單片機存儲系統徹底研究(總結)

MCS-51單片機在物理結構上有四個(gè)存儲空間：

1、片內程序存儲器
2、片外程序存儲器
3、片內數據存儲器
4、片外數據存儲器

但在邏輯上，即從用戶(hù)的角度上，8051單片機有三個(gè)存儲空間：

1、片內外統一編址的64K的程序存儲器地址空間（MOVC）
2、256B的片內數據存儲器的地址空間（MOV）
3、以及64K片外數據存儲器的地址空間（MOVX）
在訪(fǎng)問(wèn)三個(gè)不同的邏輯空間時(shí)，應采用不同形式的指令，以產(chǎn)生不同的存儲器空間的選通信號。

下圖是8051單片機存儲器的空間結構圖

A,程序存儲器

一個(gè)微處理器能夠聰明地執行某種任務(wù)，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實(shí)微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預先編寫(xiě)的程序而執行之。那么設計人員編寫(xiě)的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱(chēng)只讀程序存儲器（ROM）。程序相當于給微處理器處理問(wèn)題的一系列命令。其實(shí)程序和數據一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲器中。
MCS-51具有64kB程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶(hù)程序、數據和表格等信息。對于內部無(wú)ROM的8031單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為64kB，此時(shí)單片機的端必須接地。強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。對于內部有ROM的8051等單片機，正常運行時(shí)，則需接高電平，使 CPU先從內部的程序存儲中讀取程序，當PC值超過(guò)內部ROM的容量時(shí)，才會(huì )轉向外部的程序存儲器讀取程序。
當EA=1時(shí)，程序從片內ROM開(kāi)始執行，當PC值超過(guò)片內ROM容量時(shí)會(huì )自動(dòng)轉向外部ROM空間。
當EA=0時(shí)，程序從外部存儲器開(kāi)始執行，例如前面提到的片內無(wú)ROM的8031單片機，在實(shí)際應用中就要把8031的引腳接為低電平。
8051片內有4kB的程序存儲單元，其地址為0000H—0FFFH，單片機啟動(dòng)復位后，程序計數器的內容為0000H，所以系統將從0000H單元開(kāi)始執行程序。但在程序存儲中有些特殊的單元，這在使用中應加以注意：
其中一組特殊是0000H—0002H單元，系統復位后，PC為0000H，單片機從0000H單元開(kāi)始執行程序，如果程序不是從0000H單元開(kāi)始，則應在這三個(gè)單元中存放一條無(wú)條件轉移指令，讓CPU直接去執行用戶(hù)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。
000BH—0012H 定時(shí)/計數器0中斷地址區。
0013H—001AH 外部中斷1中斷地址區。
001BH—0022H 定時(shí)/計數器1中斷地址區。
0023H—002AH 串行中斷地址區。
可見(jiàn)以上的40個(gè)單元是專(zhuān)門(mén)用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應后，按中斷的類(lèi)型，自動(dòng)轉到各自的中斷區去執行程序。從上面可以看出，每個(gè)中斷服務(wù)程序只有8個(gè)字節單元，用8個(gè)字節來(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，我們是在中斷響應的地址區安放一條無(wú)條件轉移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執行,這樣中斷響應后，CPU讀到這條轉移指令，便轉向其他地方去繼續執行中斷服務(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)存儲單元，3個(gè)存儲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，通常我們在實(shí)際編寫(xiě)程序時(shí)是在這里安排一條ORG指令，通過(guò)ORG指令跳轉到從0033H開(kāi)始的用戶(hù)ROM區域，再來(lái)安排我們的程序語(yǔ)言。從0033開(kāi)始的用戶(hù)ROM區域用戶(hù)可以通過(guò)ORG指令任意安排，但在應用中應注意，不要超過(guò)了實(shí)際的存儲空間，不然程序就會(huì )找不到。

B,數據存儲器

數據存儲器也稱(chēng)為隨機存取數據存儲器。數據存儲器分為內部數據存儲和外部數據存儲。MCS-51內部RAM有128或256個(gè)字節的用戶(hù)數據存儲（不同的型號有分別），片外最多可擴展64KB的RAM，構成兩個(gè)地址空間，訪(fǎng)問(wèn)片內RAM用“MOV”指令，訪(fǎng)問(wèn)片外RAM用“MOVX”指令。它們是用于存放執行的中間結果和過(guò)程數據的。MCS-51的數據存儲器均可讀寫(xiě)，部分單元還可以位尋址。
MCS-51單片機的內部數據存儲器在物理上和邏輯上都分為兩個(gè)地址空間，即：
數據存儲器空間（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(hù)角度而言，低128單元才是真正的數據存儲器。下面我們就來(lái)詳細的與大家講解一下：

低128單元：
片內數據存儲器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個(gè)單元地址，對片外數據存儲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，尋址范圍就可達到64KB。也就是說(shuō)在尋址片外數據存儲器時(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單片機片內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）為用戶(hù)數據RAM。從80H—FFH地址單元（也是128個(gè)字節）為特殊寄存器（SFR）單元。從圖1中可清楚地看出它們的結構分布。

(1)、通用寄存器區（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(chēng)這些寄存器為通用寄存器。這四塊中的寄存器都稱(chēng)為R0—R7，那么在程序中怎么區分和使用它們呢？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。對應的編碼關(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據緩沖器，CPU在復位后，選中第0組工作寄存器。

(2)、位尋址區（20H-2FH）
片內RAM的20H—2FH單元為位尋址區，既可作為一般單元用字節尋址，也可對它們的位進(jìn)行尋址。位尋址區共有16個(gè)字節，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，執行例如置“1”、清“0”、求“反”、轉移，傳送和邏輯等操作。我們常稱(chēng)MCS-51具有布爾處理功能，布爾處理的存儲空間指的就是這些為尋址區。

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

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