间，即：片内程序存储器、片外程序存储器统一编址的64KB（26*210=65536个单元）的程序存储器地址空间（C：）、256B（8位地址）的片内数据存储器的地址空间（D：）以及64KB（216）片外数据存储器的地址空间（X：）。在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。在MCS-51单片机的芯片内部，主要有RAM和ROM两类存储器，即所谓的片内RAM和片内ROM。1、片内数据存储器区（RAM）8051的内部RAM共有256个单元，通常把这256（28）个单元按其功能划分为两部分：低128（0127）单元（单元地址为00H7FH）和高128（128255）单元（单元地址为80HFFH）。表2.2所示为低128字节单元的配置情况。低128单元是单片机的真正RAM存储器，按用途划分为工作寄存器区、位寻址区和用户RAM区三个区域。表2.2 低128字节单元的配置307FH数据缓冲区202FH位寻址区（007FH）181FH工作寄存器组3（R0R7）1017H工作寄存器组2（R0R7）080FH工作寄存器组1（R0R7）0007H工作寄存器组0（R0R7）（1）工作寄存器区8051共有4组工作寄存器，每组8个寄存单元，各组都以R0R7作寄存单元名称。工作寄存器常用于存放操作数中间结果等。由于它们的功能及使用不作预先规定，因此称之为工作寄存器，有时也叫通用寄存器。4组工作寄存器占据内部RAM的00H1FH共32个单元地址。在任何时刻，CPU只能使用其中的一组工作寄存器，并且把正在使用的那组寄存器称之为当前寄存器组。到底是哪一组，由程序状态字寄存器PSW中RS1（D4）、RS0（D3）位的状态组合来决定。（2）位寻址区（只有位寻址区的位可单独访问，其余的单元均只能按字节为单位访问）内部RAM的20H2FH单元，既可作为一般RAM字节单元使用，也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。位寻址区共有16个RAM单元，计128位，每一位都有独立的位地址，其范围为00H7FH。MCS-51具有布尔处理机功能，这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。这种位寻址能力是MCS-51的一个重要特点。表2.3为位寻址区的位地址。表2.3 片内RAM位寻址区的位地址字节地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7F7E7D7C7B7A79782EH77767574737271702DH6F6E6D6C6B6A69682CH67666564636261602BH5F5E5D5C5B5A59582AH575655545352515029H4F4E4D4C4B4A494828H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A393826H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A292824H272625242322212023H1F1E1D1C1B1A191822H171615141312111021H0F0E0D0C0B0A090820H0706050403020100（3）用户RAM区在内部RAM低128单元中，工作寄存器占去32个单元，位寻址区占去16个单元，剩下80个单元，就是供用户使用的一般RAM区，其单元地址为30H7FH（堆栈区）。2、特殊功能寄存器区（SFR）内部RAM的高128单元是供给专用寄存器使用的，其单元地址为80H0FFH。因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为专用寄存器（Special Function Register），也可称为特殊功能寄存器，简称为SFR。在51系列单片机中，共有21个特殊功能寄存器，它们零散地分布在80H0FFH的地址空间，如 表2.4 特殊功能寄存器名称位名称P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0单元地址P0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.080H(128)SP81H(129)DPL82H(130)DPH83H(131)PCONSMOD87H(135)TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT088H(136)TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M089H(137)TL08AH(138)TL18BH(139)TH08CH(140)TH18DH(141)P1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.090H(144)SCONRITI98H(152)SBUF99H(153)P2P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.00A0H(160)IEEA-ET2ESET1EX1ET0EX00A8H(168)P3RDWRT1T0INT1INT0TXDRXD0B0H(176)IP-PSPT1PX1PT0PX00B8H(184)PSWCYACF0RS1RS0OV-P0D0H(208)ACC0E0H(224)B0F0H(240)在这21个特殊功能寄存器中，有些是可以位寻址的，凡是字节地址数能够被8整除的SFR均可位寻址，该寄存器第0位的位地址与寄存器地址相同，且位地址是是连续的。单片机的21个特殊功能寄存器在单片机复位时（默认值），除SP的值为“07H”，P0、P1、P2及P3的值为“0FFH”（1111 1111B）外，其它寄存器的值基本上都是“0”，这点在使用时一定要注意。软件是跟着硬件走的。关于特殊功能寄存器的用法，在以后章节中陆续会介绍，这里只介绍几个关键的寄存器。（1）程序状态字（PSW）。程序状态字(program state word)是一个8位寄存器，用于存放程序运行中的各种状态信息。其中有些位的状态是根据程序执行情况，由硬件自动设置的，而有些位的状态则使用软件方法设定。PSW的位状态可以用指令设置，也可以用指令读出。一些条件转移指令将根据PSW中专用位的状态，进行条件转移。PSW的各位定义如表2.5所示。表2.5 程序状态字PSW各位的名称位序D7D6D5D4D3D2D1D0位名称CYACF0RS1RS0OV-P除PSW.1位保留未用外，其余各位的定义及使用如下：CY（PSW.7）进位标志位。CY是PSW中最常用的标志位。其功能有二：一是存放算术运算的进位标志，在进行加或减运算时，如果操作结果的最高位有进位或借位时，CY由硬件置“1”，否则清“0”；二是在位操作中，作累加位使用。如位传送、位运算及位判断等位操作。AC（PSW.6）辅助进位标志位。在进行加减运算中，当低4位向高4位进位或借位时，AC由硬件置“1”，否则AC位被清“0”。在BCD码调整中也要用到AC位。F0（PSW.5）用户标志位。这是一个供用户定义的标志位，需要利用软件方法置位或复位，用以控制程序的转向。RS1和RS0（PSW.4，PSW.3）工作寄存器组选择位。它们被用于选择CPU当前使用的工作寄存器组。通用寄存器共有4组，其对应关系如表2.6所示：表2.6 当前寄存器组的设定RS1RS0所选的4组寄存器000组（内部RAM地址00H07H）011组（内部RAM地址08H0FH）102组（内部RAM地址10H17H）113组（内部RAM地址18H1FH）这两个选择位的状态是由软件设置的，被选中的寄存器组即为当前工作寄存器组。但当单片机上电或复位后，RS1 RS0=00。OV（PSW.2）溢出标志位。在对有符号数进行加减运算中，OV=1表示算超出了累加器A所能表示的有符号数的范围（-128+127），即产生了溢出，因此运算结果是错误的，否则，OV=0表示结果正确，即无溢出产生。在乘法运算中，OV=1表示乘积超过255，即乘积分别在B与A中，否则，OV=0，表示乘积只放在A中。在除法运算中，OV=1表示除数为0，除法不能进行，否则，OV=0，除数不为0，除法可正常进行。P（PSW.0）奇偶标志位。表明累加器ACC中数据的奇偶性。如果ACC中有奇数个“1”，则P置“1”，否则置“0”。凡是改变累加器ACC中内容的指令均会影响P标志位。此标志位对串行通信中的数据传输有重要的意义。在串行通信中常采用奇偶校验的办法来校验数据传输的可靠性。（2）堆栈指针（SP）。（队列）（内容里的内容）堆栈是一个特殊的存储区，用来暂存数据和地址，它是按“先进后出”的原则存取数据的。堆栈共有两种操作：进栈和出栈。有序操作，即按地址序号进行操作。每往栈区存放一个数，即进栈，SP会自动加1；每出一次栈，SP会自动减1。进栈和出栈操作的单元就是由SP所指向的片内RAM单元。由于MCS-51单片机的堆栈设在内部RAM中，因此SP是一个8位寄存器（地址）。系统复位后，SP的内容为07H，从而使堆栈从08H单元开始。但08H1FH单元分别属于工作寄存器的13区，如程序要用到这些区，最好把SP值改为1FH或更大。一般在内部RAM的30H7FH单元中开辟堆栈。SP的内容一经确定，堆栈的位置也就跟着确定下来，由于SP可以通过指令修改内容，因此堆栈位置是浮动的。（3）程序计数器（PC）（程序指针）计算机的工作过程就是执行程序的过程，我们每个人可能都有这种感觉：在同一台计算机中，对于一个大的软件其执行速度会很“慢”而小的软件执行速度会很“快”，为什么？原因在于：计算机程序是由一条条指令组成的，而计算机是把程序分解成指令来执行的，即同一时刻只执行一条指令，而指令一般是在存储器中存放，却要在CPU中执行，这样就牵扯到在执行每条指令前，首先要将指令从存储器取到CPU中，这个过程称为“取指”，然后再执行。在CPU中有个专门负责寻找所取指令单元地址的部件，称为PC，也叫程序指针，即PC中存放的是下一条将要执行的指令所在存储器单元的地址值，它的作用是用来找到所取指令的地址，以供CPU（PSEN）读取，CPU每执行完一个指令，就会自动改变PC的值，即令PC=PC+1，从而使其指向下一条指令的地址。在MCS-51单片机中，PC的长度是16位的，且是不可寻址的。高速而有条不紊的按顺序一步步执行程序的。（跳转例外）（选择，循环）复位的本质即令PC=0。（4）外部数据指针（DPTR）（a=*DPTR）DPTR为16位地址寄存器，主要用于访问外部RAM单元（64KB），其中地址高8位存于DPH，地址低8位存于DPL。所有的外部数据存储器都要由DPTR指引访问。（5）累加器（ACC）ACC是最常用的专用寄存器，在算术运算时用于提供被操作数和存放运算结果，直接与内部总线相连。另外，单片机中的一般信息传递和交换都要通过ACC。类似于a=a+b;对专用寄存器问题作如下几点补充说明：1）21个可字节寻址的专用寄存器是不连续地分散在内部RAM高128单元之中，尽管还余有许多空闲地址，但用户并不能使用。2）程序计数器PC不占据RAM单元，它在物理上是独立的，因此是不可寻址的寄存器。3）对专用寄存器只能使用直接寻址方式，书写时既可使用寄存器符号，也可使用寄存器名称。2.3.2 MCS-51片内程序存储器MCS-51的程序存储器用于存放用户程序和表格常数。8051片内有4KB的ROM，8751片内有4KB的EPROM，8031片内无程序存储器。MCS-51的片外最多能扩展64KB程序存储器，且片内外的ROM是统一编址的。二者主要由EA（31）引脚来进行区分的，如EA端外接高电平时，8051的程序计数器PC在0000H0FFFH地址范围内（即前4KB地址）寻址，执行片内ROM中的程序，当PC在1000HFFFFH地址范围时，自动执行片外程序存储器中的程序；当EA外接低电平时，只能寻址外部程序存储器，片外存储器可以从0000H开始编址。MCS-51的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。其中一组是0000H0002H单元。系统复位后，（PC）=0000H，单片机从0000H单元开始取指令执行程序，因此