1、第三章第三章 MCS-51系列單片機存儲器系列單片機存儲器3.1 MCS-51系列單片機系統的存儲器配置系列單片機系統的存儲器配置 8051的存儲器有4個不同的邏輯空間，即內部程序存儲器、內部數據存儲器、外部程序存儲器、外部數據存儲器。它們分別由不同的指令和尋址方式訪問，對外部的兩個邏輯空間還使用不同的讀控制信號。MCS-51系列單片機8051的存儲器配置 圖見下頁 0FFFH 0000H 外 部 程 序 存 EA=0 儲 器 內部程序 存儲器 EA =1 FFFFH 1000H 0FFFH 0000H 程序存儲器的配置 8031 無片內存儲器 FFH 外 部 數 據 存 儲 器 特殊功能 寄

2、存器 內部數據 存儲器 FFFFH 0000H 數據存儲器的配置 80H 7FH 00H 007FH 0080H 00FFH 0100H 3.2 內部存儲器和特殊功能寄存器內部存儲器和特殊功能寄存器 3.2.1 內部程序存儲器內部程序存儲器 8051/8751內部有4KB ROM/EPROM程序存儲器，地址為0000H0FFFH。當接高電平時，使程序從內部ROM/EPROM開始運行，當PC值超過OFFFH時，自動轉到外部程序存儲區1000HFFFFH去執行程序。 3.2.2 內部數據存儲器內部數據存儲器 8031/8051/8751單片機內有128字節的數據存儲區，字節地址為00H7FH，與外

3、部數據存儲器低端128字節地址相同，但訪問它們的指令不同，訪問內部數據存儲器用MOV指令，訪問外部數據存儲器用MOVX指令。內部這128個字節的SRAM又分為三個區域，即工作寄存器區、位尋址區和數據緩存區。內部數據存儲器 見下頁。 數 據 緩 沖 區 位 尋 址 區 （ 位 地 址 為 00H 7FH ） 3 區 2 區 1 區 0 區 7FH 30H 2FH 20H 1FH 18H 17H 10H 0FH 08H 07H 00H 80 個 字 節 為 數 據 緩 沖 區 （ 含 堆 棧 ） 16 個 字 節 為 位 尋 址 區 32 個 字 節 為 四 個 工 作 寄 存 器 區 圖 3.2

4、 內 部 數 據 存 儲 器 （1）工作寄存器區：）工作寄存器區：00H1FH為4個工作寄存器區，每區8個單元，分別稱為R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，且4個區的工作寄存器同名。實際上，它們都是通用的數據寄存器，可用于寄存器地址和數據，其中R0、R1還可作為間接尋址寄存器使用。當程序中需使用工作寄存器時，必須先指出它們是哪一個區的，這是由特殊功能寄存器PSW中的RS1和RS0兩位來選擇的。（2）位尋址區：）位尋址區：20H2FH這16個字節的每一位都可以單獨進行操作，每一位有一個地址，稱為位地址，例如20H單元的位地址為00H07H。共有128個位地址。（3）數據緩沖區：）數據

5、緩沖區：30H3FH這80個字節為一般的數據緩沖區，但通常將堆棧區放在這個空間。由于復位后堆棧指針自動指向07H（即工作寄存器區），故在程序開始需要用指令將SP設置在30H以后。 8051單片機內部地址80HFFH空間有21個專用寄存器，見表3-1所示（書上25頁），也稱為特殊功能寄存器SFR。其中有11個可以位尋址，如圖3-3所示（書上26頁） 。圖中有7個控制寄存器，各位功能見表3-2所示（書上27頁） 。表中PCON、TMOD不可位尋址。1程序計數器程序計數器PC程序計數器PC用于存放下一條要執行指令的地址（PC總是指向程序存儲器地址），是一16位專用寄存器，尋址范圍64K字節，PC在物

6、理結構上是獨立的，不屬于特殊功能寄存器SFR塊。3.2.3 特殊功能寄存器特殊功能寄存器2累加器累加器A累加器A是一個最常用的專用寄存器，系統運轉時工作最頻繁，大部分單操作數指令的操作數取自累加器A，很多雙操作數指令的一個操作數取自A；加、減、乘、除算術運算以及邏輯操作指令的結果都存放在累加器A或AB寄存器中；輸入/輸出大多數指令都以累加器A為核心操作。指令系統中采用A作累加器的助記符。3寄存器寄存器B它是一個8位寄存器。一般用于乘除法指令，與累加器A配合使用。寄存器B存放第二操作數、 乘積的高位字節或除法的余數部分。在其他指令中，可作為中間結果的暫存器使用，相當于RAM中的一個特殊單元。 程

7、序狀態字是一個8位寄存器，用來存放程序的狀態信息，表征指令的執行狀態，供程序查詢和辨別之用。其PSW格式如下： CYACF0RS1RS0OVP（1）CY：（PSW.7）進/借位標志 在執行加/減法指令時，如果操作結果D7位有進/借位，CY置“1”，否則清“0”。在布爾處理機中被定義為布爾（位）累加器（或稱位累加器）。（2）AC：（PSW.6）輔助進位標志或稱為半進位標志 當進行加法操作而產生由低4位數（十進數的1位數）向高4位數進位時，AC將被硬件置“1”，否則被清“0”。AC被用于BCD碼加法調整，詳見DA指令。4程序狀態字程序狀態字PSW（3）F0：（PSW.5）用戶標志0 由用戶定義的一

8、個狀態標志?？梢杂密浖硎顾谩?”或清“0”，也可以由軟件測試F0來控制程序流向。（4）RS1、RS0：（PSW.4、PSW.3）工作寄存器區選擇控制位 可由軟件來改變RS1和RS0的組合以確定當前工作寄存器區，詳見表3-3所示。（5）P：（PSW.0）奇偶標志 每個指令周期都由硬件來置位或清零，以表示累加器A中值為“1”的位數的奇偶性。若P=1，則A中“1”的位數為奇數，否則P=0。（6）OV: （PSW.2 ）溢出標志用于補碼運算，以指示溢出狀態。當執行加法指令時，若以Ci表示i位向位i+1有進位，則OV=C6 C7即當位6向位7有進位，而位7不向CY進位時；或位6不向位7進位，而位7向

9、CY進位時，溢出標志OV被置“1”，否則被清“0”。同樣，若以Ci表示減法運算時，位i向位i+1有借位，則執行減法指令SUBB時， OV=C6 C7 無符號數乘法指令MUL的執行結果也會影響溢出標志； 除法指令DIV也會影響溢出標志，當除數為0時，OV=1，否則OV=0。 5堆棧指針堆棧指針SP 它是一個8位寄存器，用來存放棧頂地址。 MCS-51堆棧設在內部RAM中，是一個按“先進后出”順序，受SP管理的存儲區域。在程序中斷，子程序調用等情況下，用于存放一些特殊信息（亦可作數據傳送的中轉站）。當數據壓入堆棧時，SP就自動加“1”；當數據從堆棧中彈出時，SP就自動減“1”。因而SP指針始終指向

10、棧頂。 MCS-51堆棧最大深度為128個字節，系統復位時硬件使SP=07H。 6數據指針數據指針DPTR 是一16位專用寄存器，其高字節寄存器用DPH表示，低字節寄存器用DPL表示。既可作為16位寄存器（DPTR）使用，又可作為兩個獨立的8位寄存器（DPH、DPL）來使用。DPTR主要用來保持16位地址，當對64KB外部數據存儲器RAM（或I/O口）空間尋址時，作間址寄存器用，指向外部數據存儲器地址。 7I/O端口端口P0P3 專用寄存器P0、P1、P2和P3分別是I/O端口P0P3的鎖存器。 8串行數據緩沖器串行數據緩沖器SBUF 串行數據緩沖器SBUF用于存放欲發送或已接受的數據。它由兩

11、個獨立的寄存器組成，一個是發送緩沖器，一個是接受緩沖器（兩個緩沖器共用一個地址）。 9定時器定時器/計數器計數器 MCS-51子系列中有兩個16位定時器/計數器T0和T1，MCS-52子系列增加了一個16位定時器/計數器T2。它們各由兩個獨立的8位寄存器組成，共分為6個獨立的寄存器；TH0、TL0，TH1、TL1，TH2和TL2。可以對這6個寄存器尋址，但不可把T0、T1和T2當作一個16位寄存器來對待。10其他控制寄存器其他控制寄存器 IP、IE、TMOD、TCON、T2CON、SCON和PCON寄存器分別包括有中斷系統、定時器/計數器、串行口和供電方式的控制和狀態位，這些寄存器將在有關章節

12、中一一介紹。 3.3 MCS-51系列單片機外部存儲器及其擴展系列單片機外部存儲器及其擴展 1半導體存儲器的分類半導體存儲器的分類 半導體存儲器可分為只讀存儲器和讀寫存儲器兩大類3.3.1 常用半導體存儲器芯片常用半導體存儲器芯片 半導體存儲器 讀寫存儲器RAM 只讀存儲器ROM 新型存儲器 靜態RAM：SRAM，不需刷新 動態RAM：DRAM，需要刷新 掉電后信息丟失 掩膜ROM：MROM，廠家寫入，不可更改 可編程ROM：PROM，用戶可一次寫入，不可更改 紫外線可擦除可編程ROM：EPROM，用戶可擦除后重寫 電可擦除可編程ROM：EEPROM，用戶可擦除后重寫 掉電后不會丟失信息 快速

13、電可擦除可編程ROM：FLASH-ROM 非易失性RAM：NVRAM，SRAM與EEPROM的共同體 比ROM的讀寫速度快，且掉電后信息不丟失 圖3.4 半導體存儲器的分類 2單片機系統中常用的典型半導體存儲器芯片介紹單片機系統中常用的典型半導體存儲器芯片介紹 （1）EPROM芯片： EPROM芯片有許多系列，這里介紹一種常用的系列27。這個系列的EPROM存儲器芯片有2716、2732、2764、27128、27256、27512、27010、27020、27040，它們的存儲器容量分別是2K8、4K8、8K8、32K8、64K8、128K8、256K8、512K8。它們的引腳功能列于表3-

14、4。圖3-5給出了2764的引腳圖 123456ABCD654321DCBATitleNum berR evisionSizeBDate:21-Jul-2004Sheet of File:C :Docum ents and Settingsyyc桌 面 protel圖 片 7.21yao524.ddbDrawn B y:2764D3D4D5D6D7CEA10OEA11A9A8NCPGMVppA12A5A2VccA6A0A1A3A7A4123456789101112131415161718192021222324252627282764的引腳圖D1D2GNDD0（2）SRAM芯片： HM6116

15、是存儲容量為2K8的高速靜態CMOS可讀寫半導體存儲器集成電路。其引腳圖如圖所示 ： 1 24 2 23 3 22 4 21 5 20 6 19 7 18 8 17 9 16 10 15 11 14 12 13 圖 3.6 6116 引 腳 圖 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 地 VC C A8 A9 W E O E A1 0 C E D7 D6 D5 D4 D3 6116 （3）E2PROM芯片：電可擦除可編程只讀存儲器芯片：電可擦除可編程只讀存儲器E2PROM E2PROM是電可擦除可編程的半導體存儲器，比EPROM在使用上要方便得多，它具有RAM的在線隨

16、機讀寫性能，掉電后信息不丟失。+5V供電下即可進行編程，而且對編程脈沖寬度一般沒有特殊要求，不需專門的編程器和擦除器，是一種特殊的可讀寫存儲器。E2PROM 2864的引腳圖如圖 1 2 8 2 2 7 3 2 6 4 2 5 5 2 4 6 2 3 7 2 2 8 2 1 9 2 0 1 0 1 9 1 1 1 8 1 2 1 7 1 3 1 6 1 4 1 5 圖3 .8 E2P R O M 2 8 6 4 電 路 引 腳 圖 2 8 6 4 E2P R O M R D Y /B U S Y A1 2 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 I/O0 I/O1 I/O2 G N D

17、 VC C W E N C A8 A9 A1 1 O E A1 0 C E I/O7 I/O6 I/O5 I/O4 I/O3 3.3.2 MCS-51系列單片機外部存儲器擴展設計系列單片機外部存儲器擴展設計 1 1程序存儲器擴展設計程序存儲器擴展設計（1 1）單片程序存儲器擴展）單片程序存儲器擴展 數據線的連接：2764的數據線直接與單片機的數據線對應相接。 控制線的連接：由于是單片存儲器擴展，所以其CE可直接接地。特別要注意的是，MCS-51系列單片機讀外部程序存儲器的控制信號為專用信號PSEN，所以一定要將程序存儲器的讀信號OE接PSEN引腳，而不能接RD。 電源線等的連接：在讀方式下，編

18、程電壓VPP和編程脈沖PGM以及空腳都與工作電源引腳VCC一起接至“+5V”。地址線的連接：由于MCS-51系列單片機的數據線與低8位地址線分時復用，所以P0口輸出的信息經74LS373鎖存后才是低8位地址線，與2764的低8位地址線對應相接，高5位地址與單片機P2口輸出的地址線A8A12（P2.0P2.4）對應相接。 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 A B C E1 E 2 E3 Y7 GND VCC Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 74LS138 輸 入 輸 出 使 能 選 擇 E3 E2 E1 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y

19、4 Y5 Y6 Y7 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 74LS138 引腳圖

20、及功能表 3 0 2 9 1 8 1 7 1 4 1 1 8 7 4 3 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 2 2 3 2 1 2 4 2 5 1 2 7 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 3 4 5 6 7 8 9 1 0 8 D 8 Q 7 D 7 Q 6 D 6 Q 5 D 5 Q 4 D 4 Q 3 D 3 Q 2 D 2 Q 1 D 1 Q G O E G N D VC C 7 4 L S 3 7 3 P0 .7 P0 .6 P0 .5 P0 .4 P0 .3 P0 .2 P0 .1 P0 .0 8 0 3 1 E A 3 1 A L E P S

21、E N P2 .3 P2 .2 P2 .1 P2 .0 P2 .4 1 9 1 6 1 5 1 2 9 6 5 2 A1 1 A1 0 A9 A8 A1 2 VC C P G M VP P N C 2 8 + 5 V 2 7 6 4 E P R O M （ 8 K 8 ） + 5 V 2 0 1 0 1 1 1 A7 A 6 A 5 A 4 A 3 A 2 A 1 A 0 D7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 2 2 1 9 1 8 1 7 1 6 1 5 1 3 1 2 1 1 O E C E G N D 2 0 1 4 圖3-9 2764與8031的連接圖 （2）多

22、片程序存儲器擴展設計）多片程序存儲器擴展設計 書上39頁圖3-10是8031系統中擴展3片2764的連接圖，圖中對3片2764的選址采用完全譯碼法。除片選信號CE外，其他引腳的連接與單片存儲器擴展時相同。 3片2764的片選信號CE分別連接譯碼器74LS138的Y0、Y1和Y2，圖3-10中同時給出了74LS138的引腳圖及功能表。由連接方式計算出它們的尋址空間分別為：0000H1FFFH、2000H3FFFH和4000H5FFFH，并且尋址空間唯一確定。2數據存儲器擴展設計（單片數據存儲器擴展設計）數據存儲器擴展設計（單片數據存儲器擴展設計）書上40頁圖3-11所示為8051系統中使用1片H

23、M6116的硬件連接。1234ABCD4321DCBA74LS55結構圖1234567891011121314AGNDNCNCDCBYNCEFGHVcc74LS393結構圖1234567891011121314AGNDNCNCDCBYNCEFGHVccACLRQDQCQBQAACLRQDQCQBQAA8A9A10A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7+5V8031擴展2K ROM連接圖D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719E1G11GND10Vcc2

24、0U274LS373A08A17A26A35A44A53A62A71A823A922A1019CE18OE20WE21D09D110D211D313D414D515D616D717Vss12Vcc24U36116EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSE

25、N29ALE/P30TXD11RXD10Vss20Vcc40U18031+5V+5V+5V+5V2 2數據存儲器擴展設計數據存儲器擴展設計（單片數據存儲器擴展設計）（單片數據存儲器擴展設計） 片選信號CE接單片機P2.7，即最高位地址A15，這在存儲器選址方式中屬于線選法。而地址線A14、A13、A12、A11未使用，因此HM6116的尋址空間不能唯一確定，而是占用64K數據存儲空間的前32K。也就是說將前32K空間分成了16個2K的空間，這32K中的任意一個地址都對應HM6116的某一個單元。計算出16個2K的空間分別為：0000H07FFH、0800H0FFFH、1000H17FFH、18

26、00H1FFFH2000H27FFH、2800H2FFFH、3000H37FFH、3800H3FFFH4000H47FFH、4800H4FFFH、5000H57FFH、5800H5FFFH6000H67FFH、6800H6FFFH、7000H77FFH、7800H7FFFH 讀信號OE接RD單片機。在MCS-51系列單片機中外部程序存儲器的讀信號用PSEN，外部數據存儲器和擴展的I/O接口的讀信號用RD。 寫信號WE接WR單片機。多片數據存儲器擴展設計多片數據存儲器擴展設計 EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1.01

27、P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10Vss20Vcc40U18031DI01DO019DI12DO118DI23DO217DI34DO316DI45DO415DI56DO514DI67DO613DI78DO712OE9STB11Vcc20GND108282A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719CE18Vss12Vcc6264A8A9A10A11A12A