細(xì)說MCS-51單片機的物理存儲空間

我們在學(xué)習(xí)傳統(tǒng)的MCS-51單片機的時候，一定學(xué)習(xí)過51單片機的存儲結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的MCS-51存儲器有三個空間，分別是片內(nèi)RAM(內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器)、片外RAM(外部擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲器) 和 ROM(內(nèi)部或者外部程序存儲器)。按照具體數(shù)據(jù)的物理存儲空間來說，MCS-51單片機在有四個物理存儲空間，它們分別是：片內(nèi)程序存儲器(片內(nèi)ROM)、片外程序存儲器(片外ROM)、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器(片內(nèi)RAM)、片外數(shù)據(jù)存儲器(片外RAM)。

1 片內(nèi)RAM空間

上述的這四種物理存儲空間中，最早的8031單片機，只有數(shù)據(jù)存儲器即內(nèi)部RAM是標(biāo)配的，其他都需要外擴(kuò)，而到來的8051兼容機中，內(nèi)部的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)和內(nèi)部的程序存儲器(ROM)都成了標(biāo)配。只不過更加不同型號，RAM和ROM的大小有些許區(qū)別。那么，在那個存儲器貴如金的年代，為何還要將RAM作為標(biāo)配?而且這個還是價格非常昂貴的靜態(tài)RAM。這是因為，哈佛結(jié)構(gòu)的計算機，存儲器是整個計算體系的核心，你可以發(fā)現(xiàn)，51單片機外設(shè)相關(guān)的存儲器，它們都被編入數(shù)據(jù)存儲器(RAM)的地址。如圖1所示。

圖1 MCS-51單片機內(nèi)部256字節(jié)RAM存儲分布

由圖1中，我們可以發(fā)現(xiàn)，MCS-51單片機的地址范圍是00H到7FH (52系列延伸到FFH)，為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個單元地址。這些地址被分成4個功能區(qū)：

地址00H~1FH，共32字節(jié)，分成四個工作寄存器區(qū)，每區(qū)有寄存器 R0~R7。此存儲區(qū)如果需要使用寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲，則可以直接使用寄存器尋址。如“MOV A，R0”。

地址20H-2FH，共16字節(jié)，是位尋址區(qū)，共有128個“位”，位地址：00~7FH。此區(qū)域的變量，也可按照字節(jié)尋址，來讀寫。如，我們將20H地址的第0位(0或者1)移入程序狀態(tài)字(PSW)的進(jìn)位標(biāo)志位(C)，則可以：“MOV C, 20H.0”。

地址30H-7FH，這個區(qū)域內(nèi)的內(nèi)存空間，主要是存放用戶編寫程序時產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)，這塊區(qū)域內(nèi)的尋址方式都為間接尋址，而且只能按照字節(jié)單位進(jìn)行尋址。如果使用C語言要訪問內(nèi)部存儲區(qū)，那么你所定義的指針只能指向這一片地址。

地址80H-FFH，此區(qū)域為特殊功能寄存器區(qū)(SFR)，共有128個地址，其中離散的分布著21個特殊功能寄存器，必須直接尋址才能讀寫。另外，部分地址可以被8整除的特殊功能寄存器，也可以支持位尋址。(52系列，在此范圍，還有128字節(jié)的 RAM，必須間接尋址才能讀寫)。

注意，在51單片機的內(nèi)部RAM中進(jìn)行編程的時候，必須使用MOV指令進(jìn)片內(nèi)RAM的讀寫。

2 外部RAM擴(kuò)展

除了內(nèi)部RAM的這些存儲空間，MCS-51單片機也支持外部RAM的擴(kuò)展。普通51單片機最大可以片外擴(kuò)展64K字節(jié)空間的RAM，其地址范圍為0000H~FFFFFH，我們可以使用標(biāo)準(zhǔn)MCS-51單片機的P0口和P2口對RAM進(jìn)行擴(kuò)展。其擴(kuò)展電路如圖2所示。

圖2 外部RAM擴(kuò)展

片外RAM地址的最大范圍是0000H到FFFFH，即最大容量為64KB。對片外RAM讀寫，必須使用 MOVX 指令。對片外RAM采用間接尋址方式，R0、R1和DPTR都可以做為間接尋址寄存器，R0、R1是8位的寄存器，即R0、R1的尋址范圍最大為256個單元，而DPTR是16位地址指針，尋址范圍就可達(dá)到64KB。也就是說在尋址片外RAM時，尋址范圍超過了256B，就不能用R0、R1做為間接尋址寄存器，而必須用DPTR寄存器做為間接尋址寄存器。

3 片外ROM擴(kuò)展

除了RAM可以擴(kuò)展之外，51單片機還支持外部程序存儲器的擴(kuò)展，此時做外ROM擴(kuò)展的時候，需要使用到PSEN引腳去做芯片的選通。PSEN(非)為外部程序存儲器讀選通信號，在讀外部ROM時PSEN(非)低電平有效，以實現(xiàn)外部ROM單元的讀操作，全拼為Program Store Enable。外部ROM的擴(kuò)展電路如圖3所示。

圖3 MCS-51單片機外部ROM擴(kuò)展

ROM的地址范圍是0000H到FFFFH，容量即為64KB，地址長度16位，作用是 存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。其中4K地址(0000~0FFFH)的空間保留在了在片內(nèi)，剩余的其它地址被用作片外ROM的地址，因此如果要擴(kuò)展片外ROM，則其地址范圍最大為(0x1000~0xffff)。當(dāng)引腳EA為高電平時，則尋址內(nèi)部ROM，當(dāng)EA為低電平時，則尋址外部ROM。如果單片機想要讀取ROM中的數(shù)據(jù)，必須使用 MOVC 指令。