《片机内部结构》PPT课件.ppt

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1、 单片机的内部存储器结构单片机的内部存储器结构 电子教学实验电子教学实验 宇宙人宇宙人开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技Chengdayong存储器结构框图（一）存储器结构框图（一）ROM是一种写入信息后不易改写的存储器。断电后，ROM中的信息保留不变。用来存放固定的程序或数据，如系统监控程序、常数表格等。存储器存储器RAMCPU在运行时能随时进行数据的写入和读出，但在关闭电源时，其所存储的信息将丢失。它用来存放暂时性的输入输出数据、运算的中间结果或用作堆栈。开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技Chengdayong存储器结构框图（二）存储器结构框图（二）普林斯顿结构普林斯顿结构一般微机通常只有

2、一个逻辑空间，可以随意安排ROM或RAM。访问存储器时，同一地址对应唯一的存储单元，可以是ROM也可以是 RAM，并用同类访问指令。存储器存储器的结构的结构哈佛结构哈佛结构在物理结构上把程序存储器和数据存储器分开，在访问时，采用不同的访问指令。单片机就是采用的这种结构。开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技Chengdayong存储器结构框图（三）存储器结构框图（三）开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技Chengdayong8051诞生，片内有4K字节的ROM，无法擦除，只能写一次8031诞生，片内无ROM8751拥有EPROM（紫外线擦除）但是价格昂贵单片机片内单片机片内ROM发展概况发展概况23

3、1开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技ChengdayongE2PROM的出现使程序的编写与调试更加容易OTP（one time program)技术的出现加快了单片机在各个领域的应用在线可编程可以直接用PC机对单片机进行程序的下载，使程序编写变得更加容易单片机片内单片机片内ROM发展概况发展概况564开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技MCS51单片机单片机ROM结构框图结构框图片内片内ROM根据单片机的型号不同，片内ROM的大小有所不同。ROM片外片外ROM可以通过扩展的方式在外部扩展，和片内的ROM进行统一编址。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技MCS51单片机单片机R

4、OM结构图结构图外部外部ROM内部内部ROM(EA=1)外部外部ROM(EA=0)0000H0000H0FFFH0FFFH1000HFFFFHChengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技内部内部ROM空间解析空间解析在程序存储器中，有6个单元具有特殊功能0000H0000H：8051复位后，PC0000H，即程序从0000H开始 执行指令。PC是程序指针，控制程序的运行。0003H0003H：外部中断0入口。000BH000BH：定时器0溢出中断入口。0013H0013H：外部中断1入口。001BH001BH：定时器1溢出中断入口。0023H0023H：串行口中断入口。v52还有还

5、有002BH对应对应T2中断。中断。使用时，通常在这些入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断程序起始地址，或者从0000H起始地址跳转到用户设计的初始程序上。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技MCS51单片机内部单片机内部RAM结构框图结构框图片外片外RAM(64K)在单片机外部扩展，访问时使用总线方式访问。具体的扩展方法在后面的章节中讲解RAM片内片内RAM(256字字节节)地址为地址为00HFFH分为两个部分:低128字节高128字节Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技MCS51单片机低单片机低128字节字节RAM结构图结构图低

6、低128字节字节（00H7FH）分为三个部分：工作寄存器区 （00H1FH）位寻址区 （20H2FH）普通RAM区（30H7FH）片内片内RAM高高128字节字节（80HFFH）分为两个部分：普通RAM区(只有52系列有)特殊功能寄存器区这两个区域地址相同，通过不同的寻址方式来区别访问的区域。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机片内单片机片内RAM详解（一）详解（一）工作寄存器组工作寄存器组（占用片内RAM地址00H1FH）每组工作寄存器组都有8个工作寄存器(R0R7)组成，每个工作寄存器对应一个固定的地址。比如：工作寄存器组一中R0的地址为00H。在单片机正常工作时

7、，只有一组工作寄存器处于前台工作，其他的在后台等待。工作寄存器组的选择由单片机中一个特殊功能寄存器来控制。18H1FH10H17H08H0FH00H07H工作寄存器组四工作寄存器组四工作寄存器组三工作寄存器组三工作寄存器组二工作寄存器组二工作寄存器组一工作寄存器组一R0，R1，R7R0，R1，R7R0，R1，R7R0，R1，R7Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机片内单片机片内RAM详解（二）详解（二）v片内地址20H2FH是位寻址区（可位寻址的空间，是指可通过执行指令直接对某一位进行操作的空间），在该区域内的字节地址中的每一位都对应一个位地址，在使用时可以直接对位地

8、址进行访问。27H22H21H20H26H24H25H23H28H2FH单元地址单元地址07 06 05 04 03 02 01 000F 0E 0D 0C 0B 0A 09 0817 16 15 14 13 12 11 101F 1E 1D 1C 1B 1A 19 1827 26 25 24 23 22 21 202F 2E 2D 2C 2B 2A 29 2837 36 35 34 33 32 31 303F 3E 3D 3C 3B 3A 39 3847 46 45 44 43 42 41 407F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78位地址位地址总共总共128个可个可按位按位寻址寻址的

9、位的位Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机片内单片机片内RAM详解（三）详解（三）v可位寻址的空间可位寻址的空间是一般微机所不具备的，是一般微机所不具备的，这种位寻址能力是这种位寻址能力是8051所独有的。所独有的。v20H2FH：既可以字节操作，又可以位操：既可以字节操作，又可以位操作，但是要用不同的指令来区分；作，但是要用不同的指令来区分；MOV20H，A （字节寻址）（字节寻址）SETB00H （位寻址（位寻址直接给出位地址直接给出位地址）SETB20h.0（位寻址（位寻址给出的是字节地址给出的是字节地址）Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技

10、单片机片内单片机片内RAM详解（四）详解（四）v片内地址30H7FH是普通RAM区，该区域一般作为堆栈区，大多数情况下作为普通RAM区，我们在程序里定义的变量，都可以放在该区域内。这个区域内的字节地址都不可以进行位寻址。如果将此区域作为堆栈区使用，要留出足够的空间，否则就会因为数据存储而破坏堆栈内容。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机片内单片机片内RAM详解（五）详解（五）片内片内FFH.80H普通普通RAM区区必须采用间接寻址方式进行访问特殊功能特殊功能寄存器区寄存器区必须采用直接寻址方式进行访问80HFFH地址空间的分布地址空间的分布说明：对于80HFFH的空间

11、，89C51系列的单片机没有普通RAM区，而对与89C52系列的单片机来说才有普通RAM区，在C语言编写程序时，如果定义的变量前加上idata的限制，那该变量就在此区域中。在特殊功能寄存器区，凡是地址能被8整除的，都可以进行位寻址，其他的都不能进行位寻址，在高128字节的普通RAM区，都不可以进行位寻址。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机片内单片机片内RAM详解（六）详解（六）v关于寻址方式的问题关于寻址方式的问题我们会在后面的指令系我们会在后面的指令系统中介绍，在这里只需要知道这两部分空间统中介绍，在这里只需要知道这两部分空间（80HFFH中的中的普通普通RAM区

12、区和和SFR区区）对）对应的地址是相同的，是通过不同指令（寻址应的地址是相同的，是通过不同指令（寻址方式）来区别到底访问的是哪个空间的。方式）来区别到底访问的是哪个空间的。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机片内单片机片内RAM详解（七）详解（七）v特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（Special Function Register)专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各部分的工作方式、条件、状态、结果的寄存器。部分的工作方式、条件、状态、结果的寄存器。不同的不同的SFR管理不同的硬件模块，负责不同的管理不同的硬件模块，负责不同

13、的功能功能各司其职各司其职。换言之：要让单片机实现预定的功能，必须有换言之：要让单片机实现预定的功能，必须有相应的硬件和软件，相应的硬件和软件，而软件中最重要的一项工而软件中最重要的一项工作就是对作就是对SFR写命令（要求）。写命令（要求）。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器地址分布及功能表（一）特殊功能寄存器地址分布及功能表（一）标识符号标识符号地址地址寄存器名称寄存器名称ACCACC0E0H0E0H累加器累加器B B0F0H0F0HB B寄存器寄存器PSWPSW0D0H0D0H程序状态字程序状态字SPSP81H81H堆栈指针堆栈指针DPTRDPTR82H

14、82H、83H83H数据指针数据指针(16(16位位)含含DPLDPL和和DPHDPHIEIE0A8H0A8H中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IPIP0B8H0B8H中断优先控制寄存器中断优先控制寄存器P0P080H80HI/OI/O口口0 0寄存器寄存器P1P190H90HI/OI/O口口1 1寄存器寄存器P2P20A0H0A0HI/OI/O口口2 2寄存器寄存器Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器地址分布及功能表（二）特殊功能寄存器地址分布及功能表（二）标识符号标识符号地址地址寄存器名称寄存器名称P3P30B0H0B0HI/OI/O口口3 3寄存器寄存

15、器PCONPCON87H87H电源控制及波特率选择寄存器电源控制及波特率选择寄存器SCONSCON98H98H串行口控制寄存器串行口控制寄存器SBUFSBUF99H99H串行数据缓冲寄存器串行数据缓冲寄存器TCONTCON88H88H定时控制寄存器定时控制寄存器TMODTMOD89H89H定时器方式选择寄存器定时器方式选择寄存器TL0TL08AH8AH定时器定时器0 0低低8 8位位TH0TH08CH8CH定时器定时器0 0高高8 8位位TL1TL18BH8BH定时器定时器1 1低低8 8位位TH1TH18DH8DH定时器定时器1 1高高8 8位位Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科

16、技征服科技常用特殊功能寄存器中英文对照常用特殊功能寄存器中英文对照P0P0、P1P1、P2P2、P3P3：四个并行输入四个并行输入/输出口的寄存器。输出口的寄存器。SCON(Serial Control Register)SCON(Serial Control Register)串口控制寄存器串口控制寄存器SBUF(Serial Date Buffer)SBUF(Serial Date Buffer)串行数据缓冲器串行数据缓冲器 PCON(Power Control Register)PCON(Power Control Register)电源控制寄存器电源控制寄存器 TMOD(Timer/C

17、ounter Mode Register)TMOD(Timer/Counter Mode Register)定时器工作模式寄存器定时器工作模式寄存器TCON(Timer/Counter Control Register)TCON(Timer/Counter Control Register)定时器控制寄存器定时器控制寄存器TH0TH0、TL0 TL0、TH1TH1、TL1TL1：分别是分别是T0T0、T1T1的记数初值寄存器。的记数初值寄存器。IP(Interrupt Priority Register)IP(Interrupt Priority Register)中断优先级控制寄存器中断优先

18、级控制寄存器IE(Interrupt Enable Register)IE(Interrupt Enable Register)中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）解析（一）解析（一）v特殊功能寄存器特殊功能寄存器(PC)(PC)又叫做程序计数器又叫做程序计数器PC（Program Counter）它是它是16位位的按机器周期的按机器周期自动增自动增1计数器计数器总指向下一条指令所在首地址（当前总指向下一条指令所在首地址（当前PC值）值）一切分支分支/跳转跳转/调用调用/中断中断/复位等操作的本质复

19、位等操作的本质就是就是:改变改变 PC 值值Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）解析（二）解析（二）v数据指针寄存器数据指针寄存器DPTR数据指针数据指针DPTR是一个是一个 16 位的专用寄存器位的专用寄存器,其高位字节寄存器用其高位字节寄存器用DPH表示表示,低位字节寄存低位字节寄存器用器用DPL表示。既可作为一个表示。既可作为一个 16 位寄存器位寄存器DPTR来处理来处理,也可作为两个独立的也可作为两个独立的 8 位寄存位寄存器器DPH和和DPL来处理。来处理。DPTR 主要用来存放主要用来存放 16 位地址位地址,当对当对

20、64 KB外部数据存储器空间寻址时外部数据存储器空间寻址时,作为作为间址寄存间址寄存器器用。在访问程序存储器时用。在访问程序存储器时,用作用作基址寄存基址寄存器器。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）解析（三）解析（三）v程序状态字寄存器程序状态字寄存器 PSWPSWCY(PSW.7)进位进位/借位标志位借位标志位。若ACC在运算过程中发生了进位或借位，则CY=1；否则=0。它也是布尔处理器的位累加器，可用于布尔操作。AC(PSW.6)半进位半进位/借位标志位。借位标志位。若ACC在运算过程中，D3位向D4位发生了进位或借位，则AC=

21、1,否则=0。机器在执行“DA A”指令时自动要判断这一位。F0(PSW.5)。可由用户定义的标志位。OV(PSW.2)。溢出标志位。OV=1时特指累加器在进行运算时出错（超出范围）；OV=0时未出错。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）解析（四）解析（四）v程序状态字寄存器程序状态字寄存器 PSWPSWPSW.1。未定义未定义P(PSW.0)奇偶标志位。奇偶标志位。P=1表示累加器中表示累加器中“1”的的个数为奇数；个数为奇数；P=0表示累加器中表示累加器中“1

22、”的个数为偶数。的个数为偶数。CPU随时监视着随时监视着ACC中的中的“1”的个数的个数,并反映在并反映在PSW中。中。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技特殊功能寄存器（特殊功能寄存器（SFR）解析（五）解析（五）v程序状态字寄存器程序状态字寄存器 PSWPSWRS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)工作寄存器组选择位。工作寄存器组选择位。RS1，RS0=0 0 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 0 区区 R0R7分别代表分别代表00H 07H单元。单元。RS1，RS0=0 1 则选择了工作

23、寄存器组则选择了工作寄存器组 1 区区 R0R7分别代表分别代表08H 0FH单元。单元。RS1，RS0=1 0 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 2 区区R0R7分别代表分别代表10H 17H单元。单元。RS1，RS0=1 1 则选择了工作寄存器组则选择了工作寄存器组 3 区区R0R7分别代表分别代表18H 1FH单元。单元。CYACF0RS0OVPRS1PSW.7PSW.0PSW.6 PSW.5Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机堆栈详解（一）单片机堆栈详解（一）堆栈：在片内在片内RAMRAM中，常常要指定一个专门的区域来中，常常要指定一个专门的区域来存放

24、某些特别的数据存放某些特别的数据,它遵循它遵循先进后出和后进先进后出和后进先出先出(LIFO/FILO(LIFO/FILO）的原则的原则,这个这个RAMRAM区叫堆栈。区叫堆栈。功用功用：1 1）子程序调用和中断服务时）子程序调用和中断服务时CPUCPU自动将当前自动将当前PCPC 值压栈保存，返回时自动将值压栈保存，返回时自动将PCPC值弹栈。值弹栈。2 2）保护现场）保护现场/恢复现场恢复现场3 3）数据传输）数据传输Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机堆栈详解（二）单片机堆栈详解（二）00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H

25、80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区 SP栈顶栈顶下一个进栈的下一个进栈的数据将存在此数据将存在此处处数据数据进栈进栈已经进栈的数已经进栈的数据存放在此据存放在此初始初始 SP复位后复位后 SP=07HSP=07H，数据进栈时：首先，数据进栈时：首先SP+1SP+1指向指向08H08H单元，第一个放进堆栈的数据将放进单元，第一个放进堆栈的数据将放进08H08H单元，然单元，然后后SPSP再自动增再自动增 1 1，仍指着栈顶，仍指着栈顶堆栈区由特殊功能寄存器堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针堆栈指针SPSP管理管理 堆栈区

26、可以安排在堆栈区可以安排在 RAMRAM区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的可按位寻址的RAMRAM区，通常放在区，通常放在RAMRAM区的靠后的位置。区的靠后的位置。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机堆栈详解（三）单片机堆栈详解（三）00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区 SP栈顶栈顶当前要出栈的数据当前要出栈的数据数据数据出栈出栈SP-1指向下一个指向下一个将

27、要出栈的数据将要出栈的数据初始初始 SP复位后复位后 SP=07HSP=07H，数据进栈时：首先，数据进栈时：首先SP+1SP+1指向指向08H08H单元，第一个放进堆栈的数据将放进单元，第一个放进堆栈的数据将放进08H08H单元，然单元，然后后SPSP再自动增再自动增 1 1，仍指着栈顶，仍指着栈顶堆栈区由特殊功能寄存器堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针堆栈指针SPSP管理管理 堆栈区可以安排在堆栈区可以安排在 RAMRAM区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的可按位寻址的RAMRAM区，通常放在区，通常放在RAMRAM区的靠后的位置。区的靠后的

28、位置。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机堆栈详解（四）单片机堆栈详解（四）00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区数据数据出栈出栈SP-1 指向新的栈指向新的栈顶顶,也就是下一个也就是下一个将要出栈的数据将要出栈的数据初始初始 SP复位后复位后 SP=07HSP=07H，数据进栈时：首先，数据进栈时：首先SP+1SP+1指向指向08H08H单元，第一个放进堆栈的数据将放进单元，第一个放进堆栈的数据将放进08H08H单

29、元，然单元，然后后SPSP再自动增再自动增 1 1，仍指着栈顶，仍指着栈顶堆栈区由特殊功能寄存器堆栈区由特殊功能寄存器堆栈指针堆栈指针SPSP管理管理 堆栈区可以安排在堆栈区可以安排在 RAMRAM区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和区任意位置，一般不安排在工作寄存器区和可按位寻址的可按位寻址的RAMRAM区，通常放在区，通常放在RAMRAM区的靠后的位置。区的靠后的位置。Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技单片机堆栈详解（五）单片机堆栈详解（五）PUSHAPUSHBPUSHPSW.POPA POPB POP PSW这样的指令顺序对不对呢？Chengdayong开发宇宙开

30、发宇宙 征服科技征服科技51单片机存储器配置单片机存储器配置v片内片内RAM 128RAM 128字节（字节（00H00H7FH7FH）；）；片内片内RAMRAM前前3232个单元是工作寄存器区个单元是工作寄存器区(00H00H1FH1FH)片内片内RAMRAM有有128128个可按位寻址的位，占个可按位寻址的位，占1616个单元。个单元。位地址编号为：位地址编号为：00H00H7FH7FH 分布在：分布在：20H20H2FH2FH单元单元v片内片内2121个特殊功能寄存器个特殊功能寄存器(SFR)(SFR)中：地址号能中：地址号能被被8 8整除整除的的SFRSFR中的各位也可按中的各位也可按

31、位寻址位寻址v可寻址片外可寻址片外RAM 64KRAM 64K字节字节 （0000H0000HFFFFHFFFFH）v可寻址片外可寻址片外ROM 64KROM 64K字节字节 （0000H0000HFFFFHFFFFH）v片内片内 Flash ROM 4KFlash ROM 4K字节字节 （000H000HFFFHFFFH）小结Chengdayong开发宇宙开发宇宙 征服科技征服科技51单片机内部单片机内部RAM存储器配置存储器配置v片内片内RAMRAM 小结00H00H20H20H2FH2FH7FH7FH1FH1FH30H30H80H80HFFHFFH52子系列才有子系列才有的的RAM区区普通普通RAM区区位寻址区位寻址区工作寄存器区工作寄存器区SFR分布在分布在80H-FFH其中其中92个位个位可位寻址可位寻址80H80HFFHFFH89C51 128128字节字节89C52 256256字节字节只能直接寻址只能直接寻址只能寄存器间接寻址只能寄存器间接寻址(P14)既可间接寻址既可间接寻址,又可直接寻址又可直接寻址Chengdayong