單片機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)徹底研究(總結(jié))

MCS-51單片機(jī)在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間：

1、片內(nèi)程序存儲(chǔ)器
2、片外程序存儲(chǔ)器
3、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器
4、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

但在邏輯上，即從用戶的角度上，8051單片機(jī)有三個(gè)存儲(chǔ)空間：

1、片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64K的程序存儲(chǔ)器地址空間（MOVC）
2、256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（MOV）
3、以及64K片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間（MOVX）
在訪問(wèn)三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，應(yīng)采用不同形式的指令，以產(chǎn)生不同的存儲(chǔ)器空間的選通信號(hào)。

下圖是8051單片機(jī)存儲(chǔ)器的空間結(jié)構(gòu)圖

A,程序存儲(chǔ)器

一個(gè)微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強(qiáng)大的硬件外，還需要它們運(yùn)行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫(xiě)的程序而執(zhí)行之。那么設(shè)計(jì)人員編寫(xiě)的程序就存放在微處理器的程序存儲(chǔ)器中，俗稱只讀程序存儲(chǔ)器（ROM）。程序相當(dāng)于給微處理器處理問(wèn)題的一系列命令。其實(shí)程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機(jī)器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲(chǔ)器中。
MCS-51具有64kB程序存儲(chǔ)器尋址空間，它是用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息。對(duì)于內(nèi)部無(wú)ROM的8031單片機(jī)，它的程序存儲(chǔ)器必須外接，空間地址為64kB，此時(shí)單片機(jī)的端必須接地。強(qiáng)制CPU從外部程序存儲(chǔ)器讀取程序。對(duì)于內(nèi)部有ROM的8051等單片機(jī)，正常運(yùn)行時(shí)，則需接高電平，使 CPU先從內(nèi)部的程序存儲(chǔ)中讀取程序，當(dāng)PC值超過(guò)內(nèi)部ROM的容量時(shí)，才會(huì)轉(zhuǎn)向外部的程序存儲(chǔ)器讀取程序。
當(dāng)EA=1時(shí)，程序從片內(nèi)ROM開(kāi)始執(zhí)行，當(dāng)PC值超過(guò)片內(nèi)ROM容量時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部ROM空間。
當(dāng)EA=0時(shí)，程序從外部存儲(chǔ)器開(kāi)始執(zhí)行，例如前面提到的片內(nèi)無(wú)ROM的8031單片機(jī)，在實(shí)際應(yīng)用中就要把8031的引腳接為低電平。
8051片內(nèi)有4kB的程序存儲(chǔ)單元，其地址為0000H—0FFFH，單片機(jī)啟動(dòng)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H，所以系統(tǒng)將從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。但在程序存儲(chǔ)中有些特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意：
其中一組特殊是0000H—0002H單元，系統(tǒng)復(fù)位后，PC為0000H，單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000H單元開(kāi)始，則應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，讓CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。
另一組特殊單元是0003H—002AH，這40個(gè)單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：
0003H—000AH 外部中斷0中斷地址區(qū)。
000BH—0012H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷地址區(qū)。
0013H—001AH 外部中斷1中斷地址區(qū)。
001BH—0022H 定時(shí)/計(jì)數(shù)器1中斷地址區(qū)。
0023H—002AH 串行中斷地址區(qū)。
可見(jiàn)以上的40個(gè)單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng)后，按中斷的類型，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。從上面可以看出，每個(gè)中斷服務(wù)程序只有8個(gè)字節(jié)單元，用8個(gè)字節(jié)來(lái)存放一個(gè)中斷服務(wù)程序顯然是不可能的。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。但是通常情況下，我們是在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲(chǔ)器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行,這樣中斷響應(yīng)后，CPU讀到這條轉(zhuǎn)移指令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

下圖是ROM的地址分配圖：

從上圖中大家可以看到，0000H-0002H，只有三個(gè)存儲(chǔ)單元，3個(gè)存儲(chǔ)單元在我們的程序存放時(shí)是存放不了實(shí)際意義的程序的，通常我們?cè)趯?shí)際編寫(xiě)程序時(shí)是在這里安排一條ORG指令，通過(guò)ORG指令跳轉(zhuǎn)到從0033H開(kāi)始的用戶ROM區(qū)域，再來(lái)安排我們的程序語(yǔ)言。從0033開(kāi)始的用戶ROM區(qū)域用戶可以通過(guò)ORG指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過(guò)了實(shí)際的存儲(chǔ)空間，不然程序就會(huì)找不到。

B,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也稱為隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。MCS-51內(nèi)部RAM有128或256個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（不同的型號(hào)有分別），片外最多可擴(kuò)展64KB的RAM，構(gòu)成兩個(gè)地址空間，訪問(wèn)片內(nèi)RAM用“MOV”指令，訪問(wèn)片外RAM用“MOVX”指令。它們是用于存放執(zhí)行的中間結(jié)果和過(guò)程數(shù)據(jù)的。MCS-51的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可讀寫(xiě)，部分單元還可以位尋址。
MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在物理上和邏輯上都分為兩個(gè)地址空間，即：
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間（低128單元）；
特殊功能寄存器空間（高128單元）；
這兩個(gè)空間是相連的，從用戶角度而言，低128單元才是真正的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。下面我們就來(lái)詳細(xì)的與大家講解一下：

低128單元：
片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個(gè)單元地址，對(duì)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用間接尋址方式，R0、R1和DPTR都可以做為間接尋址寄存器，R0、R1是8位的寄存器，即R0、R1的尋址范圍最大為256個(gè)單元，而DPTR是16位地址指針，尋址范圍就可達(dá)到64KB。也就是說(shuō)在尋址片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，尋址范圍超過(guò)了256B，就不能用R0、R1做為間接尋址寄存器，而必須用DPTR寄存器做為間接尋址寄存器。

8051單片機(jī)片內(nèi)RAM共有256個(gè)單元（00H-FFH），這256個(gè)單元共分為兩部分。其一是地址從00H—7FH單元（共128個(gè)字節(jié)）為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80H—FFH地址單元（也是128個(gè)字節(jié)）為特殊寄存器（SFR）單元。從圖1中可清楚地看出它們的結(jié)構(gòu)分布。

(1)、通用寄存器區(qū)（00H-1FH）
在00H—1FH共32個(gè)單元中被均勻地分為四塊，每塊包含八個(gè)8位寄存器，均以R0—R7來(lái)命名，我們常稱這些寄存器為通用寄存器。這四塊中的寄存器都稱為R0—R7，那么在程序中怎么區(qū)分和使用它們呢？聰明的INTEL工程師們又安排了一個(gè)寄存器——程序狀態(tài)字寄存器（PSW）來(lái)管理它們，CPU只要定義這個(gè)寄存的PSW的D3和D4位（RS0和RS1），即可選中這四組通用寄存器。對(duì)應(yīng)的編碼關(guān)系如下表所示。惹程序中并不需要用4組，那么其余的可用做一般的數(shù)據(jù)緩沖器，CPU在復(fù)位后，選中第0組工作寄存器。

(2)、位尋址區(qū)（20H-2FH）
片內(nèi)RAM的20H—2FH單元為位尋址區(qū)，既可作為一般單元用字節(jié)尋址，也可對(duì)它們的位進(jìn)行尋址。位尋址區(qū)共有16個(gè)字節(jié)，128個(gè)位，位地址為00H—7FH。位地址分配如下表所示：

CPU能直接尋址這些位，執(zhí)行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉(zhuǎn)移，傳送和邏輯等操作。我們常稱MCS-51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲(chǔ)空間指的就是這些為尋址區(qū)。

(3)、用戶RAM區(qū)（30H-7FH）
在片內(nèi)RAM低128單元中，通用寄存器占去32個(gè)單元，位尋址區(qū)占去16個(gè)單元，剩下的80個(gè)單元就是供用戶使用的一般RAM區(qū)了，地址單元為30H-7FH。對(duì)這部份區(qū)域的使用不作任何規(guī)定和限制，但應(yīng)說(shuō)明的是，堆棧一般開(kāi)辟在這個(gè)區(qū)域。

高128單元：（80H-FFH）
前面提到，在片內(nèi)的RAM中，高128位是專用寄存器區(qū)，因這節(jié)比較重要，下面我們就重點(diǎn)介紹51單片機(jī)片內(nèi)RAM的高128位，即專用寄存器區(qū)。