7A文單片機(jī)程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間詳解

1、MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 單片機(jī)程序程序存儲(chǔ)空間( ROM )和數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)空間 (RAM) 詳解 問題 ： STC89C52RC 單片機(jī) :8K 字節(jié)程序存儲(chǔ)空間 ,512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 ,內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲(chǔ)空間 ;它們分別存的是什么？ 8K 的程序存儲(chǔ)空間是存儲(chǔ)代碼，也就是你寫的程序生成的 HEG 文件的，相當(dāng)于電腦系統(tǒng) 的 C 盤。 512 字節(jié)相當(dāng)于內(nèi)存， 存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)變量， 像 u8G,y,z,u32a 之類的臨時(shí)變量掉電后數(shù)據(jù)丟失。 2Keeprom 相當(dāng)于電腦系統(tǒng)的硬盤， 數(shù)據(jù)寫入后掉電不丟失。 主要是單片機(jī)在運(yùn)行的過程中 寫入數(shù)據(jù)或者讀取數(shù)據(jù)。

2、像設(shè)置的鬧鈴值， 設(shè)置好了就不用每次都去設(shè)置了， 保存在單片機(jī) 里面，即使掉電了，設(shè)置的數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，只需單片機(jī)上電再讀取就好了。 單片機(jī)原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在此先詳細(xì)分析 51 單片的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和尋址方法，再分析片外存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，最后給出設(shè) 計(jì)原理并分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 【MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 圖一：存儲(chǔ)空間分布 51 單片機(jī)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)分析 8051 單片機(jī)的存儲(chǔ)器在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，共有 4 個(gè)存儲(chǔ) 空間：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器、片外程序存儲(chǔ)器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。 這種程序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的結(jié)構(gòu)形式被稱

3、為哈佛結(jié)構(gòu)。MCS-51 使用哈弗結(jié)構(gòu)，它的程 序空間和數(shù)據(jù)空間是分開編址的， 即各自有各自的地址空間， 互不重疊。 所以即使地址一樣， 但因?yàn)榉珠_編址，所以依然要說哪一個(gè)空間內(nèi)的某地址。而ARM （甚至是 G86）這種馮諾 依曼結(jié)構(gòu)的 MCU/CPU ，它的地址空間是統(tǒng)一并且連續(xù)的，代碼存儲(chǔ)器 /RAM/CPU 寄存器， 甚至 PC機(jī)的顯存， 都是統(tǒng)一編址的， 只是不同功能的存儲(chǔ)器占據(jù)不同的地址塊， 各自為政。 MCS-51單片機(jī)存儲(chǔ)器的配置特點(diǎn) 內(nèi)部集成了 4K 的程序存儲(chǔ)器 ROM； 內(nèi)部具有 256B 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM（用戶空間 +SFR 空間）； 可以外接 64K 的程序存儲(chǔ)器

4、ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。 從物理結(jié)構(gòu)的角度講， 51單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)可以分為四個(gè)存儲(chǔ)空間： 既片內(nèi) ROM，RAM 和片外 ROM、 RAM。 從邏輯結(jié)構(gòu)上看（既編程的角度） ，可以分為三個(gè)不同的空間： （1）片內(nèi)、片外統(tǒng)一編址的 64KB 的程序存儲(chǔ)器地址空間： 0000HFFFFH（ 用16位地址 ）;， 其中 0000H0FFFH 為片內(nèi) 4KB 的 ROM 地址空間，1000HFFFFH 為外部 ROM 地址空間； （2）256B 的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間（ 用 8位地址 ），00HFFH ，分為兩大部分，其中 00H7FH （共 128B 單元）為內(nèi)部靜態(tài) RAM 的地址空間，

5、 80HFFH 為特殊功能寄存器的 地址空間， 21 個(gè)特殊功能寄存器離散地分布在這個(gè)區(qū)域； （3）64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間 （用16 位地址 ）： 0000HFFFFH ，包括擴(kuò)展 I/O 地址 空間。 上述 4 個(gè)存儲(chǔ)空間地址是重疊的，如圖 1 所示。 8051 的指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的數(shù)據(jù)傳送指 令以區(qū)別這 4個(gè)不同的邏輯空間： CPU 訪問片內(nèi)、片外 ROM 指令用 MOVC ，訪問片外 RAM 指令用 MOVG ，訪問片內(nèi) RAM 指令用 MOV 。 程序存儲(chǔ)器用于存放編好的程序和表格常數(shù)。程序通過 16 位程序計(jì)數(shù)器尋址，尋址能 力為 64KB 。這使得指令能在 64KB

6、的地址空間內(nèi)任意跳轉(zhuǎn)，但不能使程序從程序存儲(chǔ)器空 間轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。 程序存儲(chǔ)器 ROM 的片內(nèi)和片外尋址 1. 程序存儲(chǔ)器 ROM 用于存放程序、常數(shù)或表格。 2. 在51單片機(jī)中，由引腳 /EA 上的電平選擇內(nèi)、外 ROM：EA=1 時(shí),CPU 執(zhí)行片內(nèi)的 4KROM 中的程 序;EA=0 時(shí)， CPU選擇片外 ROM中的程序。 3. 無論是使用片內(nèi)還是使用片外 ROM，程序的起始地址都是從 ROM 的0000H 單元開始。 4. 盡管系統(tǒng)可以同時(shí)具備片內(nèi) ROM和外部 ROM，但是在一般正常使用情況下，通過 /EA 的設(shè)定來選 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 MeiWei81

7、- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 擇其一（或者使用內(nèi)部 ROM，或者使用外部 ROM） 5. 如果 EA=1（執(zhí)行片內(nèi)程序存儲(chǔ)器中程序時(shí) ）:如果程序計(jì)數(shù)器的指針 PC值超過 0FFFH（4K）時(shí)，單 片機(jī)就要自動(dòng)的轉(zhuǎn)向片外的 ROM 存儲(chǔ)器且從 1000H 單元開始執(zhí)行程序（無法使用片外 ROM 的低4K 空間）。 6. 當(dāng)程序超過 4K 時(shí)，有兩種使用程序存儲(chǔ)器 ROM 的方法： 設(shè)置 EA=0 ，使用外部 ROM。從地址 =0000H 開始； 設(shè)置 EA=1 ，使用內(nèi)部的 4KROM 和外部 ROM（地址從 1000H 開始的單元） 8051 從片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器取指時(shí)的執(zhí)行速度相同。

8、程序存儲(chǔ)器六個(gè)特殊的單元 : 在 ROM 中有六個(gè)單元具有特定功能。 0000H 單元：復(fù)位時(shí)程序計(jì)數(shù)器 PC 所指向的單元，因此用來存放程序中的第一條指令； 0003H 單元：外部中斷 /INT0 的矢量入口地址； 000BH 單元：定時(shí)器 T0 溢出中斷的矢量入口地址； 0013H 單元：外部中斷 /INT1 的矢量入口地址； 001BH 單元：定時(shí)器 T1 的溢出中斷矢量入口地址； 0023H 單元：串行口接收、傳送的中斷矢量入口地址。 矢量入口單元：在編寫中斷程序時(shí)，寫入對(duì)應(yīng)的“跳板指令” MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 單片機(jī)第一條指令的兩

9、個(gè)特征： 0100H 單元。 存放在 ROM 的0000H 單元； 必須是“跳轉(zhuǎn)指令”以跳過下面的 5個(gè)中斷矢量，轉(zhuǎn)到后面的真正的主程序入口 ORG0000HLJMP0100H ORG0100H START:MOVA,#00H END 外部程序存儲(chǔ)器： 當(dāng)單片機(jī)使用外 ROM存儲(chǔ)器時(shí)（擴(kuò)展系統(tǒng)） ，必須設(shè)定 /EA=0 ，此時(shí)單片機(jī)的端口功能就要發(fā)生相應(yīng) 的改變： MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 P0、 P2作為外部 ROM的地址和數(shù)據(jù)總線； 使用引腳 /psen 信號(hào)來選通外部 ROM 的數(shù)據(jù)三態(tài)輸出 程序存儲(chǔ)器 RAM 的片內(nèi)和片外尋址 無論在物

10、理上還是邏輯上，系統(tǒng)中 RAM 都可分為兩個(gè)獨(dú)立空間：內(nèi)部和外部 RAM。由不同的指令來 訪問。 1. 訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元時(shí)，使用 MOV 指令； 2. 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，使用 MOVG指令。內(nèi)部 RAM從功能上將 256B空間分為二個(gè)不同的塊： 1.低128B 的 RAM 塊； 2. 高128B 的 SFR(SpecialFunctionRegister )塊。 在低128B 的 RAM 存儲(chǔ)單元中又可劃分為： 1.工作寄存器區(qū)； 2.位尋址區(qū)； 3. 通用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“便簽區(qū)”。 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 高 128B 的專用寄存器區(qū) MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】

11、SFR中僅僅使用了 21寄存器（ 51系列），其它 107個(gè)單元不能使用 一般的教科書里 RAM 大小是指默認(rèn)用戶 RAM ，但是很少有特別說明的 C51 ：片內(nèi)用戶 RAM 有128字節(jié)（位于片內(nèi)所有 RAM 的低128B，高128B 是 SFR） 訪問 RAM 可以使用直接或者間接尋址方式，地址為 00H-7FH ，在 80H-FFH 的空間分配給 了 SFR ，只能使用直接尋址方式。 C52 ：片內(nèi)用戶 RAM 為256字節(jié)（位于片內(nèi)所有 RAM 的低128B，高128B 是SFR 和用戶 RAM ） 低128 字節(jié)（ 00H-7FH ）的訪問方式為直接和間接尋址方式； 高128 字節(jié)（

12、地址 80H-FFH ）只能使用間接尋址方式。 SFR 的地址也為 80H-FFH ，但只能使用直接尋址方式。 也就是說， C52的高128B 是用戶 RAM 和 SFR 統(tǒng)一編制，共享地址，通過指令的尋址方式 不同來進(jìn)行區(qū)分。 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ IDATA/RAM ）和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ GDATA ）兩個(gè) 部分，但這兩個(gè)存儲(chǔ)器就不像 code 存儲(chǔ)器那樣共享地址空間的了。一般的 8051 芯片，內(nèi) 部 RAM 只有 128B ，從 0G00-0G7F ，而從 0G80-0GFF 則是 SFR （

13、CPU 工作寄存器和各 種外設(shè)寄存器都在此）的區(qū)域。對(duì)于 8052 來說，內(nèi)部 RAM 有 256B ，所以 0G80-0GFF 是 高 128B 的 RAM 在使用?？蛇@部分不是 SFR 專用的嗎？是 SFR 專用，但注意， SFR 的訪 問只能使用“直接尋址方式”（使用特定的匯編指令來實(shí)現(xiàn)） ，區(qū)別就在這里。只有通過直 接尋址訪問的地址才是 SFR ，否則就是普通的 RAM 。 至于外擴(kuò)的 RAM （ GDATA ），地址也是從 0G0000-0GFFFF 的，而且這里的 0G0000 和內(nèi) 部 RAM 的 0G00 是不同的， 是完全獨(dú)立的兩個(gè)空間。 他們的訪問方法也是不同的。 MCS-

14、51 使用 MOVG 指令，來讀寫 GDATA 區(qū)。而且，訪問 GDATA 區(qū)，是需要 DPTR 寄存器來輔 助的。因?yàn)橹挥?DPTR 才能裝得下十六位的 GDATA 地址。 所以說， MCS-51 讀寫 IDATA 區(qū)的速度是最快的，而且訪問方法也是最多的。訪問 GDATA 區(qū)的速度相對(duì)就要慢很多。 用 P0 口作地址 / 數(shù)據(jù)復(fù)用總線，用 P2 口的口線作高位地址線，最多可以擴(kuò)展開關(guān)電源 模塊 64KB 的存儲(chǔ)器?？刂菩盘?hào)線包括：使用 ALE 作為地址鎖存的選通信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)低 8 位地址的鎖存 ;以PSEN 信號(hào)作為擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào) ;以 EA信號(hào)作為內(nèi)、外程序 MeiWei81

15、- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 MeiWei81- 優(yōu)質(zhì)實(shí)用版文檔】 存儲(chǔ)器的選擇信號(hào) ;以 EA 和作為擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和 I/O 端口的讀、 寫選通信號(hào)。 執(zhí)行 MOVG 指令時(shí)，RD 和 WR 信號(hào)分別自動(dòng)有效。 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 的讀和寫由 8051 的 RD(P3.7) 和 WR(P3.6) 信號(hào)控制，而片外程序存儲(chǔ)器的輸出允許 (OE) 由讀選通 PSEN 信號(hào)控制。 盡管片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器共處同一地址空間， 但由于控制信號(hào)及使用的數(shù) 據(jù)傳送指令不同，故不會(huì)發(fā)生總線沖突。 圖 2 數(shù)據(jù)擴(kuò)展圖 由于現(xiàn)在以 8051 為內(nèi)核的單片機(jī)幾乎都帶有內(nèi)部的 FLASH 程序存儲(chǔ)器。如本設(shè)計(jì)中 要用到的開關(guān)電源模塊 AT89C51 或 AT89S51 均自帶 4KB 的 FLASH 程序存儲(chǔ)器， 有的單片 機(jī)帶有 20KB 甚至更大容量的程序存儲(chǔ)器。 因此在單片機(jī)開發(fā)中， 很少用專門的程序存儲(chǔ)器 芯片來擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器，通常也沒有必要。 尋址空間為什么會(huì)最大 64KB 程序存儲(chǔ)？ 單片機(jī)的 P0.0 做為 低位地址線，