单片机技术及应用--第二章 MCS-51单片机结构.ppt

2.2 MCS-51单片机存储器 计算机的存储器结构有两种：一种结构称为哈佛结构，即程序存储器和数据存储器分开，相互独立；另一种结构称为普林斯顿结构，即程序存储器和数据存储器是统一的，地址空间统一编址。 MCS-51单片机的存储器配置方式与其他常用的微机系统不同，属哈佛结构。程序存储器为只读存储器(ROM)，数据存储器为随机存取存储器(RAM)。单片机的存储器编址方式采用与工作寄存器、I/O口锁存器统一编址的方式。 从物理地址空间看，MCS-51单片机有4个存储器地址空间，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。但是，从应用设计的角度可分为3个逻辑空间：片内、外统一寻址的64KB程序存储器空间，地址范围为0000H～FFFFH，64KB的片外数据存储器空间，256B的片内数据存储器空间，如图2-14所示。上述3个存储空间地址是重叠的，如何区别这3个不同的逻辑空间呢？8051的指令系统设计了不同的数据传送指令符号：CPU访问片内、片外ROM，指令用MOVC；CPU访问片外RAM，指令用MOVX；CPU访问片内RAM，指令用MOV。 2.2.1 程序存储器 程序存储器(ROM)用来存放程序和表格常数。程序存储器以程序计数器PC作地址指针，通过16位地址总线，可寻址的地址空间为64KB，片内、片外统一编址。片内有4KB的ROM存储单元，地址为0000H～0FFFH；片外最多可扩至64KB的ROM，地址为1000H～FFFFH。 当EA引脚接高电平时，CPU将首先访问片内ROM，当指令地址超过0FFFH时，自动转向片外ROM取指令。 当EA引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM。片外ROM的地址从0000H开始编址。对于8031，由于其片内无ROM，所以使用时必须使EA接低电平，以便能够从片外扩展的EPROM中取指令。 读片外ROM时，CPU从PC中取出当前ROM的16位地址，分别由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出，当ALE信号有效时，由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到片外ROM 16位地址输入端；当PSEN信号有效时，片外ROM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线(P0口)，CPU读入后存入指定单元。 在程序存储器中，表2-5所示的6个单元具有特殊含义。使用时一般在这 6个单元中存放一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。 2.2.2 数据存储器 数据存储器(RAM)主要用来存放运算的中间结果和数据等。MCS-51单片机的数据存储器无论在物理上还是逻辑上都分为两个地址空间：一个为片内数据存储器，地址范围为00H～FFH，访问片内数据存储器用MOV指令；另一个为片外数据存储器，地址范围为0000H～FFFFH，访问片外数据存储器用MOVX指令。 读片外RAM时，片外RAM 16位地址分别由P0口(低8位)和P2口(高8位)同时输出，当ALE信号有效时，由地址锁存器锁存低8位地址信号，地址锁存器输出的低8位地址信号和P2口输出的高8位地址信号同时加到片外RAM 16位地址输入端；当RD信号有效时，片外RAM将相应地址存储单元中的数据送至数据总线(P0口)，CPU读入后存入指定单元。 写片外RAM的过程与读片外RAM的过程相同，只是控制信号不同，信号换成WR信号。当WR信号有效时，片外RAM将数据总线(P0口分时传送)上的数据写入相应地址存储单元中。 2.2.3 MCS-51单片机片内数据存储器的配置 片内RAM地址空间共有256B，其又分为两个部分：低128B(00H～7FH)为真正的RAM区；高128B(80H～FFH)为特殊功能寄存器(SFR)区。 低128B是单片机的真正RAM存储器，按其用途可划分为工作寄存器区(00H～1FH)、位寻址区(20H～2FH)和用户区(30H～7FH)这3个区域，其地址空间详细分布如表2-6所示。 1．工作寄存器区 00H～1FH共32个单元为工作寄存器区。工作寄存器也称为通用寄存器，用于临时寄存8位信息。工作寄存器分成4组，每组都有8个寄存器，用R0～R7表示。程序中每次只用1组，其他各组可以作为一般的数据缓冲区使用。使用哪一组寄存器工作由程序状态字PSW中的PSW.3(RS0)和 PSW.4(RS1)两位来选择，其对应关系如表2-7所示。通过软件设置RS0和RS1这2位的状态，就可任意选择一组工作寄存器工作，系统复位后，默认选中第0组寄存器为当前工作寄存器。 MCS-51单片机指令系统有专用于工作寄存器操作的指令，读、写速度比一般片内RAM要快，指令字节比一般直接寻址指令要短，还具有间址功能，能给编程和应用带来方便，有利于提高单片机的运算速度。因此，在单片机的