單片機 第3章

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(tǒng)的存儲器配置系列單片機系統(tǒng)的存儲器配置 8051的存儲器有4個不同的邏輯空間，即內(nèi)部程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、外部程序存儲器、外部數(shù)據(jù)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(nèi)部程序 存儲器 EA =1 FFFFH 1000H 0FFFH 0000H 程序存儲器的配置 8031 無片內(nèi)存儲器 FFH 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 特殊功能 寄

2、存器 內(nèi)部數(shù)據(jù) 存儲器 FFFFH 0000H 數(shù)據(jù)存儲器的配置 80H 7FH 00H 007FH 0080H 00FFH 0100H 3.2 內(nèi)部存儲器和特殊功能寄存器內(nèi)部存儲器和特殊功能寄存器 3.2.1 內(nèi)部程序存儲器內(nèi)部程序存儲器 8051/8751內(nèi)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(nèi)部ROM/EPROM開始運行，當PC值超過OFFFH時，自動轉(zhuǎn)到外部程序存儲區(qū)1000HFFFFH去執(zhí)行程序。 3.2.2 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器 8031/8051/8751單片機內(nèi)有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，字節(jié)地址為00H7FH，與外

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

4、寄存器區(qū)：）工作寄存器區(qū)：00H1FH為4個工作寄存器區(qū)，每區(qū)8個單元，分別稱為R0、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，且4個區(qū)的工作寄存器同名。實際上，它們都是通用的數(shù)據(jù)寄存器，可用于寄存器地址和數(shù)據(jù)，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(qū)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(qū)：）位尋址區(qū)：20H2FH這16個字節(jié)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(shù)據(jù)緩沖區(qū)：）數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：30H3FH這80個字節(jié)為一般的

5、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，但通常將堆棧區(qū)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(qū)），故在程序開始需要用指令將SP設(shè)置在30H以后。 8051單片機內(nèi)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(shù)器程序計數(shù)器PC程序計數(shù)器PC用于存放下一條要執(zhí)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(jié)，PC在物理結(jié)構(gòu)上是獨立的，不屬于特殊功能寄存器S

6、FR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(tǒng)運轉(zhuǎn)時工作最頻繁，大部分單操作數(shù)指令的操作數(shù)取自累加器A，很多雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自A；加、減、乘、除算術(shù)運算以及邏輯操作指令的結(jié)果都存放在累加器A或AB寄存器中；輸入/輸出大多數(shù)指令都以累加器A為核心操作。指令系統(tǒng)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(shù)、 乘積的高位字節(jié)或除法的余數(shù)部分。在其他指令中，可作為中間結(jié)果的暫存器使用，相當于RAM中的一個特殊單元。 程序狀態(tài)字是一個8位寄存器，用來存放程序的

7、狀態(tài)信息，表征指令的執(zhí)行狀態(tài)，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(zhí)行加/減法指令時，如果操作結(jié)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(chǎn)生由低4位數(shù)（十進數(shù)的1位數(shù)）向高4位數(shù)進位時，AC將被硬件置“1”，否則被清“0”。AC被用于BCD碼加法調(diào)整，詳見DA指令。4程序狀態(tài)字程序狀態(tài)字PSW（3）F0：（PSW.5）用戶標志0 由用戶定義的一個狀態(tài)標志。可以用軟件來使它置“1”或清

8、“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(qū)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(qū)，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(shù)的奇偶性。若P=1，則A中“1”的位數(shù)為奇數(shù)，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(tài)。當執(zhí)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CY進位時，溢出標志OV被置“1”，否則

9、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(zhí)行減法指令SUBB時， OV=C6 C7 無符號數(shù)乘法指令MUL的執(zhí)行結(jié)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(shù)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?shù)刂贰?MCS-51堆棧設(shè)在內(nèi)部RAM中，是一個按“先進后出”順序，受SP管理的存儲區(qū)域。在程序中斷，子程序調(diào)用等情況下，用于存放一些特殊信息（亦可作數(shù)據(jù)傳送的中轉(zhuǎn)站）。當數(shù)據(jù)壓入堆棧時，SP就自動加“1”；當數(shù)據(jù)從堆棧中彈出時，SP就自動減“1”。因而SP指針始終指向棧頂。 MCS-51堆棧最大深度為128

10、個字節(jié)，系統(tǒng)復位時硬件使SP=07H。 6數(shù)據(jù)指針數(shù)據(jù)指針DPTR 是一16位專用寄存器，其高字節(jié)寄存器用DPH表示，低字節(jié)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)緩沖器串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF 串行數(shù)據(jù)緩沖器SBUF用于存放欲發(fā)送或已接受的數(shù)據(jù)。它由兩個獨立的寄存器組成，一個是發(fā)送緩沖器，一

11、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(shù)器計數(shù)器 MCS-51子系列中有兩個16位定時器/計數(shù)器T0和T1，MCS-52子系列增加了一個16位定時器/計數(shù)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?？梢詫@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(tǒng)、定時器/計數(shù)器、串行口和供電方式的控制和狀態(tài)位，這些寄存器將在有關(guān)章節(jié)中一一介紹。 3.3 MCS-51系列單

12、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(tài)RAM ： SRAM ， 不 需 刷 新 動 態(tài)RAM ： DRAM ， 需 要 刷 新 掉 電 后 信 息 丟 失 掩 膜ROM ： M ROM ， 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

13、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 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 2單片機系統(tǒng)中常用的典型半導體存儲器芯片介紹單片機系統(tǒng)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2

14、716、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3-4。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:2764D3D4D5D6D7CEA10OEA11A9

15、A8NCPGMVppA12A5A2VccA6A0A1A3A7A4123456789101112131415161718192021222324252627282764的引腳圖D1D2GNDD0（2）SRAM芯片： HM6116是存儲容量為2K8的高速靜態(tài)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 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D0 D1 D2 地 VCC A8 A9 WE OE A10 CE D7 D6 D5 D4 D3 6116 （3）

16、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 28 2 27 3 26 4 25 5 24 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 2864 E2P R O M R D Y /B U S Y A12 A7 A6 A5 A

17、4 A3 A2 A1 A0 I/O0 I/O1 I/O2 G N D VC C W E N C A8 A9 A11 O E A10 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(shè)計系列單片機外部存儲器擴展設(shè)計 1 1程序存儲器擴展設(shè)計程序存儲器擴展設(shè)計（1 1）單片程序存儲器擴展）單片程序存儲器擴展 數(shù)據(jù)線的連接：2764的數(shù)據(jù)線直接與單片機的數(shù)據(jù)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O

18、E接PSEN引腳，而不能接RD。 電源線等的連接：在讀方式下，編程電壓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(shù)據(jù)線與低8位地址線分時復用，所以P0口輸出的信息經(jīng)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

19、選 擇 E3 E2 E1 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 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

20、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 74LS138 引腳圖及功能表 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

21、P0 .0 8 0 3 1 E A 3 1 A L E P S 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

22、 2 0 1 4 圖3-9 2764與8031的連接圖 （2）多片程序存儲器擴展設(shè)計）多片程序存儲器擴展設(shè)計 書上39頁圖3-10是8031系統(tǒng)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(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計（單片數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計）數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計（單片數(shù)據(jù)存

23、儲器擴展設(shè)計）書上40頁圖3-11所示為8051系統(tǒng)中使用1片HM6116的硬件連接。1234ABCD4321DCBA74LS55結(jié)構(gòu)圖1234567891011121314AGNDNCNCDCBYNCEFGHVcc74LS393結(jié)構(gòu)圖1234567891011121314AGNDNCNCDCBYNCEFGHVccACLRQDQCQBQAACLRQDQCQBQAA8A9A10A0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A0A1A2A3A4A5A6A7A0A1A2A3A4A5A6A7+5V8031擴展2K ROM連接圖D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q5

24、15D617Q616D718Q719E1G11GND10Vcc20U274LS373A08A17A26A35A44A53A62A71A823A922A1019CE18OE20WE21D09D110D211D313D414D515D616D717Vss12Vcc24U36116EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P

25、2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10Vss20Vcc40U18031+5V+5V+5V+5V2 2數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計（單片數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計）（單片數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)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(shù)據(jù)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：000

26、0H07FFH、0800H0FFFH、1000H17FFH、1800H1FFFH2000H27FFH、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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計多片數(shù)據(jù)存儲器擴展設(shè)計 EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9R

27、D17WR16INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10Vss20Vcc40U18031DI01DO019DI12DO118DI23DO217DI34DO316DI45DO415DI56DO514DI67DO613DI78DO712OE9STB11Vcc20GND108282A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A1021A1123A122WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719CE18Vss12Vcc6264A8A9A10A11A