第2章 存儲器的認(rèn)識

1、1第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n一、任務(wù)目標(biāo)n 學(xué)習(xí)51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)。通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，使讀者掌握51單片機存儲器的結(jié)構(gòu)及使用方法。n二、任務(wù)分析n 在單片機中，用戶設(shè)計好的程序及程序運行時的數(shù)據(jù)要放到一個載體里，這個載體就叫存儲器（集成電路）。2第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 程序設(shè)計完成后寫到存儲器中，在單片機運行時程序只需從存儲器中讀取出來運行。用來存放程序的存儲器，我們稱之為程序存儲器（只讀存儲器），簡稱ROM。而在單片機運行時，數(shù)據(jù)將隨著程序的運行發(fā)生變化，我們將存放數(shù)據(jù)的存儲器稱為數(shù)據(jù)存儲器（隨機存儲器），簡稱RAM。3第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 單片機的存儲器又可分為片內(nèi)和片外存儲器。片內(nèi)存儲

2、器是在單片機內(nèi)部的存儲器，通常容量有限。當(dāng)單片機程序很大，同時單片機運行時的數(shù)據(jù)較大，片內(nèi)存儲器容量不夠，就需要對單片機擴展外部存儲器，這就是片外存儲器。 n 綜上所述，51單片機有兩種存儲器：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。51單片機同時擁有4個存儲空間（物理結(jié)構(gòu)上）：片內(nèi)ROM、片外ROM、片內(nèi)RAM和片外RAM。圖2-1所示為51單片機存儲器地址空間，其中使用最頻繁的是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器，應(yīng)重點掌握。4第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 圖2-1 51單片機存儲器地址空間5第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n三、相關(guān)知識n1程序存儲器n 程序存儲器用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息，其存儲單元只能讀不能寫。51單片機程序存儲

3、器有16位地址，可尋址的范圍為64KB，因此片外程序存儲器最大容量為64KB，而片內(nèi)程序存儲器容量為4KB。程序存儲器在物理結(jié)構(gòu)上分為片內(nèi)程序存儲器和片外程序存儲器兩個部分，在邏輯結(jié)構(gòu)上（即用戶使用角度）為一個部分，采用同一指令（MOVC指令）進行數(shù)據(jù)讀取，用外部引腳進行區(qū)分低4KB空間使用的是片內(nèi)程序存儲器還是片外程序存儲器。6第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 對于8031單片機來說，它的內(nèi)部沒有ROM，因此，在實際使用時，必須對它擴展外部程序存儲器，最大可擴展空間地址為64KB，此時8031單片機的端必須接地，強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。對于內(nèi)部有ROM的8051，8751，89C51，89

4、S51等單片機，正常運行時，則需接高電平，使CPU先讀內(nèi)部程序存儲器中的程序，當(dāng)PC值超過內(nèi)部ROM的容量時，才會轉(zhuǎn)而讀外部程序存儲器中的程序。7第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n2數(shù)據(jù)存儲器n 數(shù)據(jù)存儲器也稱為隨機存取存儲器，用于存取程序運行時的中間結(jié)果、標(biāo)志位及控制功能數(shù)據(jù)等。51單片機的數(shù)據(jù)存儲器在物理上和邏輯上都分為兩個地址空間：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。8第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n（1）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器n 51單片機內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器地址為8位，可尋址的范圍為256B，但實際的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器因單片機型號不同有所不同：其中8031，8051，8751，89C51，89S51等51子系列為256B，而8

5、032，8052，8752，89C52，89S52等52子系列為384B。實際提供給用戶使用的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量對51子系列為128B，對52子系列為256B，它們是用于存放程序執(zhí)行的中間結(jié)果和過程數(shù)據(jù)的。9第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 片內(nèi)256個字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器分為兩部分：低128字節(jié)為用戶數(shù)據(jù)RAM單元，地址為00H7FH，該部分為用戶數(shù)據(jù)存取使用；高128字節(jié)為特殊功能寄存器（SFR）單元，地址為80HFFH，該部分為單片機功能控制用。n片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器低128B根據(jù)其用途的不同，又可分為3個區(qū)：工作寄存器區(qū)，地址為00H1FH，共32個字節(jié)，該區(qū)為工作寄存器使用；位尋址區(qū)，地址為20H2FH，

6、共16個字節(jié)128位，位地址為00H7FH，該區(qū)單元既可按字節(jié)操作，又可按位操作；用戶RAM區(qū)，地址為30H7FH，共80個字節(jié)，該區(qū)為用戶數(shù)據(jù)存取使用，只能按字節(jié)操作。 10第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 工作寄存器區(qū)32個字節(jié)被均勻地分為4個組，每組有8個工作寄存器，均以R0R7來命名。第0組工作寄存器，地址為00H07H；第1組工作寄存器，地址為08H0FH；第2組工作寄存器，地址為10H17H；第3組工作寄存器，地址為18H1FHH。在程序運行時，究竟使用的是哪組工作寄存器，就要通過一個特殊功能寄存器程序狀態(tài)字寄存器（PSW）的第4和第3位（RS1和RS0）的值來區(qū)分它們。RS1和RS0為00

7、則用第0組工作寄存器；RS1和RS0為01則用第1組工作寄存器；RS1和RS0為10則用第2組工作寄存器；RS1和RS0為11則用第3組工作寄存器。若程序中并不需要4組，那么其余的可作為一般的數(shù)據(jù)存儲器。CPU復(fù)位后，選中第0組工作寄存器。11第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 特殊功能寄存器區(qū)離散地分布了21個特殊功能寄存器（又稱為專用寄存器），這些寄存器反映了51單片機的運行狀態(tài)，很多功能均是通過特殊功能寄存器來定義和控制執(zhí)行的，這些寄存的功能已做了專門的規(guī)定，用戶不能修改其結(jié)構(gòu)。例如累加器A、寄存器B、程序狀態(tài)字寄存器（PSW）、數(shù)據(jù)指針（DPTR）、I/O口寄存器P0P3等均為特殊功能寄存器。 1

8、2第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n 對52子系列的高128B（地址為80HFFH）對應(yīng)兩個物理空間，一個空間作為用戶RAM區(qū)，為用戶使用；另一空間作為特殊功能寄存器區(qū)，為單片機功能部件控制使用，兩部分地址重疊，但通過不同的尋址方式可將它們區(qū)分開：對80HFFH的用戶RAM區(qū)只能采用寄存器間接尋址方式訪問，而對SFR區(qū)只能采用直接尋址方式訪問。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器是程序設(shè)計中使用頻率最高的存儲器部分，用戶的許多參數(shù)、變量及單片機功能控制寄存器均取自于該部分存儲器。13第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n（2）片外數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)n 51單片機片外數(shù)據(jù)存儲器為16位地址空間，因此最多可擴展64KB的片外RAM。由圖2-1可知，片

9、內(nèi)RAM和片外RAM的低256B的地址相同，但它們卻是兩個不同的地址空間。區(qū)分這兩個地址空間的方法是采用不同的指令，訪問片內(nèi)RAM用MOV指令，訪問片外RAM用MOVX指令。14第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n四、任務(wù)實施n1單片機存儲器總體分配n 單片機存儲總體分配圖如圖2-2所示。n2單片機存儲器各部分的功能及使用注意n 單片機存儲器各部分的功能及使用注意如圖2-3所示。n3單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)n 單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。15第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)一 存儲器的認(rèn)識n 圖2-2 單片機存儲器總體分配圖16n 圖2-3 單片機存儲器各部分的功能及使用注意17第1節(jié) 匯編

10、語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)一 存儲器的認(rèn)識n 圖2-4 單片機片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器結(jié)構(gòu)18第1節(jié) 存儲器的認(rèn)識n4軟件仿真時存儲器的觀察窗口n 在編寫好程序后，必須用偉?；騅eil軟件對編譯通過的程序進行調(diào)試，在調(diào)試過程中打開工作寄存器窗口、特殊功能寄存器窗口和內(nèi)部RAM窗口，進行程序運行時各輸入端口狀態(tài)的設(shè)置，觀察程序運行過程中各相關(guān)單元的值。在程序調(diào)試時，先用單步或跟蹤運行，在程序調(diào)試通過后再用全速運行，如圖2-5圖2-8所示。 19第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)一 存儲器的認(rèn)識n 圖2-5 偉福軟件特殊功能寄存器觀察窗口 圖2-6 偉福軟件存儲器觀察窗口 20第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)一 存

11、儲器的認(rèn)識n 圖2-7 Keil軟件CPU寄存器觀察窗口 圖2-8 Keil軟件存儲器觀察窗口 21n三、相關(guān)知識n1特殊功能寄存器n（1）累加器（ACC）n ACC是8位寄存器，它是一個最常用的特殊功能寄存器（專用寄存器），其在SFR中的地址為E0H，在指令中常將ACC簡寫為A。大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自累加器，很多雙操作數(shù)指令中的一個操作數(shù)也取自累加器。加、減、乘、除法運算指令，運算結(jié)果都存放于A或寄存器B中。大部分的數(shù)據(jù)操作都會通過累加器A進行，在程序比較復(fù)雜的運算中，累加器成了制約軟件效率的“瓶頸”，它的功能較多，地位也十分重要。 22n（2）程序狀態(tài)字寄存器（PSW）n PSW是

12、一個8位寄存器，它也是一個特殊功能寄存器，其在SFR中的地址為D0H，用于存放程序運行中的各種狀態(tài)信息，這個寄存器的一些位可由軟件設(shè)置，有些位則由硬件自動設(shè)置。寄存器的各位定義及功能如表2-1所示。 23第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)二 尋址方式的認(rèn)識n 位 序位 標(biāo) 志位 名 稱功 能PSW.0P奇偶校驗位表明A內(nèi)容的奇偶性，凡是改變A中內(nèi)容的指令均影響奇偶校驗位，若A中值為1的位數(shù)為奇數(shù)，則P置1，否則清0PSW.1F1用戶標(biāo)志位供用戶設(shè)置的標(biāo)志位，由用戶置1或清0PSW.2OV溢出標(biāo)志在有符號加減法運算中，如運算結(jié)果超出8位有符號數(shù)的有效范圍（128+127）時，即產(chǎn)生溢出，OV=1，

13、表明運算結(jié)果錯誤；如運算結(jié)果沒有超出有效范圍，則OV=0，表明運算結(jié)果正確。執(zhí)行加法指令時，當(dāng)位6向位7有進位，而位7向CY沒有進位時，OV=1。或者位6向位7沒有進位，而位7向CY有進位時，同樣OV=1。所以O(shè)V為位6進位與位7進位的異或，即OV=CY6 CY7。執(zhí)行乘法指令時，乘積超過255時，OV=1，乘積在AB寄存器中；若OV=0，則說明乘積沒有超過255，乘積只在累加器A中。執(zhí)行除法指令時，OV=1，表示除數(shù)為0，運算不被執(zhí)行；否則OV=0。表2-1程序狀態(tài)字寄存器位定義及位功能表24第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)二 尋址方式的認(rèn)識n 位 序位 標(biāo) 志位 名 稱功 能PSW.4PS

14、W.3RS1RS0工作寄存器組選擇位RS1RS0工作寄存器組00第0組（00H07H）01第1組（08H0FH）00第2組（10H17H）11第3組（18H1FH）PSW.5F0用戶標(biāo)志位供用戶設(shè)置的標(biāo)志位，由用戶置1或清0PSW.6AC輔助進位標(biāo)志位當(dāng)進行加、減運算時當(dāng)?shù)?位向高4位有進位或借位時，AC置1，否則清0。AC輔助進位位常用于十進制調(diào)整PSW.7CY進位標(biāo)志位此位有兩個功能：一是執(zhí)行加法或減法運算時，存放運算結(jié)果的進位或借位標(biāo)志，當(dāng)運算結(jié)果的最高位有進位或借位時置1，否則清0；二是在位操作中作為累加位使用，在指令中常簡寫為C表2-1程序狀態(tài)字寄存器位定義及位功能表25n（3）數(shù)據(jù)

15、指針（DPTR）n DPTR為16位寄存器，其在SFR中的地址為83H和82H。它通常在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時作為地址指針使用。編程時既可以按16位寄存器來使用，也可以按兩個8位寄存器來使用，即高字節(jié)寄存器（DPH，地址為83H）和低字節(jié)寄存器（DPL，地址為82H）。當(dāng)訪問程序存儲器時，DPTR可用來作為基址寄存器，采用基址+變址尋址方式訪問程序存儲器。 26n2程序計數(shù)器（PC）n PC在物理上是獨立的，它不屬于特殊功能寄存器區(qū)的一個寄存器。PC是一個16位的計數(shù)器，它的作用是控制程序的執(zhí)行順序，用于存放一條將要執(zhí)行的指令地址，尋址范圍為64KB。PC有自動加1功能，即完成了一條指令的執(zhí)行后

16、，其內(nèi)容自動加1。PC本身并沒有地址，因而不可尋址，用戶無法對它進行讀寫，但是可以通過轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以控制程序按用戶要求去執(zhí)行。 27n3片內(nèi)RAM位尋址區(qū)位地址n 內(nèi)部RAM中的位尋址區(qū)20H2FH單元，共有16個字節(jié)，128個位，位地址為00H7FH，位地址分配如表2-2所示。CPU能直接尋址這些位，執(zhí)行例如置1、清0、取反、位傳送和位邏輯運算等操作。我們常稱51單片機具有布爾處理功能，布爾處理的存儲空間指的就是這個位尋址區(qū)。 28第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)二 尋址方式的認(rèn)識單 元 地 址 MSB 位地址 LSB2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H表2-2片內(nèi)RAM位尋址區(qū)位地址表29第1節(jié) 匯編語言程序設(shè)計基礎(chǔ)任務(wù)二 尋址方式的認(rèn)識n 單 元 地 址 MSB 位地址 LSB29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49