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MCS-51单片机存储器结构 Sunday, June 01, 2008 12:31MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：
1。片上程序存储器
2。片外程序存储器
3。片上数据存储器
4。片外数据存储器
但是逻辑上，也就是从用户的角度来看，8051单片机有三个存储空间：
1。 64K 程序存储器地址空间 (MOVC)，具有统一的片内和片内寻址
2，256B片上数据存储器地址空间（MOV）
3，以及64K片外数据存储器（MOVX）的地址空间
在访问三个不同的逻辑空间时，应该使用不同形式的指令（我们将在后面的指令系统研究中详细解释）来为不同的内存空间产生选通信号。
程序存储器ROM
寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量 64KB
EA = 1，寻址内部ROM； EA = 0，寻址外部 ROM
地址长度：16位
功能：存储程序以及程序运行时所需的常量。
这七个具有特殊意义的单位是：
0000H——系统复位，PC指向此处；
0003H ——外部中断0入口
000BH —— T0 溢出中断入口
0013H ——外部中断1入口
001BH——T1溢出中断入口
0023H —— 串口中断入口
002BH——T2溢出中断入口
内部数据存储器RAM
物理上分为两大区域：00H ~ 7FH，即128B内的RAM和SFR区域。
功能：用作数据缓冲区。
下图是8051单片机存储器的空间结构图
程序存储器
微处理器可以智能地执行特定任务。除了强大的硬件之外，他们还需要运行的软件。事实上，微处理器并不智能。他们只是执行人们预先编写的程序。然后设计者编写的程序被存储在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。事实上，程序和数据都是由机器代码组成的代码串。程序存储器中仅存储程序代码。
MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，用于存储用户程序、数据、表格等信息。对于没有内部ROM的8031微控制器，其程序存储器必须外接，空间地址为64kB。此时单片机的一端必须接地。强制CPU从外部程序存储器读取程序。对于8051等带有内部ROM的微控制器，正常工作时，需要接高电平，以便CPU首先从内部程序存储器中读取程序。当PC值超过内部ROM的容量时，就会转向外部程序存储器。阅读节目。
=1时，程序开始从片内ROM执行。当PC值超过片内ROM容量时，会自动转移到外部ROM空间。
=0时，程序从外部存储器开始执行。例如上面提到的不带片上ROM的8031微控制器在实际应用中需要连接到低电平。
8051芯片中有一个4kB的程序存储单元，其地址为0000H-0FFFH。单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，因此系统将从0000H单元开始执行程序。但程序存储中有一些特殊单位，使用时要注意：
特殊组之一是单元 0000H-0002H。系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序。如果程序不是从0000H单元开始，则这三个单元中应存放一条无条件转移指令。 ，让CPU直接执行用户指定的程序。
另一组特殊单位是0003H-002AH。这40个单位各有用途。它们均匀地分为五个部分。它们的定义如下：
0003H—000AH 外部中断0中断地址区。
000BH—0012H 定时器/计数器0中断地址区。
0013H—001AH 外部中断1中断地址区。
001BH—0022H 定时器/计数器1中断地址区。
0023H—002AH 串行中断地址区。
可以看出，以上40个单元是专门用来存放中断处理程序的地址单元。响应中断后，根据中断类型，自动到各自的中断区执行程序。从上面可以看出，每个中断服务程序只有8个字节单元。用8个字节来存储一个中断服务程序显然是不可能的。因此，上述地址单元不能用来存储程序的其他内容，而只能存储中断服务程序。但通常情况下，我们会在中断响应的地址区放置一条无条件转移指令，指向程序存储器中实际存放中断服务程序的其他空间来执行。这样，中断响应后，CPU读取这条传送指令，并移动到其他地方。继续执行中断服务程序的地方。
下图是ROM的地址分配图：
从上图可以看出，0000H-0002H只有三个存储单元。当我们的程序存储时，这三个存储单元并不能存储实际的程序。通常我们实际写程序的时候，在这里安排一条ORG指令，通过ORG指令跳转到从0033H开始的用户ROM区域，然后安排我们的编程语言。用户可以通过ORG指令任意排列从0033开始的用户ROM区域，但应用时要注意不要超过实际存储空间，否则会找不到程序。
数据存储器
数据存储器也称为随机存取数据存储器。数据存储分为内部数据存储和外部数据存储。 MCS-51内部RAM有128或256字节的用户数据存储（不同型号有所不同）。片外RAM可扩展至64KB，形成两个地址空间。使用“MOV”指令访问片内RAM。片外RAM使用“MOVX”指令。它们用于存储执行的中间结果和过程数据。 MCS-51的数据存储器可以读写，有些单元还可以位寻址。
MCS-51单片机的内部数据存储器在物理上和逻辑上分为两个地址空间，即：
数据存储空间（下128个单元）；
特殊功能寄存器空间（128单元高）；
两个空间是相连的。从用户的角度来看，下面的128个单元才是真正的数据存储。下面给大家详细解释一下：
低128 单位：
片内数据存储器具有8位地址，因此最大可寻址范围为256个单元地址。片外数据存储器采用间接寻址。 R0、R1和DPTR都可以用作间接寻址寄存器。 R0和R1是8位寄存器，即R0和R1的最大寻址范围为256个单元，而DPTR是16位地址指针，寻址范围可达64KB。也就是说，在对片外数据存储器进行寻址时，如果寻址范围超过256B，则R0和R1不能作为间接寻址寄存器，而必须使用DPTR寄存器作为间接寻址寄存器。
从上图我们可以看到，8051单片机共有256个单元的片内RAM（00H-FFH），而这256个单元又分为两部分。一是00H到7FH地址（共128字节）为用户数据RAM。从80H到FFH（也是128字节）的地址单元是特殊寄存器（SFR）单元。它们的结构分布如图1所示。
1。通用寄存器区（00H-1FH）
均分为四块，共32个单元00H-1FH。每个块包含 8 个 8 位寄存器，全部以 R0-R7 命名。我们通常将这些寄存器称为通用寄存器。这四个块中的寄存器分别称为R0-R7，那么在程序中如何区分和使用呢？聪明的INTEL工程师安排了另一个寄存器，程序状态字寄存器（PSW）来管理它们。 CPU只需定义该寄存器的PSW的D3和D4位（RS0和RS1）即可选择这四组通用寄存器。对应的编码关系如下表所示。程序中不需要使用4组，所以其余的可以用作通用数据缓冲区。 CPU复位后，选择第0组工作寄存器。
2。位寻址区（20H-2FH）
片内RAM的20H-2FH单元是位可寻址区域。它们可以作为具有字节寻址能力的通用单元，并且它们的位也可以寻址。位寻址区共有16个字节，128位，位地址为00H-7FH。位地址分配如下表所示：
++++++++
CPU可以直接对这些位进行寻址，进行置“1”、清“0”、取反、分支、传送、逻辑等操作。我们常说MCS-51具有布尔处理功能，布尔处理的存储空间就是指这些寻址区域。
3。用户 RAM 区域 (30H-7FH)
片内RAM的低128单元中，通用寄存器占用32单元，位寻址区域占用16单元，其余80单元为用户通用RAM区域，地址单元为30H。 -7FH。该区域的使用没有规定或限制，但需要注意的是，书库一般都开放在该区域。
H128 单位：(80H-FFH)
前面提到过，在片内RAM中，高128位是特殊寄存器区域。由于这一部分比较重要，所以我们单独安排一课给大家介绍一下。下一课我们重点介绍51单片机片上RAM的高128位，即特殊寄存器区
MCS-51 微控制器内包含的主要逻辑功能组件有哪些： (1) 8 位微处理器CPU。 （2）8KB片内程序存储器Flash ROM（51子系列Flash ROM为4KB），用于烧写运行程序和常量数据。 （3）256B片内数据存储器RAM（51子系列为128B RAM），可在程序运行时随时写入和读取数据。用于存储函数之间传送的数据、接收到的外部数据、中间结果、最终结果和显示数据等。 (4) 3 个16 位定时器/计数器(51 子系列只有2 个定时器)。每个定时器/计数器都可以设置为计数模式，用于对外部事件信号进行计数，也可以设置为计时方式，以满足各种计时要求。 （5）有一个中断控制器，管理6个中断源（51子系列1是5个中断源）和两个优先级。 (6) 4个8位并行I/O端口，每个端口均可用作输入和输出。 （7）一个全双工UART（通用异步接收发送器）串行I/O端口，用于微控制器之间，或者微控制器与PC、其他设备、其他芯片之间的串行通信。 (8)片内振荡电路和时钟发生器，只需连接外部晶振或输入振荡信号，即可产生单片机所需的各种时钟信号。
8051单片机内部硬件结构包括：
1。中央处理器CPU：是单片机内部的核心部件，决定了单片机的主要功能特性。它由运算器和控制器两部分组成。
2。存储器：8051单片机在系统结构上采用哈佛型。程序和数据分别存储在两个存储器中。一个称为程序存储器，另一个称为数据存储器。物理结构分为程序存储器和数据。存储器有四个物理上独立的存储空间，分别是片内ROM和片外ROM、片内RAM和片外RAM。
3。定时器/计数器（T/C）：8051微控制器中有两个16位定时器/计数器。每个T/C可设置为计数模式或定时模式，其定时计数结果控制计算机。
4。并行I/O口：8051有4个8位并行I/O接口（P0~P3），实现数据的并行输入和输出。
5。串口：8051单片机具有全双工串口，可以实现单片机与单片机或其他设备之间的串行通信。
6。中断控制系统：8051共有5个中断源，分别为高电平和低电平。它可以接收外部中断应用程序、定时器/计数器应用程序和串行端口应用程序。它常用于实时控制和自动故障处理。 、计算机与外设之间传输数据、人机对话等
扩展信息：
单片机并不是完成某种逻辑功能的芯片，而是将计算机系统集成到一块芯片上。它相当于一台微型计算机。与计算机相比，微控制器仅缺少 I/O 设备。
简而言之：芯片变成了计算机。其体积小、重量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利的条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理和结构的最佳选择。
MCU应用领域广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。
参考：百度百科-SCM
