第2章 硬件基礎-存儲器結構課件

MCS-51單片機存儲器采用哈佛結構，ROM與RAM獨立設置。1.物理上可分為4個存儲器空間：片內ROM、片外ROM、片內RAM、片外RAM。2.邏輯上可分為3個地址空間：片內、片外統(tǒng)一編址的64KB的ROM，片內256B的RAM，片外64KB的RAM。3.在尋址方式上分成：直接尋址和間接尋址方式。4.對這3個不同的存儲器空間進行數據傳送時，必須分別采用3種不同形式的指令。2.4存儲器體系結構MCS-51單片機存儲器組織結構內部ROM4KBEA=1外部ROM4KBEA=0內部RAM128B0FFFH0000H0FFFH0000HFFFFH1000H外部RAM64KB特殊功能寄存器(21個SFR)外部ROM60KBFFH80H7FH00H程序存儲器地址空間數據存儲器地址空間FFFFH0000H（MOV指令操作域）（MOVX指令操作域）（MOVC指令操作域）2.4.1程序存儲器（ROM）1.作用：存放程序及運行中不變的信息。2.結構：物理上分片內、片外；邏輯上是一個連續(xù)的64k空間。片內ROM和外部擴展ROM是統(tǒng)一編址的。當芯片引腳EA為高電平時，8051的程序計數器PC在0000H~0FFFH（4KB）地址時從內部ROM取指令，超過4KB時，CPU自動轉向外部ROM的1FFFH執(zhí)行程序。如果EA為低電平（接地），則所有取指令操作均在外部ROM中進行，這時外部擴展的ROM從0000H開始編址。8031單片機無片內ROM，只能使用外部擴展ROM且從0000H開始編址，EA必須接低電平。單片機復位/中斷入口地址入口地址名稱0000H程序計數器PC地址0003H外部中斷INT0入口地址000BH定時、器T0溢出中斷入口地址0013H外部中斷INT1入口地址001BH定時/計數器T1溢出中斷入口地址0023H串行口接收/發(fā)送中斷入口地址002BH定時/計數器T2溢出中斷入口地址（僅52單片機有）3.控制引腳：讀外部ROM時，PSEN引腳有效，啟動片外ROM的讀操作。4.地址：64k連續(xù)地址，絕大多數地址空間平等，特殊情況如下：52.4.2數據存儲器（RAM）1.作用：用于存放運算中間結果，用作緩沖和數據暫存，以及設置特征標志等。2.結構：物理上、邏輯上分2個獨立的存儲空間，分別獨立尋址。（一）片外RAM:可擴展為64KB，與外設統(tǒng)一編制，多個地址平等。（二）片內RAM:256B.數據存儲器的空間結構128B特殊功能寄存器區(qū)數據緩沖區(qū)位尋址區(qū)(128位)工作寄存器區(qū)FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H128B80B16B32B片內RAM的結構0000HFFFFH64KB片外可擴展RAM區(qū)域訪問片外RAM的地址由DPTR給出片內RAM的訪問有多種尋址方式1.低128B。地址00~7FH，分3個區(qū)域。(1)工作寄存器區(qū)作用：存放經常變更的信息。結構：共4組，每組8個，用R0~R7表示，占用00~1FH空間。由RS0，RS1決定用哪一組。

2.4.2數據存儲器（RAM）（二）片內RAM工作寄存器區(qū)的結構FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H特殊功能寄存器區(qū)數據緩沖區(qū)位尋址區(qū)(128位)工作寄存器區(qū)76543210765432107654321076543210765432107654321076543210765432100號寄存器組1號寄存器組2號寄存器組3號寄存器組1FH18H17H10H0FH08H07H00H07H06H05H04H03H02H01H00HR7R6R5R4R3R2R1R0規(guī)定：每次只能使用一組寄存器使用哪一組寄存器是由PSW決定工作寄存器組0工作寄存器組1工作寄存器組2工作寄存器組3地址寄存器地址寄存器地址寄存器地址寄存器00HR008HR010HR018HR001HR109HR111HR119HR102HR20AHR212HR21AHR203HR30BHR313HR31BHR304HR40CHR414HR41CHR405HR50DHR515HR51DHR506HR60EHR616HR61EHR607HR70FHR717HR71FHR7工作寄存器的使用方法：①以寄存器的形式使用，用寄存器符號表示；

②以存儲單元的形式使用，以單元地址表示。工作寄存器區(qū)各寄存器對應的地址

(2)位尋址區(qū)范圍：20H~2FH字節(jié)，16個字節(jié)共128位，位編址為：00H~7FH，用戶可對它們進行位操作(置1，清0，取反等)。“位”的兩種表示方式：以位地址的形式，如位尋址區(qū)的最后一個位是7FH；以存儲單元地址加位的形式表示，如位尋址區(qū)的最后一個位表示為2FH.7。字節(jié)地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H2EH77H76H75H74H73H72H71H70H………………21H0FH0EH0DH0CH0BH0AH09H08H20H07H06H05H04H03H02H01H00H位尋址區(qū)的結構特殊功能寄存器區(qū)數據緩沖區(qū)位尋址區(qū)(128位)工作寄存器區(qū)FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H單元地址位地址D7D6D5D4D3D2D1D02FH7F7E7D7C7B7A79782EH77767574737271702DH6F6E6D6C6B6A69682CH67666564636261602BH5F5E5D5C5B5A59582AH575655545352515029H4F4E4D4C4B4A494828H474645444342414027H3F3E3D3C3B3A393826H373635343332313025H2F2E2D2C2B2A292824H272625242322212023H1F1E1D1C1B1A191822H171615141312111021H0F0E0D0C0B0A090820H0706050403020100

(3)數據緩沖區(qū)作用：存放一般變量，臨時數據，堆棧?？臻g：51子系列30H~7FH字節(jié)，共80個字節(jié)。一般把堆棧開辟在此區(qū)中。數據緩沖區(qū)特殊功能寄存器區(qū)數據緩沖區(qū)位尋址區(qū)(128位)工作寄存器區(qū)FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H“堆棧”及其概念是內存中（RAM）開辟的一個存儲區(qū)域；按照“先進后出”的原則進行存取，由堆棧指針SP給出棧頂位置；數據進棧時SP自動加1，給出本次進棧的地址；SP的復位值為07H，通常將堆棧設在“數據緩沖區(qū)”內部RAM低128單元的劃分工作寄存器組0位尋址區(qū)（位地址：00H~7FH）用戶RAM區(qū)（堆棧、數據緩沖）7FH30H2FH20H工作寄存器組3工作寄存器組2工作寄存器組11FH18H17H10H0FH08H07H00HR7R0R7R0R7R0R7R0………………………工作寄存器區(qū)（共32個字節(jié)單元，分為4組，每組8個8位寄存器，只能按字節(jié)尋址）用戶RAM區(qū)（共80個字節(jié)單元，只能按字節(jié)尋址）位尋址區(qū)（共16個字節(jié)單元，128個位，可按位尋址，也可按字節(jié)尋址）

(4)特殊功能寄存器區(qū)(SFR)作用：保存CPU寄存器或偏內外設端口。組織：片內RAM高128B（80H~FFH），分布21/26個。特殊功能寄存器區(qū)的結構SFR一覽表（見教材P.19）

除程序計數器PC外，51單片機的18個專用寄存器均列在此表中，其中有3個為雙字節(jié)寄存器，共占有21個字節(jié)。字節(jié)地址末位為0H或8H的為“可位尋址的寄存器”特殊功能寄存器區(qū)數據緩沖區(qū)位尋址區(qū)(128位)工作寄存器區(qū)FFH80H7FH30H2FH20H1FH00H17

PC（程序計數器）PC是一個16位的寄存器，用來存放下一條要執(zhí)行的指令地址，它控制著程序的運行軌跡。PC可自加1，自修改，沒有地址，不可訪問。復位時，PC自動裝入0000H，使程序從0000H單元開始執(zhí)行。ACC或A（累加器）8位寄存器，它是CPU中使用最頻繁的寄存器。存放被操作數和中間結果。

B寄存器主要用在乘除運算中，也可作為通用寄存器使用。18

PSW（程序狀態(tài)字）PSW是一個8位的標志寄存器，它保存指令執(zhí)行結果的特征信息，以供程序查詢和判別。CY（PSW.7）——進位標志位AC（PSW.6）——輔助進位（或稱半進位）標志F0（PSW.5）——由用戶定義的標志位。復位時該位為“0”RS1和RS0（PSW.4和PSW.3）——工作寄存器組選擇位OV（PSW.2）

——溢出標志位。由硬件置位或清零。

PSW.1

——未定義位

P（PSW.0）

——奇偶標志位（A中1的個數：偶0，奇1）19

DPTR（數據指針）16位特殊功能寄存器，也可作為兩個8位寄存器，高8位用DPH表示，低8位用DPL表示。它是MCS-51中唯一一個供用戶使用的16位寄存器。功能：在訪問外部RAM時作地址指針使用。在變址尋址方式中，用作基址寄存器，用于對ROM的訪問。堆棧指針SP是8位的特殊功能寄存器，可指向片內RAM128字節(jié)（00H~7FH）的任何單元。堆棧的兩種操作（進棧和出棧）都是對棧頂單元進行的。SP用來指示棧頂，SP的內容就是堆棧棧頂的存儲單元地址。系統(tǒng)復位后，SP的內容為07H，但由于堆棧一般在內部RAM的30H~7FH單元中開辟，所以在程序設計時應注意把SP值初始化為30H以后，以免堆棧占用工作寄存器區(qū)和位尋址區(qū)。SP的內容一經確定，堆棧的位置也就跟著確定下來，由于SP可初始化為不同值，因此堆棧位置是浮動的。

堆棧指針（SP）

堆棧類型向上生長型堆棧：棧底在低地址單元。

操作規(guī)則： 進棧操作：先SP加1，后寫入數據 出棧操作：先讀出數據，后SP減1向下生長型堆棧：棧底在高地址單元。

操作規(guī)則： 進棧操作：先SP減1，后寫入數據 出棧操作：先讀出數據，后SP加1MCS-51的堆棧屬于向上生長型棧底棧底SP←SP+1SP進棧出棧出棧進棧SPSP←SP-1作用：時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號,

時鐘頻率直接影響單片機的速度。

組成：時鐘電路由振蕩器和分頻器組成，振蕩器產生基本的振蕩信號。震蕩電路有內部震蕩和外部震蕩。

80C51的時鐘振蕩電路2.5時鐘電路

振蕩器的頻率主要取決于晶體，電容有微調作用。晶體的振蕩頻率范圍通常是1.2~12MHz,電容C1、C2一般取30pF。晶體振蕩頻率越高，系統(tǒng)的時鐘頻率越高，單片機運行速度越快。某些高速單片機芯片的時鐘頻率已達40MHz

分頻電路振蕩電路產生的振蕩信號并不直接為單片機所用，而要進行分頻，以得到單片機各種相關的時鐘信號。時鐘頻率為振蕩頻率的2分頻，ALE信號頻率為振蕩頻率的6分頻，機器頻率為振蕩頻率的12分頻。當振蕩脈沖頻率為12MHz時，一個機器周期為1ms；當振蕩脈沖頻率為6MHz時，一個機器周期為2ms。1.內部振蕩方式

由內部的高增益反向放大器結合片外晶體諧振器構成振蕩器。2.外部振蕩方式

不用片內放大器，完全由片外電路產生時鐘信號，引入單片機。2.6指令時序

時序：以時鐘脈沖為基本單位，控制器按照時間順序控制計算機工作。時序定時單位有4個：振蕩周期、狀態(tài)周期、機器周期、指令周期。

時序定時單位振蕩周期（節(jié)拍P）：晶體振蕩器的振蕩周期，最基本的節(jié)拍；時鐘周期（狀態(tài)S）：兩個振蕩周期為一個時鐘周期。一個狀態(tài)包含兩個節(jié)拍，前半周期對應的節(jié)拍叫P1，后半周期對應的節(jié)拍叫P2。機器周期：一個機器周期的寬度為6個狀態(tài)周期，在一個機器周期中，CPU可以完成某種規(guī)定的操作。

MCS-51單片機每12個時鐘周期為一個機器周期.若時鐘的晶體的振蕩頻率為fosc，則時鐘周期Tcy=12/fosc如:

fosc=12MHz，Tcy=1

μs一個機器周期又分為6個狀態(tài)（時鐘周期）：S1～S6。每個狀態(tài)又分為兩拍（振蕩周期）：P1和P2。因此，一個機器周期中的12個時鐘周期表示為：S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、…、S6P2。指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間，它以機器周期為單位，是最大的時序定時單位。MCS-51的指令周期根據指令的不同，可包含有1、2、4個機器周期。執(zhí)行一條指令時，可分為取指令階段和