MCS51单片机存储器结构.docx

1、MCS51单片机存储器结构MCS-51单片机存储器结构MCS-51的存储器可分为四类：【1】外部程序存储器ROM 【2】外部数据存储器RAM【3】内部程序存储器ROM一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。只是程序代码则存放于程序存储器中。MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息

2、。【对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。】【对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。】8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H0FFFH，单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H单元开始执行程序。但在程序存储中有些特殊的单元，这在使用中应加以注意：其中一组特殊是0000H0002H单元，系统复位后，PC为0000H，单片机从0

3、000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。另一组特殊单元是0003H002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：0003H000AH外部中断0中断地址区。000BH0012H定时/计数器0中断地址区。0013H001AH外部中断1中断地址区。001BH0022H定时/计数器1中断地址区。0023H002AH串行中断地址区。可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的中断区去执行程序。因此以上地址单元不能用于存放程序的其他

4、内容，只能存放中断服务程序。但是通常情况下，每段只有8个地址单元是不能存下完整的中断服务程序的，因而一般也在中断响应的地址区安放一条无条件转移指令，指向程序存储器的其它真正存放中断服务程序的空间去执行,这样中断响应后，CPU读到这条转移指令，便转向其他地方去继续执行中断服务程序。【4】内部数据存储器RAM数据存储器也称为随机存取数据存储器。MCS-51单片机的数据存储器在物理上和逻辑上都分为两个地址空间，一个是内部数据存储区和一个外部数据存储区。MCS-51内部RAM有128或256个字节的用户数据存储（不同的型号有分别），它们是用于存放执行的中间结果和过程数据的。MCS-51的数据存储器均可

5、读写，部分单元还可以位寻址。8051内部RAM共有256个单元，这256个单元共分为两部分。其一是地址从00H7FH单元（共128个字节）为用户数据RAM。从80HFFH地址单元（也是128个字节）为特殊寄存器（SFR）单元。从图1中可清楚地看出它们的结构分布。 在00H1FH共32个单元中被均匀地分为四块，每块包含八个8位寄存器，均以R0R7来命名，我们常称这些寄存器为通用寄存器。这四块中的寄存器都称为R0R7，那么在程序中怎么区分和使用它们呢？聪明的INTEL工程师们又安排了一个寄存器程序状态字寄存器（PSW）来管理它们，CPU只要定义这个寄存的PSW的第3和第4位（RS0和RS1），即可

6、选中这四组通用寄存器。对应的编码关系如图2所示。 内部RAM的20H2FH单元为位寻址区，既可作为一般单元用字节寻址，也可对它们的位进行寻址。位寻址区共有16个字节，128个位，位地址为00H7FH。位地址分配如表1所示，CPU能直接寻址这些位，执行例如置“1”、清“0”、求“反”、转移，传送和逻辑等操作。我们常称MCS-51具有布尔处理功能，布尔处理的存储空间指的就是这些为寻址区。表1RAM位寻址区地址表单元地址MSB位地址LSB2FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H2DH6FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68H2

7、CH67H66H65H64H63H62H61H60H2BH5FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58H2AH57H56H55H54H53H52H51H50H29H4FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48H28H47H46H45H44H43H42H41H40H27H3FH3EH3DH3CH3BH3AH39H38H26H37H36H35H34H33H32H31H30H25H2FH2EH2DH2CH2BH2AH29H28H24H27H26H25H24H23H22H21H20H23H1FH1EH1DH1CH1BH1AH19H18H22H17H16H15H14H13H12H11H10H21H0

8、FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H特殊功能寄存器特殊功能寄存器（SFR）也称为专用寄存器，特殊功能寄存器反映了MCS-51单片机的运行状态。很多功能也通过特殊功能寄存器来定义和控制程序的执行。MCS-51有21个特殊功能寄存器，它们被离散地分布在内部RAM的80HFFH地址中，这些寄存的功能已作了专门的规定，用户不能修改其结构。表2是特殊功能寄存器分布一览表，我们对其主要的寄存器作一些简单的介绍。表2特殊功能寄存器标识符号地址寄存器名称ACC0E0H累加器B0F0HB寄存器PSW0D0H程序状态字SP81H堆栈指针DPTR82H

9、、83H数据指针（16位）含DPL和DPHIE0A8H中断允许控制寄存器IP0B8H中断优先控制寄存器P080HI/O口0寄存器P190HI/O口1寄存器P20A0HI/O口2寄存器P30B0HI/O口3寄存器PCON87H电源控制及波特率选择寄存器SCON98H串行口控制寄存器SBUF99H串行数据缓冲寄存器TCON88H定时控制寄存器TMOD89H定时器方式选择寄存器TL08AH定时器0低8位TH08CH定时器0高8位TL18BH定时器1低8位TH18DH定时器1高8位程序计数器PC(program Counter)程序计数器在物理上是独立的，它不属于特殊内部数据存储器块中。PC是一个16

10、位的计数器，用于存放一条要执行的指令地址，寻址范围为64kB，PC有自动加1功能，即完成了一条指令的执行后，其内容自动加1。PC本身并没有地址，因而不可寻址，用户无法对它进行读写，但是可以通过转移、调用、返回等指令改变其内容，以控制程序按我们的要求去执行。累加器ACC(Accumulator)累加器A是一个最常用的专用寄存器，大部分单操作指令的一个操作数取自累加器，很多双操作数指令中的一个操作数也取自累加器。加、减、乘、除法运算的指令，运算结果都存放于累加器A或AB累加器对中。大部分的数据操作都会通过累加器A进行，它形象于一个交通要道，在程序比较复杂的运算中，累加器成了制约软件效率的“瓶颈”，

11、它的功能较多，地位也十分重要。以至于后来发展的单片机，有的集成了多累加器结构，或者使用寄存器阵列来代替累加器，即赋予更多寄存器以累加器的功能，目的是解决累加器的“交通堵塞”问题。提高单片机的软件效率。寄存器B在乘除法指令中，乘法指令中的两个操作数分别取自累加器A和寄存器B，其结果存放于AB寄存器对中。除法指令中，被除数取自累加器A，除数取自寄存器B，结果商存放于累加器A，余数存放于寄存器B中。程序状态字PSW(Program Status Word) 程序状态字是一个8位寄存器，用于存放程序运行的状态信息，这个寄存器的一些位可由软件设置，有些位则由硬件运行时自动设置的。其中PSW.1是保留位，

12、未使用。位序PSW.7PSW.6PSW.5PSW.4PSW.3PSW.2PSW.1PSW.0位标志CYACF0RS1RS0OV-PPSW.7（CY）进位标志位，此位有两个功能：一是存放执行某写算数运算时，存放进位标志，可被硬件或软件置位或清零。二是在位操作中作累加位使用。PSW.6（AC）辅助进位标志位，当进行加、减运算时当有低4位向高4位进位或借位时，AC置位，否则被清零。AC辅助进位位也常用于十进制调整。PSW.5（F0）用户标志位，供用户设置的标志位。PSW.4、PSW.3（RS1和 RS0）寄存器组选择位。可参见本章的图2定义。PSW.2（OV）溢出标志。带符号加减运算中，超出了累加器

13、A所能表示的符号数有效范围（-128+127）时，即产生溢出，OV=1。表明运算运算结果错误。如果OV=0，表明运算结果正确。执行加法指令ADD时，当位6向位7进位，而位7不向C进位时，OV=1。或者位6不向位7进位，而位7向C进位时，同样OV=1。 除法指令，乘积超过255时，OV=1。表面乘积在AB寄存器对中。若OV=0，则说明乘积没有超过255，乘积只在累加器A中。除法指令，OV=1，表示除数为0，运算不被执行。否则OV=0。PSW.0（P）奇偶校验位。声明累加器A的奇偶性，每个指令周期都由硬件来置位或清零，若值为1的位数奇数，则P置位，否则清零。数据指针(DPTR)数据指针为16位寄存

14、器，编程时，既可以按16位寄存器来使用，也可以按两个8位寄存器来使用，即高位字节寄存器DPH和低位字节DPL。DPTR主要是用来保存16位地址，当对64kB外部数据存储器寻址时，可作为间址寄存器使用，此时，使用如下两条指令：MOVXA,DPTRMOVXDPTR,A在访问程序存储器时，DPTR可用来作基址寄存器，采用基址+变址寻址方式访问程序存储器，这条指令常用于读取程序存储器内的表格数据。MOVCA,A+DPTR堆栈指针SP(Stack Pointer)堆栈是一种数据结构，它是一个8位寄存器，它指示堆栈顶部在内部RAM中的位置。系统复位后，SP的初始值为07H，使得堆栈实际上是从08H开始的。

15、但我们从RAM的结构分布中可知，08H1FH隶属13工作寄存器区，若编程时需要用到这些数据单元，必须对堆栈指针SP进行初始化，原则上设在任何一个区域均可，但一般设在30H1FH之间较为适宜。数据的写入堆栈我们称为入栈（PUSH，有些文献也称作插入运算或压入），从堆栈中取出数据称为出栈（POP，也称为删除运算或弹出），堆栈的最主要特征是“后进先出”规则，也即最先入栈的数据放在堆栈的最底部，而最后入栈的数据放在栈的顶部，因此，最后入栈的数据出栈时则是最先的。这和我们往一个箱里存放书本一样，需将最先放入箱底部的书取出，必须先取走最上层的书籍。这个道理非常相似。 那么堆栈有何用途呢？堆栈的设立是为了中

16、断操作和子程序的调用而用于保存数据的，即常说的断点保护和现场保护。微处理器无论是在转入子程序和中断服务程序的执行，执行完后，还是要回到主程序中来，在转入子程序和中断服务程序前，必须先将现场的数据进行保存起来，否则返回时，CPU并不知道原来的程序执行到哪一步，原来的中间结果如何？所以在转入执行其它子程序前，先将需要保存的数据压入堆栈中保存。以备返回时，再复原当时的数据。供主程序继续执行。 转入中断服务程序或子程序时，需要保存的数据可能有若干个，都需要一一地保留。如果微处理器进行多重子程序或中断服务程序嵌套，那么需保存的数据就更多，这要求堆栈还需要有相当的容量。否则会造成堆栈溢出，丢失应备份的数据

17、。轻者使运算和执行结果错误，重则使整个程序紊乱。MCS-51的堆栈是在RAM中开辟的，即堆栈要占据一定的RAM存储单元。同时MCS-51的堆栈可以由用户设置，SP的初始值不同，堆栈的位置则不一定，不同的设计人员，使用的堆栈区则不同，不同的应用要求，堆栈要求的容量也有所不同。堆栈的操作只有两种，即进栈和出栈，但不管是向堆栈写入数据还是从堆栈中读出数据，都是对栈顶单元进行的，SP就是即时指示出栈顶的位置（即地址）。在子程序调用和中断服务程序响应的开始和结束期间，CPU都是根据SP指示的地址与相应的RAM存储单元交换数据。堆栈的操作有两种方法：其一是自动方式，即在中断服务程序响应或子程序调用时，返回

18、地址自动进栈。当需要返回执行主程序时，返回的地址自动交给PC，以保证程序从断点处继续执行，这种方式是不需要编程人员干预的。第二种方式是人工指令方式，使用专有的堆栈操作指令进行进出栈操作，也只有两条指令：进栈为PUSH指令，在中断服务程序或子程序调用时作为现场保护。出栈操作POP指令，用于子程序完成时，为主程序恢复现场。I/O口专用寄存器(P0、P1、P2、P3)I/O口寄存器P0、P1、P2和P3分别是MCS-51单片机的四组I/O口锁存器。MCS-51单片机并没有专门的I/O口操作指令，而是把I/O口也当作一般的寄存器来使用，数据传送都统一使用MOV指令来进行，这样的好处在于，四组I/O口还

19、可以当作寄存器直接寻址方式参与其他操作。定时/计数器(TL0、TH0、TL1和TH1)MCS-51单片机中有两个16位的定时/计数器T0和T1，它们由四个8位寄存器组成的，两个16位定时/计数器却是完全独立的。我们可以单独对这四个寄存器进行寻址，但不能把T0和T1当作16位寄存来使用。定时/计数器方式选择寄存器(TMOD)TMOD寄存器是一个专用寄存器，用于控制两个定时计数器的工作方式，TMOD可以用字节传送指令设置其内容，但不能位寻址，各位的定义如下：表4定时/计数器工作方式控制寄存器TMOD位序D7D6D5D4D3D2D1D0位标志GATEM1M0GATEM1M0定时/计数器1定时/计数器

20、0串行数据缓冲器(SBUF)串行数据缓冲器SBUF用来存放需发送和接收的数据，它由两个独立的寄存器组成，一个是发送缓冲器，另一个是接收缓冲器，要发送和接收的操作其实都是对串行数据缓冲器进行。【reg52.h】文件#ifndef _REG52_H_#define _REG52_H_/* BYTE Registers */sfr P0 = 0x80; /I/O口sfr P1 = 0x90; /I/O口sfr P2 = 0xA0; /I/O口sfr P3 = 0xB0; /I/O口sfr PSW = 0xD0;sfr ACC = 0xE0;sfr B = 0xF0;sfr SP = 0x81;sfr

21、 DPL = 0x82;sfr DPH = 0x83;sfr PCON = 0x87; /电源控制寄存器sfr TCON = 0x88; /定时器/中断控制寄存器sfr TMOD = 0x89; /定时器工作方式选择寄存器sfr TL0 = 0x8A; /定时器0数值低位寄存器sfr TL1 = 0x8B; /定时器1数值低位寄存器sfr TH0 = 0x8C; /定时器0数值高位寄存器sfr TH1 = 0x8D; /定时器1数值高位寄存器sfr IE = 0xA8; /中断允许寄存器sfr IP = 0xB8; /中断优先级寄存器sfr SCON = 0x98; /串行口控制寄存器sfr

22、SBUF = 0x99; /串行数据缓冲寄存器/* 8052 Extensions */sfr T2CON = 0xC8;sfr RCAP2L = 0xCA;sfr RCAP2H = 0xCB;sfr TL2 = 0xCC;sfr TH2 = 0xCD;/* BIT Registers */* PSW */sbit CY = PSW7;sbit AC = PSW6;sbit F0 = PSW5;sbit RS1 = PSW4;sbit RS0 = PSW3;sbit OV = PSW2;sbit P = PSW0; /8052 only/* TCON */sbit TF1 = TCON7; /

23、定时器T1溢出中断请求标志位sbit TR1 = TCON6; /定时器T1运行控制位sbit TF0 = TCON5; /定时器T0溢出中断请求标志位sbit TR0 = TCON4; /定时器T0运行控制位sbit IE1 = TCON3; /外部中断1请求标志位sbit IT1 = TCON2; /外部中断1触发方式sbit IE0 = TCON1; /外部中断0请求标志位sbit IT0 = TCON0; /外部中断0触发方式/* IE */sbit EA = IE7; / CPU中断允许（总允许）位sbit ET2 = IE5; /8052 onlysbit ES = IE4; /串

24、行口中断允许位sbit ET1 = IE3; /定时/计数器T1中断允许位sbit EX1 = IE2; /外部中断0允许位sbit ET0 = IE1; /定时/计数器T0中断允许位sbit EX0 = IE0; /外部中断0允许位/* IP */sbit PT2 = IP5; /定时/计数器T2优先级设定位sbit PS = IP4; /串行口优先级设定位sbit PT1 = IP3; /定时/计数器T1优先级设定位sbit PX1 = IP2; /外部中断0优先级设定位sbit PT0 = IP1; /定时/计数器T0优先级设定位sbit PX0 = IP0; /外部中断0优先级设定位/

25、* P3 */sbit RD = P37; /外部读控制sbit WR = P36; /外部写控制sbit T1 = P35; /定时器1外部输入sbit T0 = P34; /定时器0外部输入sbit INT1 = P33; /外部中断1输入sbit INT0 = P32; /外部中断0输入sbit TXD = P31; /串行口输出sbit RXD = P30; /串行口输入/* SCON */sbit SM0 = SCON7; /串行口工作方式选择位sbit SM1 = SCON6; /串行口工作方式选择位sbit SM2 = SCON5; /多机通信控制位sbit REN = SCON

26、4; /允许接收位sbit TB8 = SCON3; /发送数据位第9 位sbit RB8 = SCON2; /接收数据位第9 位sbit TI = SCON1; /串行口发送中断标志位sbit RI = SCON0; /串行口接收中断标志位/* P1 */sbit T2EX = P11; / 8052 onlysbit T2 = P10; / 8052 only /* T2CON */sbit TF2 = T2CON7;sbit EXF2 = T2CON6;sbit RCLK = T2CON5;sbit TCLK = T2CON4;sbit EXEN2 = T2CON3;sbit TR2 = T2CON2;sbit C_T2 = T2CON1;sbit CP_RL2 = T2CON0;code和const的区别用code声明的对象会被编译器安排在ROM中，而ROM通常是只读的，无法更改。用const声明的对象可能会被安排在ROM中，但也可能在RAM中。如果在ROM中，当然不能修改了；如果在RAM中，理论上仍然可以修改，只是编译器不允许你去修改而已。const对象只能在声明时初始化一次