8051的存储结构组成--程序存储空间、数据存储卡空间、特殊功能寄存器、位地址空间

news2024/11/29 2:38:52

AT89S51的存储结构

本文主要涉及8051单片机的存储结构，它的存储结构主要包括四部分，分别是出程序存储空间、数据存储卡空间、特殊功能寄存器、位地址空间四部分，下面将会展开描述。

文章目录

  • AT89S51的存储结构
    • 一、 程序存储空间
    • 二、 数据存储空间
      • 2.1 片内数据存储器
      • 2.2 片外数据存储器
    • 三、特殊功能寄存器
      • 3.1 堆栈指针SP
      • 3.2 寄存器B
      • 3.3 AUXR寄存器
      • 3.4 数据指针DPTR0和DPTR1
      • 3.5 AUXR1寄存器
      • 3.6 看门狗定时器WDT
    • 四、位地址空间

存储器结构特点之一是将 程序存储器和数据存储器分开（ 哈佛结构），并有各自的访问指令。【哈佛结构的优势在于同时读取程序和数据，可以提高数据传输带宽。】

存储器空间可分为4类:程序存储器、空间数据存储器、空间特殊功能寄存器、SFR位地址空间。

１.程序存储器空间
片内和片外两部分。
片内程序存储器为4KB的Flash存储器，编程和擦除全是电气实现，且速度快。可用通用编程器编程，也可在线编程。
当片内的4KB的Flash存储器不够用时，用户可在片外可扩展程序存储器，最多可扩展至64KB程序存储器。

２.数据存储器空间
片内与片外两部分。
(51)片内有128B RAM（52子系列为256B）。
片内RAM不够用时，在片外可扩展至64KB RAM 。

３.特殊功能寄存器SFR （Special Function Register）
片内各功能部件的控制寄存器及状态寄存器。SFR综合反映了整个单片机基本系统内部实际的工作状态及工作方式。

４.位地址空间
共有211个可寻址位，构成了位地址空间。它们位于内部 RAM（共128位）和特殊功能寄存器区（共83位）中。

一、 程序存储空间

存放程序和表格之类的固定常数。片内为4KB的 Flash ，地址为0000H～0FFFH。16位地址线，可外扩的程序存储器空间最大为64KB，地址为0000H～FFFFH。

使用应注意以下问题

（1）分为片内和片外两部分，访问片内的还是片外的程序存储器，由EA*引脚电平确定。
EA*=1时，CPU从片内0000H开始取指令，当PC值没有超出0FFFH时，只访问片内Flash 存储器，当PC值超出0FFFH自动转向读片外程序存储器空间1000H～FFFFH 内的程序。
EA*=0时，只能执行片外程序存储器（0000H～FFFFH）中的程序。不理会片内4KB Flash 存储器。

（2）程序存储器某些固定单元用于各中断源中断服务程序入口。
64KB程序存储器空间中有5个特殊单元分别对应于5个中断源的中断入口地址，见表2-3。
在这里插入图片描述

通常这5个中断入口地址处都放一条跳转指令跳向对应的中断服务子程序，而不是直接存放中断服务子程序。

二、 数据存储空间

片内和片外两部分

2.1 片内数据存储器

片内数据存储器（RAM）共128个单元，字节地址为00H～7FH。图2-4为片内数据存储器的结构。
在这里插入图片描述

00H～1FH 的32个单元是4组通用工作寄存器区，每区包含8B，为R7～R0。可通过指令改变RS1、RS0两位来选择。
20H～2FH的16个单元的128位可位寻址，也可字节寻址。
30H～7FH的单元只能字节寻址，用作存数据以及作为堆栈区。

2.2 片外数据存储器

当片内128B的RAM不够用时，需外扩，最多可外扩64KB的RAM。注意，片内RAM与片外RAM两个空间是相互独立的，片内RAM与片外RAM的低128B的地址是相同的，但由于使用的是不同的访问指令，所以不会发生冲突。

三、特殊功能寄存器

采用特殊功能寄存器集中控制各功能部件。特殊功能寄存器映射在片内RAM的 80H～FFH 区域中，共26个。表2-4是SFR的名称及其分布。有些还可位寻址，位地址见表2-4。
与AT89C51相比，新增5个SFR：DP1L、DP1H、AUXR、AUXR1和WDTRST，已在表2-4中标出。
凡是可位寻址的SFR，字节地址末位只能是0H或8H。另外，若读/写未定义单元，将得到一个不确定的随机数。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

3.1 堆栈指针SP

指示堆栈顶部在内部RAM块中的位置。

堆栈结构–向上生长型。

"向上生长型"是指在堆栈结构中，堆栈的内存空间是从低地址向高地址增长的。在这种情况下，堆栈的栈底位于较低的内存地址，而栈顶则位于较高的内存地址。当新的数据被推入堆栈时，堆栈指针向高地址方向移动；当数据被弹出堆栈时，堆栈指针向低地址方向移动。

单片机复位后，SP为07H，使得堆栈实际上从08H单元开始，由于08H～1FH单元分别是属于1～3组的工作寄存器区，最好在复位后把SP值改置为60H或更大的值，避免堆栈与工作寄存器冲突。

堆栈主要是为子程序调用和中断操作而设。保护断点和现场

  • （1）保护断点。无论是子程序调用操作还是中断服务子程序调用，最终都要返回主程序。应预先把主程序的断点在堆栈中保护起来，为程序正确返回做准备。
  • （2）现场保护。执行子程序或中断服务子程序时，要用到一些寄存器单元，会破坏原有内容。要把有关寄存器单元的内容保存起来，送入堆栈，这就是所谓的“现场保护”。

两种操作：数据压入（PUSH）堆栈，数据弹出（POP）堆栈。数据压入堆栈，SP自动加1；数据弹出堆栈，SP自动减1。

3.2 寄存器B

为执行乘法和除法而设。在不执行乘、除法操作的情况下，可把它当作一个普通寄存器来使用。
乘法，两乘数分别在A、B中，执行乘法指令后，乘积在BA中,[高八位在B中，低八位在A中]
除法，被除数取自A，除数取自B，商存放在A中，余数存B中。

3.3 AUXR寄存器

AUXR是辅助寄存器，其格式如图2-5：
在这里插入图片描述

DISALE：ALE的禁止/允许位。

  • 0：ALE有效，发出脉冲；
  • 1：ALE仅在执行MOVC和MOVX类指令时有效，不访问外部存储器时，ALE不输出脉冲信号；

DISRTO：禁止/允许WDT溢出时的复位输出。

  • 0：WDT溢出时，在RST引脚输出一个高电平脉冲；
  • 1：RST引脚仅为输入脚。

WDIDLE：WDT在空闲模式下的禁止/允许位。

  • 0： WDT在空闲模式下继续计数；
  • 1： WDT在空闲模式下暂停计数。。

3.4 数据指针DPTR0和DPTR1

双数据指针寄存器，便于访问数据存储器-片外RAM。
DPTR0：AT89C51单片机原有的数据指针，
DPTR1：新增加的数据指针。
AUXR1的DPS位用于选择两个数据指针。
当DPS=0时，选用DPTR0；当DPS=1时，选用DPTR1。

数据指针可作为一个16位寄存器来用，也可作为两个独立的8位寄存器DP0H（或DP1H）和DP0L（或DP1L）来用。

3.5 AUXR1寄存器

AUXR1是辅助寄存器，格式如图2-6：
在这里插入图片描述

DPS：数据指针寄存器选择位。

  • 0：选择数据指针寄存器DPTR0；
  • 1：选择数据指针寄存器DPTR1。

3.6 看门狗定时器WDT

包含1个14位计数器和看门狗定时器复位寄存器（WDTRST）。
用于当CPU由于干扰，程序陷入死循环或跑飞状态时，WDT提供了一种使程序恢复正常运行的有效手段。

上面介绍的特殊功能寄存器，除了前两个SP和B以外，其余的均为AT89S51在AT89C51基础上新增加的SFR。

四、位地址空间

211个寻址位的位地址，位地址范围为 00H～FFH，其中 00H～7FH这128位处于片内RAM 字节地址 20H～2FH 单元中，如表2-5所示。在这里插入图片描述

其余的83个可寻址位分布在特殊功能寄存器SFR中，如表2-6。在这里插入图片描述

可被位寻址的特殊寄存器有11个，共有位地址88个，5个位未用，其余83个位的位地址离散地分布于片内数据存储器区字节地址为80H～FFH的范围内，其最低的位地址等于其字节地址，且其字节地址的末位都为0H或8H。

在这里插入图片描述

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