第三章MCS-51系列单片机存储器

1、第三章第三章 MCS-51系列单片机存储器系列单片机存储器 3.1 MCS-51系列单片机系统的存储器配置系列单片机系统的存储器配置 8051的存储器有4个不同的逻辑空间，即内部程 序存储器、内部数据存储器、外部程序存储器、外部 数据存储器。它们分别由不同的指令和寻址方式访问， 对外部的两个逻辑空间还使用不同的读控制信号。 MCS-51系列单片机8051的存储器配置 图见下页 0FFFH 0000H 外 部 程 序 存 EA=0 储 器 内部程序 存储器 EA =1 FFFFH 1000H 0FFFH 0000H 程序存储器的配置 8031 无片内存储器 FFH 外 部 数 据 存 储 器 特

2、殊功能 寄存器 内部数据 存储器 FFFFH 0000H 数据存储器的配置 80H 7FH 00H 007FH 0080H 00FFH 0100H 3.2 内部存储器和特殊功能寄存器内部存储器和特殊功能寄存器 3.2.1 内部程序存储器内部程序存储器 8051/8751内部有4KB ROM/EPROM程序存 储器，地址为0000H0FFFH。当接高电平时， 使程序从内部ROM/EPROM开始运行，当PC值超 过OFFFH时，自动转到外部程序存储区1000H FFFFH去执行程序。 3.2.2 内部数据存储器内部数据存储器 8031/8051/8751单片机内有128字节的数据存储 区，字节地址

3、为00H7FH，与外部数据存储器低端 128字节地址相同，但访问它们的指令不同，访问内 部数据存储器用MOV指令，访问外部数据存储器用 MOVX指令。内部这128个字节的SRAM又分为三个 区域，即工作寄存器区、位寻址区和数据缓存区。内 部数据存储器 见下页。 数 据 缓 冲 区 位 寻 址 区 （ 位 地 址 为 00H 7FH ） 3 区 2 区 1 区 0 区 7FH 30H 2FH 20H 1FH 18H 17H 10H 0FH 08H 07H 00H 80 个 字 节 为 数 据 缓 冲 区 （ 含 堆 栈 ） 16 个 字 节 为 位 寻 址 区 32 个 字 节 为 四 个 工

4、作 寄 存 器 区 （1）工作寄存器区：）工作寄存器区：00H1FH为4个工作寄存器区，每区8个 单元，分别称为R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，且4个 区的工作寄存器同名。实际上，它们都是通用的数据寄存器， 可用于寄存器地址和数据，其中R0、R1还可作为间接寻址寄存 器使用。当程序中需使用工作寄存器时，必须先指出它们是哪 一个区的，这是由特殊功能寄存器PSW中的RS1和RS0两位来选 择的。 （2）位寻址区：）位寻址区：20H2FH这16个字节的每一位都可以单独进 行操作，每一位有一个地址，称为位地址，例如20H单元的位 地址为00H07H。共有128个位地址。 （3）数据缓冲

5、区：）数据缓冲区：30H3FH这80个字节为一般的数据缓冲区， 但通常将堆栈区放在这个空间。由于复位后堆栈指针自动指向 07H（即工作寄存器区），故在程序开始需要用指令将SP设置 在30H以后。 8051单片机内部地址80HFFH空间有21个专用寄存器， 见表3-1所示（书上25页），也称为特殊功能寄存器SFR。其 中有11个可以位寻址，如图3-3所示（书上26页） 。图中有7 个控制寄存器，各位功能见表3-2所示（书上27页） 。表中 PCON、TMOD不可位寻址。 1程序计数器程序计数器PC 程序计数器PC用于存放下一条要执行指令的地址（PC总是指 向程序存储器地址），是一16位专用寄存器

6、，寻址范围64K 字节，PC在物理结构上是独立的，不属于特殊功能寄存器 SFR块。 3.2.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器 2累加器累加器A 累加器A是一个最常用的专用寄存器，系统运转时工作最频繁， 大部分单操作数指令的操作数取自累加器A，很多双操作数指 令的一个操作数取自A；加、减、乘、除算术运算以及逻辑操 作指令的结果都存放在累加器A或AB寄存器中；输入/输出大多 数指令都以累加器A为核心操作。指令系统中采用A作累加器 的助记符。 3寄存器寄存器B 它是一个8位寄存器。一般用于乘除法指令，与累加器A配合使 用。寄存器B存放第二操作数、 乘积的高位字节或除法的余数 部分。在其他指令中，可作

7、为中间结果的暂存器使用，相当于 RAM中的一个特殊单元。 程序状态字是一个8位寄存器，用来存放程序的状态 信息，表征指令的执行状态，供程序查询和辨别之用。其 PSW格式如下： CYACF0RS1RS0OVP （1）CY：（PSW.7）进/借位标志 在执行加/减法指令时，如果操作结果D7位有进/借位，CY 置“1”，否则清“0”。在布尔处理机中被定义为布尔（位）累 加器（或称位累加器）。 （2）AC：（PSW.6）辅助进位标志或称为半进位标志 当进行加法操作而产生由低4位数（十进数的1位数）向高4 位数进位时，AC将被硬件置“1”，否则被清“0”。AC被用于 BCD码加法调整，详见DA指令。 4

8、程序状态字程序状态字PSW （3）F0：（PSW.5）用户标志0 由用户定义的一个状态标志。可以用软件来使它置“1”或清 “0”，也可以由软件测试F0来控制程序流向。 （4）RS1、RS0：（PSW.4、PSW.3）工作寄存器区选择控制位 可由软件来改变RS1和RS0的组合以确定当前工作寄存器区， 详见表3-3所示。 （5）P：（PSW.0）奇偶标志 每个指令周期都由硬件来置位或清零，以表示累加器A中值 为“1”的位数的奇偶性。若P=1，则A中“1”的位数为奇数，否 则P=0。 （6）OV: （PSW.2 ）溢出标志 用于补码运算，以指示溢出状态。 当执行加法指令时，若以Ci表示i位向位i+1

9、有进位，则 OV=C6 C7 即当位6向位7有进位，而位7不向CY进位时；或位6不向位7进 位，而位7向CY进位时，溢出标志OV被置“1”，否则被清 “0”。 同样，若以Ci表示减法运算时，位i向位i+1有借位，则执行减 法指令SUBB时， OV=C6 C7 无符号数乘法指令MUL的执行结果也会影响溢出标志； 除法指令DIV也会影响溢出标志，当除数为0时，OV=1，否则 OV=0。 5堆栈指针堆栈指针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

10、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。 6数据指针数据指针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。 7I/O端口端口P0P3 专用寄存器P0、P1、P2和P3分别

11、是I/O端口P0P3的锁存器。 8串行数据缓冲器串行数据缓冲器SBUF 串行数据缓冲器SBUF用于存放欲发送或已接受的数据。它 由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，一个是接受缓冲 器（两个缓冲器共用一个地址）。 9定时器定时器/计数器计数器 MCS-51子系列中有两个16位定时器/计数器T0和T1， MCS-52子系列增加了一个16位定时器/计数器T2。它们各由两 个独立的8位寄存器组成，共分为6个独立的寄存器；TH0、 TL0，TH1、TL1，TH2和TL2。可以对这6个寄存器寻址，但 不可把T0、T1和T2当作一个16位寄存器来对待。 10其他控制寄存器其他控制寄存器 IP、IE、T

12、MOD、TCON、T2CON、SCON和PCON寄存 器分别包括有中断系统、定时器/计数器、串行口和供电方式 的控制和状态位，这些寄存器将在有关章节中一一介绍。 3.3 MCS-51系列单片机外部存储器及其扩展系列单片机外部存储器及其扩展 1半导体存储器的分类半导体存储器的分类 半导体存储器可分为只读存储器和读写存储器两大类 3.3.1 常用半导体存储器芯片常用半导体存储器芯片 半 导 体 存 储 器 读 写 存 储 器RAM 只 读 存 储 器ROM 新 型 存 储 器 静 态RAM ： SRAM ， 不 需 刷 新 动 态RAM ： DRAM ， 需 要 刷 新 掉 电 后 信 息 丢 失

13、 掩 膜ROM ： M ROM ， 厂 家 写 入 ， 不 可 更 改 可 编 程ROM ： PROM ， 用 户 可 一 次 写 入 ， 不 可 更 改 紫 外 线 可 擦 除 可 编 程ROM ： EPROM ， 用 户 可 擦 除 后 重 写 电 可 擦 除 可 编 程ROM ： EEPROM ， 用 户 可 擦 除 后 重 写 掉 电 后 不 会 丢 失 信 息 快 速 电 可 擦 除 可 编 程ROM ： FLASH-ROM 非 易 失 性RAM ： NVRAM ， SRAM与EEPROM的 共 同 体 比ROM的 读 写 速 度 快 ， 且 掉 电 后 信 息 不 丢 失 2单片机

14、系统中常用的典型半导体存储器芯片介绍单片机系统中常用的典型半导体存储器芯片介绍 （1）EPROM芯片： EPROM芯片有许多系列，这里介绍一种常用的系列27。这个系 列的EPROM存储器芯片有2716、2732、2764、27128、27256、27512、27010、 27020、27040，它们的存储器容量分别是2K8、4K8、8K8、32K8、 64K8、128K8、256K8、512K8。它们的引脚功能列于表3-4。图3-5 给出了2764的引脚图 123456 A B C D 654321 D C B A Title Num berR evisionSize B Date:21-Ju

15、l-2004Sheet of File:C :Docum ents and Settingsyyc桌 面 protel图 片 7.21yao524.ddbDrawn B y: 2764 D3 D4 D5 D6 D7 CE A10 OE A11 A9 A8 NC PGM Vpp A12 A5 A2 Vcc A6 A0 A1 A3 A7 A4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 2764的引脚图 D1 D2 GND D0 （2）SRAM芯片： HM6116是存储容量为2K8的高速静态CM

16、OS可读写半 导体存储器集成电路。其引脚图如图所示 ： 1 24 2 23 3 22 4 21 5 20 6 19 7 18 8 17 9 16 10 15 11 14 12 13 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 地 VCC A8 A9 WE OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 6116 （3）E2PROM芯片：电可擦除可编程只读存储器芯片：电可擦除可编程只读存储器E2PROM E2PROM是电可擦除可编程的半导体存储器，比EPROM在使用上 要方便得多，它具有RAM的在线随机读写性能，掉电后信息不丢失。+5V供 电下即可进行编程，而且对编程脉冲

17、宽度一般没有特殊要求，不需专门的编 程器和擦除器，是一种特殊的可读写存储器。E2PROM 2864的引脚图如图 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 2864 E 2 P R O M R D Y /B U S Y A 12 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 I/O 0 I/O 1 I/O 2 G N D V C C W E N C A 8 A 9 A 11 O E A 10 C E I/O 7 I/O 6 I/O 5 I/O 4 I/O 3 3.3.2

18、MCS-51系列单片机外部存储器扩展设计系列单片机外部存储器扩展设计 1 1程序存储器扩展设计程序存储器扩展设计 （1 1）单片程序存储器扩展）单片程序存储器扩展 数据线的连接：2764的数据线直接与单片机的数据线对应 相接。 控制线的连接：由于是单片存储器扩展，所以其CE可直接 接地。特别要注意的是，MCS-51系列单片机读外部程序存 储器的控制信号为专用信号PSEN，所以一定要将程序存储 器的读信号OE接PSEN引脚，而不能接RD。 电源线等的连接：在读方式下，编程电压VPP和编程脉冲 PGM以及空脚都与工作电源引脚VCC一起接至“+5V”。 地址线的连接：由于MCS-51系列单片机的数据

19、线与低8位地址 线分时复用，所以P0口输出的信息经74LS373锁存后才是低8位地 址线，与2764的低8位地址线对应相接，高5位地址与单片机P2口 输出的地址线A8A12（P2.0P2.4）对应相接。 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 A B C E1 E 2 E3 Y 7 GND V CC Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 74LS138 输 入 输 出 使 能 选 择 E3 E2 E1 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1

20、 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 74LS138 引脚图及功能表 3 0 2 9 1 8 1 7 1 4 1 1 8 7 4 3 3 2 3 3 3 4 3

21、 5 3 6 3 7 3 8 3 9 2 2 3 2 1 2 4 2 5 1 2 7 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 3 4 5 6 7 8 9 1 0 8 D 8 Q 7 D 7 Q 6 D 6 Q 5 D 5 Q 4 D 4 Q 3 D 3 Q 2 D 2 Q 1 D 1 Q G O E G N D V C C 7 4 L S 3 7 3 P0 .7 P0 .6 P0 .5 P0 .4 P0 .3 P0 .2 P0 .1 P0 .0 8 0 3 1 E A 3 1 A L E P S E N P2 .3 P2 .2 P2 .1 P2 .0 P2 .4 1 9 1 6 1 5 1 2

22、 9 6 5 2 A 1 1 A 1 0 A 9 A 8 A 1 2 V C C P G M VP P N C 2 8 + 5 V 2 7 6 4 E P R O M （ 8 K 8 ） + 5 V 2 0 1 0 1 1 1 A 7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 2 2 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 3 1 2 1 1 O E C E G N D 2 0 1 4 图3-9 2764与8031的连接图 （2）多片程序存储器扩展设计）多片程序存储器扩展设计 书上39页图3-10是8031系统中

23、扩展3片2764的连接图，图 中对3片2764的选址采用完全译码法。除片选信号CE外，其 他引脚的连接与单片存储器扩展时相同。 3片2764的片选信号CE分别连接译码器74LS138的Y0、 Y1和Y2，图3-10中同时给出了74LS138的引脚图及功能表。 由连接方式计算出它们的寻址空间分别为：0000H1FFFH、 2000H3FFFH和4000H5FFFH，并且寻址空间唯一确定。 2数据存储器扩展设计（单片数据存储器扩展设计）数据存储器扩展设计（单片数据存储器扩展设计） 书上40页图3-11所示为8051系统中使用1片HM6116的硬件连接。 1234 A B C D 4321 D C

24、B A 74LS55结构图 1234567 891011121314 AGNDNCNCDCB YNCEFGHVcc 74LS393结构图 1234567 891011121314 AGNDNCNCDCB YNCEFGH Vcc A CLR QDQCQBQA A CLR QDQCQBQA A8 A9 A10 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 +5V 8031扩展2K ROM连接图 D0 3 Q0 2 D1 4 Q1 5 D2 7 Q2 6 D3 8 Q3 9 D4 1

25、3 Q4 12 D5 14 Q5 15 D6 17 Q6 16 D7 18 Q7 19 E 1 G 11 GND 10 Vcc 20 U2 74LS373 A0 8 A1 7 A2 6 A3 5 A4 4 A5 3 A6 2 A7 1 A8 23 A9 22 A10 19 CE 18 OE 20 WE 21 D0 9 D1 10 D2 11 D3 13 D4 14 D5 15 D6 16 D7 17 Vss 12 Vcc 24 U3 6116 EA/VP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P

26、1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P0.0 39 P0.1 38 P0.2 37 P0.3 36 P0.4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 Vss 20 Vcc 40 U1 8031 +5V +5V +5V +5V 2 2数据存储器扩展设计数据存储器扩展设计（单片数据存储器扩展设计）（单片数据存储器扩展设计）

27、片选信号CE接单片机P2.7，即最高位地址A15，这在存储器 选址方式中属于线选法。而地址线A14、A13、A12、A11未使 用，因此HM6116的寻址空间不能唯一确定，而是占用64K数据 存储空间的前32K。也就是说将前32K空间分成了16个2K的空 间，这32K中的任意一个地址都对应HM6116的某一个单元。计 算出16个2K的空间分别为： 0000H07FFH、0800H0FFFH、1000H17FFH、1800H1FFFH 2000H27FFH、2800H2FFFH、3000H37FFH、3800H3FFFH 4000H47FFH、4800H4FFFH、5000H57FFH、5800

28、H5FFFH 6000H67FFH、6800H6FFFH、7000H77FFH、7800H7FFFH 读信号OE接RD单片机。在MCS-51系列单片机中外部程序 存储器的读信号用PSEN，外部数据存储器和扩展的I/O接口的 读信号用RD。 写信号WE接WR单片机。 多片数据存储器扩展设计多片数据存储器扩展设计 EA/VP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P0.0 39 P0.1

29、38 P0.2 37 P0.3 36 P0.4 35 P0.5 34 P0.6 33 P0.7 32 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 Vss 20 Vcc 40 U1 8031 DI0 1 DO0 19 DI1 2 DO1 18 DI2 3 DO2 17 DI3 4 DO3 16 DI4 5 DO4 15 DI5 6 DO5 14 DI6 7 DO6 13 DI7 8 DO7 12 OE 9 STB 11 Vcc 20 GND 10 82

30、82 A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 WE 27 OE 22 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 CE 18 Vss 12 Vcc 6264 A8 A9 A10 A11 A12 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 +5 8031外部8K ROM连接图 EA/VP 31 XTAL1 19 XTAL2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12