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1、单片机程序程序存储空间(ROM)和数据存储空间(RAM)详解时间：2021.03. 04创作：欧阳地问题：STC89C52RC单片机：8K字节程序存储空间，512字 节数据存储空间，内带2K字节EEPROM存储空间；它们分 别存的是什么？8K的程序存储空间是存储代码，也就是你写的程序生 成的HEX文件的，相当于电脑系统的C盘。512字节相当于内存，存储空间存储变量，像u8 x, y, z, u32 a之类的临时变量掉电后数据丢失。2K eeprom相当于电脑系统的硬盘，数据写入后掉电 不丢失。主要是单片机在运行的过程中写入数据或者读 取数据。像设置的闹铃值，设置好了就不用每次都去设 置了，保存
2、在单片机里面，即使掉电了，设置的数据也 不会丢失，只需单片机上电再读取就好了。单片机原理及系统结构在此先详细分析51单片的存储器结构和寻址方法，再 分析片外存储器的扩展，最后给出设计原理并分析系统 结构。图一：存储空间分布51单片机存储器结构分析8051单片机的存储器在物理结构上分为程序存储器 空间和数据存储器空间，共有4个存储空间：片内程序 存储器、片外程序存储器以及片内数据存储器、片外数 据存储器空间。这种程序存储和数据存储分开的结构形式被称为哈佛 结构。MCS-51使用哈弗结构，它的程序空间和数据空间 是分开编址的，即各自有各自的地址空间，互不重叠。 所以即使地址一样，但因为分开编址，所
3、以依然要说哪 一个空间内的某地址。而ARM （甚至是x86）这种冯诺依 曼结构的MCU/CPU,它的地址空间是统一并且连续的，代 码存储器/RAM/CPU寄存器，甚至PC机的显存，都是统一 编址的，只是不同功能的存储器占据不同的地址块，各 自为政。MCS-51单片机存储器的配置特点 內部集成了4K的程序存储器ROM; 内部具有256B的数据存储器RAM （用户空间+SFR空 间）； 可以外接64K的程序存储器ROM和 数据存储器RAMo从物理结构的角度讲，51单片机的存储系统可以分为四 个存储空间：既片内ROM, RAM和片外ROM、RAMO从逻辑结构上看（既编程的角度），可以分为三个不同 的
4、空间：（1）片内、片外统一编址的64KB的程序存储器 地址空 间：OOOOHFFFFH（用16位地址）；，其中 OOOOHOFFFH 为片内4KB 的 ROM 地址空间，10OOHFFFFH 为 外 部 ROM 地 址 空 间 ；（2）256B的内部数据存储器地址空间（用8位地址），OOHFFH,分为两大部分，其中00H7FH （共128B 单元）为内部静态RAM的地址空间，80HFFH为特殊功能 寄存器的地址空间，21个特殊功能寄存器离散地分布在 这个区域；(3)64KB的外部数据存储器地址空间(用16位地址)：OOOOHFFFFH,包括扩展I/O地址空间。上述4个存储空间地址是重叠的，如图
5、1所示。 8051的指令系统设计了不同的数据传送指令以区别这4 个不同的逻辑空间：CPU访问片内、片外ROM指令用 MOVC,访问片外RAM指令用MOVX,访问片内RAM指令用 MOVo程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。程序 通过16位程序计数器寻址，寻址能力为64KBO这使得指 令能在64KB的地址空间内任意跳转，但不能使程序从程 序存储器空间转移到数据存储器空间。程序存储器ROM的片内和片外寻址1. 程序存储器ROM用于存放程序、常数或表格。2. 在51单片机中，由引脚/EA上的电平选择内、外 ROM: EAh时，CPU执行片內的4KR0M中的程序；EA=O 时，CPU选择片外ROM
6、中的程序。3. 无论是使用片内还是使用片外ROM,程序的起始地址都 是从ROM的0000H单元开始。4. 尽管系统可以同时具备片内ROM和外部ROM,但是在一般正常使用情况下，通过/EA的设定来选择其一（或者使 用内部ROM,或者使用外部ROM） o5. 如果EAh （执行片内程序存储器中程序时）：如果程序 计数器的指针PC值超过OFFFH （4K）时，单片机就要自 动的转向片外的ROM存储器且从1000H单元开始执行程序（无法使用片外ROM的低4K空间）。6. 当程序超过4K时，有两种使用程序存储器ROM的方 法： 设置EA=O,使用外部ROM。从地址二0000H开始； 设置EA=1 ,使用
7、内部的4KR0M和外部ROM （地址从 1000H开始的单元）。8051从片内程序存储器和片外程序存储器取扌旨时的 执行速度相同。程序存储器六个特殊的单元：在ROM中有六个单元具有特定功能。0000H单元：复位时程序计数器PC所指向的单元，因此 用来存放程序中的第一条指令；0003H单元：外部中断/INTO的矢量入口地址；OOOBH单元：定时器TO溢出中断的矢量入口地址；0013H单元：外部中断/INT1的矢量入口地址；OO1BH单元：定时器T1的溢出中断矢量入口地址；0023H单元：串行口接收、传送的中断矢量入口地址。矢量入口单元：在编写中断程序时，写入对应的“跳板指令”单片机第一条指令的两
8、个特征： 存放在ROM的0000H单元； 必须是“跳转指令”以跳过下面的5个中断矢量，转到后面的真正的主程序入口0100H单元。ORG 0000H LJMP 0100HORG 0100HSTART： MOV A,#00HEND外部程序存储器：当单片机使用外ROM存储器时(扩展系统)，必须设定/EA二0,此时单片机的端口功能就要发生相应的改变： P0、P2作为外部ROM的地址和数据总线； 使用引脚/psen信号来选通外部ROM的数据三态输 出。程序存储器RAM的片内和片外寻址无论在物理上还是逻辑上，系统中RAM都可分为两个独立空间：内部和外部RAM。由不同的指令来访问。访问内部数据存储单元时，使
9、用MOV指令；2. 访问外部数据存储器时，使用MOVX指令。内部RAM 从功能上将256B空间分为二个不同的块：1 低128B 的 RAM 块；2.高 128B 的 SFR (Spec i a I Funct i on Reg i ster )块。在低128B的RAM存储单元中又可划分为：1.工作寄存器区；2. 位寻址区；3. 通用存储数据的“便签区”。高128B的专用寄存器区SFR中仅仅使用了21寄存器（51 系列），其它107个单元不能使用。一般的教科书里RAM犬小是指默认用户RAM,但是很 少有特别说明的C51:片内用户RAM有128字节（位于片內所有RAM的低128B, 高 128B
10、是 SFR ）访问RAM可以使用直接或者间接寻址方式,地址为OOH- 7FH,在80H-FFH的空间分配给了 SFR,只能使用直接寻 址方式。C52:片内用户RAM为256字节（伎于片內所有RAM的低128B ,高 128B 是 SFR 和用户 RAM ） 低128字节（OOH-7FH）的访问方式为直接和间接寻址方 X；高128字节（地址80H-FFH）只能使用间接寻址方式。SFR的地址也为80H-FFH,但只能使用直接寻址方式。也就是说,C52的高128B是用户RAM和SFR统一编制,共 享地址,通过指令的寻址方式不同来进行区分。对于数据存储器，分为内部数据存储器(IDATA/RAM)和外部
11、数据存储器(XDATA)两个部分， 但这两个存储器就不像code存储器那样共享地址空间的 了。一般的8051芯片，内部RAM只有128B,从0x00- 0x7F,而从0x80-0xFF则是SFR (CPU工作寄存器和各种 外设寄存器都在此)的区域。对于8052来说，内部RAM 有256B,所以0x80-0xFF是高128B的RAM在使用。可这 部分不是SFR专用的吗？是SFR专用，但注意，SFR的访 问只能使用“直接寻址方式”(使用特定的汇编指令来 实现)，区别就在这里。只有通过直接寻址访问的地址 才是SFR,否则就是普通的RAM。至于外扩的RAM (XDATA),地址也是从0x0000- O
12、xFFFF的，而且这里的0x0000和内部RAM的0x00是不 同的，是完全独立的两个空间。他们的访问方法也是不 同的。MCS-51使用MOVX指令，来读写XDATA区。而且， 访问XDATA区，是需要DPTR寄存器来辅助的。因为只有 DPTR才能装得下十六位的XDATA地址。所以说，MCS-51读写IDATA区的速度是最快的，而 且访问方法也是最多的。访问XDATA区的速度相对就要 慢很多。用P0 口作地址/数据复用总线，用P2 口的口线作高 位地址线，最多可以扩展开关电源模块64KB的存储器。 控制信号线包括：使用ALE作为地址锁存的选通信号， 以实现低8位地址的锁存；以PSEN信号作为扩
13、展程序存 储器的读选通信号；以EA信号作为内、外程序存储器的 选择信号；以EA和作为扩展数据存储器和I/O端口的 读、写选通信号。执行MOVX指令时，RD和WR信号分别 自动有效。片外数据存储器RAM的读和写由8051的 RD(P3.刀和WR(P3.6)信号控制，而片外程序存储器的输 出允许(0E)由读选通PSEN信号控制。尽管片外数据存储器和片外程序存储器共处同一地 址空间，但由于控制信号及使用的数据传送指令不同， 故不会发生总线冲突。图2数据扩展图由于现在以8051为内核的单片机几乎都带有内 部的FLASH程序存储器。如本设计中要用到的开关电源 模块AT89C51或AT89S51均自带4K
14、B的FLASH程序存储 器，有的单片机带有20KB甚至更大容量的程序存储器。 因此在单片机开发中，很少用专门的程序存储器芯片来 扩展外部程序存储器，通常也没有必要。寻址空间为什么会最大64KB程序存储？单片机的P0.0做为低位地址线，P2. 0作为高位地 址线的时候，就总共有16根地址线，也就是可以寻址 2的16次方地址，也就是65536(64K)地址。8位的单片机指的是数据总线的宽度，也就是说传输的数据最高 是8位宽度，和地址总线没关系的。8051的单片机P0 口 作为地址和数据总线复用，P2 口只能作为地址扩展接口 使用。别把这地址宽度和数据宽度这两个概念搞混了。时间：2021.03. 04创作：欧阳地