[讨论] 51单片机存储器的基本结构及工作原理

第一个问题：单片机的外部结构怎样呢？ 拿到一块芯片，想要使用它，首先必须要知道怎样连线，我们“新动力2004”单片机学习套件用的一块称之为89S51的芯片，下面我们就看一下如何给它连线。 1、 电源：这当然是必不可少的了。单片机使用的是5V电源，其中正极接40引脚，负极（地）接20引脚。 2、 振蒎电路：单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，按“新动力2004版”实验部份原理图接上即可。 3、复位引脚：按“新动力2004版”实验部份原理图中接法连好，至于复位是何含义及为何需要复要复位，复位章节中已做介绍。 4、 EA引脚：EA引脚接到正电源端。 至此，一个单片机就接好，通上电，单片机就开始工作了。 注：上述讲的是单片机最小应用系统图，朋友们在书让随便找本书都有，也以参考实验部份原理图。 这里我就不再画了。 第二个问题：单片机的工作任务分析 我们的第一个任务是要用单片机点亮一只发光二极管LED，显然，这个LED必须要和单片机的某个引脚相连，否则单片机就没法控制它了，那么和哪个引脚相连呢？单片机上除了刚才用掉的5个引脚，还有35个，我们将这个LED和1脚相连。 按照实验部份原理图的接法，当1脚是高电平时，LED不亮，只有1脚是低电平时，LED才发亮。因此要1脚我们要能够控制，也就是说，我们要能够让1引脚按要求变为高或低电平。即然我们要控制1脚，就得给它起个名字，总不能就叫它一脚吧？叫它什么名字呢？设计51芯片的INTEL公司已经起好了，就叫它P1.0，这是规定，不可以由我们来更改。 名字有了，我们又怎样让它变--高--或变--低--呢？叫人做事，说一声就可以，这叫发布命令，要计算机做事，也得要向计算机发命令，计算机能听得懂的命令称之为计算机的指令。让一个引脚输出高电平的指令是SETB，让一个引脚输出低电平的指令是CLR。因此，我们要P1.0输出高电平，只要写SETB P1.0，要P1.0输出低电平，只要写 CLR P1.0就可以了。 现在我们已经有办法让计算机去将P1.0输出高或低电平了，但是我们怎样才能计算机执行这条指令呢？总不能也对计算机也说一声了事吧。要解决这个问题，还得有几步要走。 第一步：计算机看不懂SETB CLR之类的指令，我们得把指令翻译成计算机能懂的方式，再让计算机去读。计算机能懂什么呢？它只懂一样东西——数字。因此我们得把SETB P1.0变为（D2H,90H ），把CLR P1.0变为 （C2H,90H ），至于为什么是这两个数字，这也是由51芯片的设计者--INTEL规定的，我们不去研究。 第二步：在得到这两个数字后，怎样让这两个数字进入单片机的内部呢？这要借助于一个硬件工具"编程器"。本站开发的集编程器和实验板于一体。大家可以参考一下，如想购买请进入看看！ 我们将“新动力2004”学习套件与电脑连好，运行编程器的软件，然后在编缉区内写入（D2H,90H）见图2，写入……好，拿下片子，把片子插入学习套件的实验板，接通电源……什么?灯不亮？这就对了，因为我们写进去的指令就是让P1.0输出高电平，灯当然不亮，要是亮就错了。现在我们再拨下这块芯片，重新放回到编程器上，将编缉区的内容改为（C2H,90H），也就是CLR P1.0，写片，拿下片子，把片子插进实验板，接电，好，灯亮了。因为我们写入的（CLR P1.0）就是让P1.0输出低电平的指令。这样我们看到，硬件电路的连线没有做任何改变，只要改变写入单片机中的内容，就可以改变电路的输出效果。 第三个问题：单片机内部结构分析 我们来思考一个问题，当我们在编程器中把一条指令写进单片机内部，然后取下单片机，单片机就可以执行这条指令，那么这条指令一定保存在单片机的某个地方，并且这个地方在单片机掉电后依然可以保持这条指令不会丢失，这是个什么地方呢？这个地方就是单片机内部的只读存储器即ROM（READ ONLY MEMORY）。为什么称它为只读存储器呢？刚才我们不是明明把两个数字写进去了吗？原来在89C51中的ROM是一种电可擦除的ROM，称为FLASH ROM，刚才我们是用的编程器，在特殊的条件下由外部设备对ROM进行写的操作，在单片机正常工作条件下，只能从那面读，不能把数据写进去，所以我们还是把它称为ROM 下面分别介绍各组成部份硬件的结构,工作原理和操作方法: 存储器 : 8031单片机有4个存储器空间，分别用来安排4种不同功用的存储器： 一\内部数据存储器；二\特殊功能寄存器；三\程序存储器；四\外部数据存储器。 内部数据存储器和特殊功能寄存器集成于片内，程序存储器和外部数据存储器则安排在 片外，用接口电路与单片机连接。4种存储器中，除内部数据存储器和特殊功能寄存器是统一编址的除外，各存储器均分开编址，并用不完全相同的寻址方式来访问它们。 RAM，共128字节，地址范围为00H一7FH，见下图2。前32个单元(地址00H一1FH)称为寄存器区。其中，每8个寄存器形成-个寄存器组。具体说来： 寄存器0组 地址00H一07H 寄存器1组 地址08H一0FH 寄存器2组 地址10H一17H 寄存器3组 地址18H一1FH 图2 内部数据存储器结构 通过对特殊功能寄存器PSW中RS1、RS0两位的编程设置)，可选择任一寄存器组为工作寄存器组，方法如下： RS1 RSO 所选中的寄存器组 0 0 选中的寄存器0组 0 1 选中的寄存器1组 1 0 选中的寄存器2组 1 1 选中的寄存器3组 当某一组被设定成工作寄存器组后，该组中的8个寄存器，从低地址到高地址就分别称为Ro-R7，从而可以把它们用作通用寄存器，并可按寄存器寻址方式被访问。一旦工作寄存器组被指定后，另外三组寄存器则同其它数据RAM一样，只能按字节地址被予以读写。 字节地址20H到2FH称为位地址区，共有16个字节，计128位，每位都有相应的位地址，位地址范围为00H一7FH，见图3。通过位寻址，可以对各位进行位操作。由此可见，8031单片机有着相当出色的位处理能力。 内部数据RAM中，既有字节地址，又有位地址，两者的地址范围都是00H一7FH，这在数据操作时应加以注意。内部数据RAM通常用来存放运算过程的中间值，并用作堆栈区。 程序存储器 MCS-51单片机具有64K字节的程序存储器空间。其中，8051或8751在片内各有4K字节的程序存储器ROM或EPROM，并处于这一空间的最低地址区。8031片内没有程序存储器，必须在外部扩展程序存储器才能构成单片机应用电路。扩展容量可为64K字节中的任一容量，并且常用EPROM或E2PROM的形式(扩展方法见第四章)。 程序存储器中的某些地址被固定地用于特定程序的入口地址： 地址 用途 0000H 复位操作后的程序入口 0003H 外部中断0服务程序入口 000BH 定时器0中断服务程序入口 0013H 外部中断1服务程序入口 001BH 定时器1中断服务程序入口 0023H 串行I／O中断服务程序入口 在编程时，通常在这些入口地址开始的二三个地址单元中，放入一条转移类指令，以使相应的程序在指定的程序存储器区域中生成。例如，从000阳地址单元开始，放入一条转移到3000H地址单元的转移类指令，定时器0的中断服务程序就可从3000H地址单元开始安排。又如，定时器l的中断服务程序非常短，不会占用到0023H地址单元，或者串行I／O中断根本就没被使用，那么001BH就可以直接作为定时器1中断服务程序的首地址，而不必安排转移类指令。 程序存储器用来存放固化了的用户程序，取指地址由程序计数器PC给出，PC具有自动加l的功能，从而在无转移类指令的条件下，指令被逐一执行。转移类指令可改变PC值，使程序得以转移。程序存储器中也可固化一片数据区，存放被查阅的表格和参数等。 外部数据存储器 外部数据存储器又称为外部数据RAM，当803l片内128个字节的数据RAM不能满足数量上的要求时，可通过总线端口和其它I／O端口扩展外部数据RAM(扩展方法见相关章节)，其最大容量可达64K字节。外部数据RAM与内部数据RAM的功用基本相同，但前者不能进行堆栈操作。 当803l单片机同时外接有程序存储器和数据存储器时，两者的区别在于：程序存储器只有读操作而无写操作，且读操作信号由引脚PSEN直接提供；数据存储器则有读写操作，且由引脚信号RD和WR选通读写操作。对片内RAM和片外RAM操作的区别在于：片内RAM操作时无读写信号产生，片外RAM操作时则有读写信号（RD,WR）产生。上面是不同的存储器操作在硬件信号方面的区别，这些反映在符号指令上则是有着完全不同的符号形式和寻址方式. 存储器的数据操作 1.程序存储器的数据操作 只有读操作。除由PC直接寻址，以执行各条指令外，还可用FC或DPTR作变址寻址。例如，若DPTR＝2000H，A＝20H，则指令MOVC A，＠A十DPTR完成了把程序存储器2020H单元中的内容送入A中的操作。这种数据操作方式通常用来查阅程序存储器中的数据表格。 2.外部数据RAM的数据操作 可进行读写操作。用DPTR或工作寄存器组中的Ro或R1作寄存器间接寻址。当用RO或R1作寄存器间接寻址时，由P2端口提供高8位地址，R0或R1提供低8位地址。 例1 MOVX A， ＠DPTR ；外部数据RAM中以DPTR为地址中的内容 ----A 例2 MOV P2， ＃20H ；数20H ----P2 MOV R0， ＃30H ；数30H ----R0 MOVX ＠R0， A ；A ---- 外部数据RAM中2030H单元 3.内部数据RAM的数据操作 可进行读写操作。按直接字节地址作直接寻址或用工作寄存器组中的R0或R1作寄存器间接寻址。 例1 MOV 35H，＃64H ；数64H送入片内RAM35H单元 例2 MOV R0 ，＃40H ；数40H ----R0 MOV A ，＠Ro ；内部数据RAM中40H地址中的内容 ----A 4.特殊功能寄存器SFR的数据操作 可进行读写操作。只能用直接寻址方式对给出地址的SFR作数据操作。 例1 MOV P1 ，＃55H ；数55H经P1端口输出 例2 MOV A ，P0 ；把Po端口上的数据输入到A 例3 MOV PSW，＃10H ；数10H ----PSW，从而使RS1＝1，RS0＝O，实现了选中第2组寄存器为工作寄存器的操作(此操作还清掉了PSW其它各标志位) 5.位地址空间的数据操作 可进行读写操作。采用直接位寻址方式对位地址中的数据作位操作。 例1 SETB 20H ；"1" ----片内RAM20H位地址单元 创2 SETB EA ；"1" ----SFR中的EA位(由图可见，EA的位地址为AFH) 803l单片机4种存储空间的主要特点及数据操作方式可归纳如下表所示。关于数据操作方法，在下面的章节中还会详细讨论 8031的存储器特点及数据操作 容量 地 址 寻址方式 操作例子 字节地址 位地址 外部程序存储器 最大64KB 0000H~FFFFH 无 PC间址,DPTR问址 MOVC A，@A+DPTR 外部数据存储器 最小64KB 0000H~FFFFH 无 P2Ri间址，DPTR间址 MOVX A,@R0; MOVX @DPTR,A 内部数据存储器 128字节 00H~7FH 00H~7FH 直接寻址，Ri间址，位寻址 MOV 50H,#32H, MOV @R1,A SETB 44H 特殊功能寄存器 21字节 80H~FFH(不连续 80H~FFH(不连续) 直接寻址，位寻址 MOV A,90H CLR B0H 需要指出的是，单片机中的存储器结构与数据操作方法，是应用单片机的基础，必须了解得十分清楚。 更多内容请访问http://www.51dz.com/index.asp?i=kjf888