MCS51-存储结构.ppt

1、2.3 .0MCS51的存储器,Intel的MCS51系列单片微机采用哈佛结构。 在物理上设有4个存储器空间 程序存储器：片内程序存储器； 片外程序存储器。 数据存储器：片内数据存储器； 片外数据存储器。 在逻辑上设有3个存储器地址空间 片内、片外统一的64KB程序存储器地址空间； 片内256B数据存储器地址空间； 片外64 KB的数据存储器地址空间。 在访问这3个不同的逻辑空间时，应选用不同形式的指令。,冯.诺伊曼结构:一般通用计算机通常只有一个逻辑空间，即其程序存储器和数据存储器是统一编址的，访问存储器时，同一地址对应唯一的存储空间，可以是ROM，也可以是RAM，并用同类访问指令，这种存储

2、器结构成为冯.诺伊曼结构:,哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码后得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度。,33 80C51的存储器,331 存储器结构和地址空间,在逻辑上设有3个存储器地址空间 片内、片外统一编址的64KB程序存储器地址空间；（16位地址） 片内256B数据存储器地址空间；（00HFFH) 片外64 KB的数据存储器地址空间。,图 80C51单片微机存储器映象图,80C51的程序存储器（program

3、memory）用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。由于采用16位的程序计数器 PC和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64 KB。 整个程序存储器可以分为片内和片外两部分。 EA引脚接高电平时，程序从片内程序存储器0000H开始执行，即访问片内存储器；当PC值超出片内ROM容量时，会自动转向片外程序存储器空间执行。 EA引脚接低电平时，迫使系统全部执行片外程序存储器0000H开始存放的程序。,2.3.1 程序存储器,1. MCS51单片机信号引脚简介,P3口线的第二功能,VCC,VSS,XTAL2XTAL1,RST,P0. 0P0.1P0.2 P0.3 P0.4 P0.5

4、 P0.6 P0.7,P1. 0P1.1P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7,P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2. 0,ALE,P3. 0P3.1P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7,(2)、振荡电路：XTAL1、XTAL2,(3)、复位引脚：RST,(4)、并行口：P0、P1、P2、P3,(7)、ALE：地址锁存控制信号,(1)、电源引脚：VCC(+5V)、VSS(地),1、管脚图,2.3.2 MCS-51单片机的引脚定义及功能,80C51的程序存储器, 程序存储器的某些单元被保留用于特定的程序入口地址。 由

5、于系统复位后的PC地址为0000H，故系统从0000H单元开始取指，执行程序。一般在该单元设置一条无条件转移指令，使之转向用户主程序处执行。因此，0000H0002H单元被保留用于初始化。,从0003H002BH单元被保留用于 6个中断源的中断服务程序的入口地址。 以下7个特定地址被保留： 复位 0000H 外部中断0 0003H 计时器T0溢出 000BH 外部中断1 0013H 计时器T1溢出 001BH 串行口中断 0023H 计时器 T2/T2EX 002BH 在程序设计时，通常在这些中断入口处设置绝对跳转指令，使之转向对应的中断服务程序段处执行。,程序存储器,(PC),程序存储器资源

6、分布,中断入口地址,如果在程序运行中碰到有中断申请时，程序将自动转到中断处去执行，根据申请中断标志来判断转到那个中断处执行程序,计算机在运行过程中，有时因为操作的需要或因程序较复杂，程序指令往往不能按顺序逐条运行，需要改变程序运行方向，即将程序跳转到某个指定的地址处再执行。 某些指令具有修改PC的功能，因为PC的内容总是指向将要执行的下一条指令地址，所以计算机执行这一类指令就能控制程序转移到新的PC地址去执行。,数据存储器（data memory）由随机存取存储器RAM构成，用来存放随机数据。 在80C51中，数据存储器又分片内数据存储器（internal data memory）和片外数据存

7、储器（external data memory）两部分。 片内数据存储器（IRAM）地址只有8位，因而最大寻址范围为256个字节。 在80C51中，设置有一个专门的数据存储器的地址指示器数据指针DPTR，用于访问片外数据存储器（ERAM）。数据指针DPTR也是16位的寄存器，这样，就使80C51具有64 KB的数据存储器扩展能力。,2.3.3 内部数据存储器, 片内数据RAM区 工作寄存器区：用寄存器直接寻址的区域，指令的数量最多，均为单周期指令，执行的速度最快。 位寻址区：这16个字节单元，既可进行字节寻址，又可位寻址。 字节寻址区：从片内数据RAM区的48127（30H7FH），共80个字

8、节单元，可以采用直接字节寻址的方法访问。,7FH 真正RAM区 00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置图,FFH SFR区 80H,89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00HFFH，分为两大部分: 低 128 字节（00H7FH）为真正的RAM区;片内数据RAM区高 128 字节(80HFFH）为特殊功能寄存器区SFR。,7FH 真正RAM区 00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置图,FFH SFR区 80H,返回,7FH 真正RAM区 00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置图,FFH SFR区 80H,89C51内有256B的RAM单元，其地址范围为00HFFH

9、，分为两大部分: 低 128 字节（00H7FH）为真正的RAM区; 高 128 字节（80HFFH）为特殊功能寄存器区SFR。,7FH 普通RAM区 30H,2FH 位寻址区 20H,1FH 工作寄存器区 00H,返回,07H 0组 00H,0FH 1组 08H,17H 2组 10H,1FH 3组 18H,1、工作寄存器区 是指00H1FH区, 共分4个组, 每组有8个单元, 共32个内部RAM单元。 2、每次只能有1组作为工作寄存器使用。 3、作为工作寄存器使用的8个单元，又称为R0R7 4、程序状态字PSW中的PSW.3（RS0）和PSW.4（RS1）两位来选择哪一组作为工作寄存器使用。

10、CPU通过软件修改PSW中RS0和RS1两位的状态, 就可任选一个工作寄存器工作。,RS1、 RS0与片内工作寄存器组的对应关系,工作寄存器和RAM地址对照表,返回,7FH 真正RAM区 00H,MCS-51 单片机片内RAM的配置下图 所示：,FFH SFR区 80H,7FH 普通RAM区 30H,2FH 位寻址区 20H,1FH 工作寄存器区 00H,20H,21H,22H,23H,24H,25H,26H,27H,2FH,1、位寻址区是指 20H2FH单元，共16个单元。 2、位寻址区的每1位都可当作软件触发器, 由程序直接进行位处理。 3、 位寻址区的 16个单元（共计128位）的每1位

11、都有一个8位表示的位地址, 位地址范围为00H7FH。 4、 同样, 位寻址的RAM单元也可以按字节操作作为一般的数据缓冲 区。,返回,内部RAM中位地址表,返回, 字节寻址区(用户RAM区 堆栈、数据缓冲）从片内数据RAM区的48127（30H7FH），共80个字节单元，可以采用直接字节寻址的方法访问。 堆栈是在片内数据RAM区中，数据先进后出或后进先出的区域。, 特殊功能寄存器 SFR区 特殊功能寄存器SFR（Special Function Register）是80C51中各功能部件所对应的寄存器，用以存放相应功能部件的控制命令、状态或数据的区域。这是80C51系列单片机中最有特色的部分

12、。现在所有80C51系列功能的增加和扩展几乎都是通过增加特殊功能寄存器来达到的。 80C51设有128 B片内数据RAM结构的特殊功能寄存器空间区。除程序计数器PC和4个通用工作寄存器组外，其余所有的寄存器都在这个地址空间之内。,程序计数器PC（Program Counter）是一个独立的计数器，不属于内部的特殊功能寄存器。PC中存放的是下一条将要从程序存储器中取出的指令的地址。,MCS-51内部安排有21个特殊功能寄存器各特殊功能寄存器的符号及地址见表3.4。分别由于以下各个功能单元： CPU：ACC、B、PSW、SP、DPTR（由两个8位寄存器DPL、DPH组成） 并行口：P0、P1、P2

13、、P3 中断系统：IE、IP 定时/计数器：TMOD、TCON、TH1、TL1、TH0、TL0 串行口：SCON，SBUF，PCON,高128个单元,离散分布有21个特殊功能寄存器SFR。, 11个可以进行位寻址：ACC、B、PSW、IE、IP、P0、P1、P2、P3、SCON、TCON,特别提示：对SFR只能使用直接寻址方式，书写时可使用寄存器符号，也可用寄存器单元地址。,1.程序状态字寄存器PSW,PSW（Program Status Word）是一个逐位定义的8位寄存器，其内容的主要部分是算术逻辑运算单元（ALU）的输出。其中有些位是根据指令执行结果，由硬件自动生成，而有些位状态可用软件

14、方法设定。,一些条件转移指令就是根据PSW中的相关标志位的状态，来实现程序的条件转移。其中，除PSW1（保留位）、RS1和RS0（工作寄存器组选择控制位）及用户标志F0之外，其他四位：奇偶校验位P、溢出标志位OV、辅助进位标志位AC及进位标志位CY都是ALU运算结果的直接输出。 P (PSW0) 奇偶标志位。 用以表示累加器A中值为1的个数的奇偶性：若累加器值为1的位数是奇数，P置位（奇校验）；否则P清除(偶校验) 。 在串行通信中，常以传送奇偶校验位来检验传输数据的可靠性。通常将P置入串行帧中的奇偶校验位。,P（PSW.0）奇偶标志位。 当A中1的个数为奇数时， P =1； 当A中1的个数为

15、偶数时， P =0。,1.程序状态字寄存器PSW,OV (PSW2) 溢出标志位。 当执行运算指令时，由硬件置位或清除，以指示运算是否产生溢出，OV置位表示运算结果超出了目的寄存器A所能表示的带符号数的范围（一128127）。 对于MUL乘法，当A、B两个乘数的积超过255时OV置1位；否则，OV0。因此，若OV0时，乘积就在A中，只需从A寄存器中取积；若OV1时，则积的高8位在B中，低8位在A中。需从B、A寄存器对中取积。 对于DIV除法，若除数为0时，OV=1；否则，OV=0。,OV（PSW.2）溢出标志位。 当运算结果产生溢出时， OV =1； 当运算结果没有产生溢出时， OV =0。,

16、RS1、RS0 (PSW.4、PSW.3) 工作寄存器组选择位 用于设定当前工作寄存器的组号。工作寄存器共有四组。 AC (PSW6) 辅助进位标志位。 当进行加法或减法运算时，若低4位向高4位数发生进位或借位时AC将被硬件置位；否则，被清除。 在十进制调整指令DA中要用到AC标志位状态。,AC（PSW.6）辅助进位（或称半进位）标志。 当运算结果的D3向D4产生进位时， AC =1； 当运算结果的D3向D4没有产生进位时， AC =0。,CY (PSW7) 进位标志位。 在进行算术运算时，可以被硬件置位或清除，以表示运算结果中高位是否有进位或借位。 F0 (PSW5) 用户标志位。 开机时该

17、位为“0”。用户可根据需要，通过位操作指令置“l”或者清“0”。,Cy（PSW.7）进位标志位。 当运算结果产生进位时， Cy =1； 当运算结果没有产生进位时， Cy =0。,A,TMP,PSW,B,SP,DPTR,RAM,PC,ROM,P1,P2,P3,P0,定时,中断,串口,IR,P L A,ID,振 荡,X1 X2,PSEN RST ALE EA,P0 P1 P2 P3,ALU,返回,ALU有两个输出: 数据经过运算后，其结果又通过内部总线送回到累加器中； 数据运算后产生的标志位输出至程序状态字 PSW。,2. 累加器A 累加器A是CPU中使用最频繁的一个八位专用寄存器，简称ACC或A

18、寄存器。主要功能：累加器A存放操作数，是ALU单元的输入之一，也是ALU运算结果的暂存单元。 在80C51中只有一个累加器A，而单片微机中大部分数据操作都要通过累加器A进行，容易产生“瓶颈”现象。,3. 数据指针 DPTR DPTR是一个16位的特殊功能寄存器，主要功能是作为片外数据存储器或I/O寻址用的地址寄存器（间接寻址），故称为数据存储器地址指针。见P50 访问片外数据存储器或I/O的指令为： MOVX A，DPTR 读 MOVX DPTR，A 写 DPTR寄存器也可以作为访问程序存储器时的基址寄存器。这时寻址程序存储器中的表格、常数等单元，而不是寻址指令。 MOVCA，ADPTR JM

19、PADPTR DPTR寄存器既可以作为一个16位寄存器处理，也可以作为两个8位寄存器处理，其高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。, 执行调用子程序或发生中断时，CPU会自动将当前 PC值压入堆栈，将子程序入口地址或中断入口地址装入PC；子程序返回或中断返回时，恢复原有被压入堆栈的PC值，继续执行原顺序程序指令。,程序计数器PC, PC不属于特殊功能寄存器，不可访问，在物理结构上是独立的。 PC是一个16位的地址寄存器，用于存放将要从ROM中读出的下一字节指令码的地址，因此也称为地址指针。 PC的基本工作方式有：, 自动加1。CPU从ROM中每读一个字节，自动执行 PC+1PC；, 执行转移

20、指令时，PC会根据该指令要求修改下一次 读ROM新的地址；,4B寄存器 B寄存器在乘法和除法指令中作为ALU的输入之一。乘法中，ALU的两个输入分别为A、B，运算结果存放在AB寄存器对中A中放积的低8位，B中放积的高8位。 除法中，被除数取自A，除数取自B，商数存放于A，余数存放于B。 在其它情况下，B寄存器可以作为内部RAM中的一个单元来使用。, 堆栈区及堆栈指示器SP： 堆栈是在片内数据RAM区中，数据先进后出或后进先出的区域。堆栈指示器SP（stack pointer）在80C51中存放当前的堆栈栈顶所指存储单元地址的一个8位寄存器。 80C51的堆栈区域可用软件设置堆栈指示器（SP）的值，在片内数据RAM区中予以定义。 系统复位后SP内容为07