單片機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)(一):存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

51單片機(jī)存儲(chǔ)器有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，程序存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是為正在運(yùn)行的程序提供空間，即RAM，程序存儲(chǔ)器為程序的存儲(chǔ)提供空間，即ROM，剛開始的單片機(jī)一旦寫入程序就不能修改，后來(lái)出現(xiàn)了紫外線擦除(EPROM)、電擦除(EEPROM)和FlashROM。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又分片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，標(biāo)準(zhǔn)的51單片機(jī)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器容量是256字節(jié)，地址編碼00H～FFH，其中高128字節(jié)(80H～FFH)是SFR區(qū)(特殊功能寄存器)，低128字節(jié)(00H～7FH)用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，在這個(gè)128字節(jié)中，00H～1FH這32個(gè)字節(jié)分給了4組工作寄存器(R0~R7)，20H～2FH這16字節(jié)是位尋址區(qū)，30H～7FH這80字節(jié)是用戶RAM區(qū)，可以隨意使用。通過(guò)51單片機(jī)內(nèi)部的并行擴(kuò)展總線，51單片機(jī)可以訪問(wèn)最多64K范圍的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(注：這個(gè)說(shuō)法是有問(wèn)題的，看后面)，由于內(nèi)部的AB寬度是16位，所以內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址能力是64K。

　　程序存儲(chǔ)器也分為片內(nèi)和片外，由于片內(nèi)外的AB寬度是16位，所以尋址能力都是64K。

　　但是由于I/O端口和外圍設(shè)備與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，暫用了片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間，所以片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址范圍不足64K。

　　前面我們分析了存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，它們片內(nèi)外的尋址能力都是64K。那他們是如何編址的呢?答案是：統(tǒng)一編址0000H～FFFFH

　　你是不是感到很疑惑?如何做到的?

　　首先，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，對(duì)于同一個(gè)地址(假設(shè)1111F)CPU是如何區(qū)分到那個(gè)存儲(chǔ)器呢?分析一下指令，如果是MOVX那么是到片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，如果是MOV則是到片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。

　　其次，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，他們的控制信號(hào)不同，訪問(wèn)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器信號(hào)是Ld等，訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)是Emp等。

　　第三，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，同“首先”

　　第四，片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和片外程序存儲(chǔ)器，同“其次”

　　如何擴(kuò)展呢?

　　我們知道P0口有時(shí)分復(fù)用功能，既可以作為8位數(shù)據(jù)總線又可以作為低8位地址總線，我們使用地址鎖存器把8位的數(shù)據(jù)總線和低8位的地址總線分開，這樣P0提供低8位的地址總線和P2提供的高8位總線構(gòu)成了16位的外部地址總線，P0提供了8位外部數(shù)據(jù)總線，加上控制總線，這樣就形成了三總線結(jié)構(gòu)。所有外圍芯片都是通過(guò)這三總線進(jìn)行擴(kuò)展。

　　可能有這個(gè)疑問(wèn)：P0口如何時(shí)分復(fù)用的?

　　通過(guò)內(nèi)部CB的ALE控制信號(hào)，下降沿時(shí)將P0口輸出的數(shù)據(jù)作為地址信息儲(chǔ)存，此時(shí)P0作為低8位地址總線，在其他時(shí)刻P0作為8位數(shù)據(jù)總線。與外界的通信除了少部分通過(guò)P1，全部通過(guò)P0。

　　我們稍微了解一下51單片機(jī)的時(shí)序單位……

　　晶振提供的頻率我們稱為振蕩頻率，假設(shè)它的周期為T0，一個(gè)T0周期稱為一個(gè)節(jié)拍，用字母P表示，振蕩頻率經(jīng)過(guò)二分頻后我們得到振動(dòng)頻率，它的周期為T1(T1=2T0)，一個(gè)T1周期稱為一個(gè)狀態(tài)，用字母S表示，振蕩周期經(jīng)過(guò)6分頻我們得到ALE控制信號(hào)(注：下面有具體介紹)，振蕩周期經(jīng)過(guò)4分頻我們得到PSEN信號(hào)(注：下面有具體分析)。定義12個(gè)振蕩周期為一個(gè)機(jī)器周期，那么指令周期是什么?有些指令只需要一個(gè)機(jī)器周期能執(zhí)行(確切說(shuō)是：取指令、譯指令、執(zhí)行指令)完，有些需要幾個(gè)(不管如何，一般指令周期是機(jī)器周期的整數(shù)倍，通常情況是1～4倍)。

　　我們有必要了解一下外部CB， 先介紹ALE控制信號(hào)：

　　ALE：高電平有效，是振蕩頻率的6分頻，利用下降沿來(lái)控制地址鎖存器鎖存低8位地址A0～A7。一個(gè)周期兩次有效，第一次是S1P2～S2P1，第二次是S4P2～S5P1。

　　然后介紹一下PSEN控制信號(hào)：

　　PSEN：低電平有效，是振蕩頻率的4分頻，用于訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。一個(gè)周期兩次有效，第一次是S1P2～S2P2，第二次是S4P2～S5P2。

　　我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)理解它，假設(shè)我們?cè)L問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。

　　PSEN是和外部存儲(chǔ)器的OE端口接的(OE是低電平有效)，ALE是接地址鎖存器(假設(shè)是74HC373)的LE腳(高電平有效)。S1P2時(shí)刻，ALE上跳為高電平，74HC373的LE腳有效，74HC373內(nèi)部8個(gè)鎖存器打開，到S2P1這個(gè)下降沿時(shí)刻，P0輸出的低8位地址被鎖存在鎖存器中，此時(shí)PSEN仍然為高電平，而P0由原來(lái)的低8位地址總線轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)總線，等待外部程序存儲(chǔ)器輸出端的數(shù)據(jù)輸入，直到S2P2這個(gè)時(shí)刻，PSEN為下降沿，由無(wú)效轉(zhuǎn)化為有效，這時(shí)P2口的高8位地址和鎖存的P0的低8位地址組成16位地址，這個(gè)地址就是CPU要訪問(wèn)的外部存儲(chǔ)器的地址，從這個(gè)地址中找出存儲(chǔ)的信息，輸出這個(gè)信息通過(guò)P0這個(gè)數(shù)據(jù)總線到達(dá)內(nèi)部總線，最后到達(dá)目的地。

　　訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與之類似，不過(guò)控制信號(hào)不是PSEN，而是WR和RD。

　　WR、RD：低電平有效，用于訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫控制，當(dāng)執(zhí)行MOVX時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)自動(dòng)生成。