单片机数据存储器

A. 单片机存储器主要由哪几个部分组成，如何使用

存储器由存储体、地址译码器和控制电路组成。

1)存储体是存储数据信息的载体。由一系列存储单元组成，每个存储单元都有确定的地址。存储单元通常按字节编址，一个存储单元为一个字节，每个字节能存放一个8位二进制数。就像一个大仓库，分成许多房间，大仓库相当于存储体，房间相当于字节，房间都有编号，编号就是地址。

2)地址译码器将CPU发出的地址信号转换为对存储体中某一存储单元的选通信号。相当于CPU给出地址，地址译码器找出相应地址房间的钥匙。通常地址是8位或1 6位，输入到地址译码器，产生相应的选通线，8位地址能产生28=256根选通线，即能选通256字节。16位地址能产生216=65536=64K根选通线，即能选通64K字节。当然要产生65536根选通线是很难想象的，实际上它是分成256根行线和256根列线，256 X 256=65536，合起来能选通65536个存储单元。
3)存储器控制电路包括片选控制、读／写控制和带三态门的输入／输出缓冲电路。

①片选控制确定存储器芯片是否工作。
②读/写控制确定数据传输方向；若是读指令，则将已被选通的存储单元中的内容传送到数据总线上；若是写指令，则将数据总线上的数据传送到已被选通的存储单元中。
③带三态门的输入/输出缓冲电路用于数据缓冲和防止总线上数据竞争。数据总线相当于一条车流频繁的大马路，必须在绿灯条件下，车辆才能进入这条大马路，否则要撞车发生交通事故。同理，存储器的输出端是连接在数据总线上的，存储器中的数据是不能随意传送到数据总线上的。例如，若数据总线上的数据是“1”(高电平5V)，存储器中的数据是“0”(低电平OV)，两种数据若碰到一起就会发生短路而损坏单片机。因此，存储器输出端口不仅能呈现“1”和“O”两种状态，还应具有第三种状态“高阻"态。呈“高阻"态时，它们的输出端口相当于断开，对数据总线不起作用，此时数据总线可被其他器件占用。当其他器件呈“高阻"态时，存储器在片选允许和输出允许的条件下，才能将自己的数据输出到数据总线上。

B. 分析at89s52单片机的存储器结构

1．程序存储器

设计人员编写的程序存放在微处理器的程序存储器中。

at89s52具有64kb程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息，程序存储器的结构如图1所示。

图1 at89s52程序存储器的结构

at89s52片内片外的程序存储器在统一逻辑空间中，地址从0000h～ffffh，共有64k字节范围。引脚接高电平时，程序从片内程序存储器0000h开始执行，即访问片内存储器。当pc值超出片内rom容量时，会自动转向片外程序存储器空间执行。引脚接低电平时，迫使系统全部执行片外程序存储器0000h开始存放的程序。

2．数据存储器

at89s52 有256 字节片内数据存储器。地址为00h~ffh。这256个单元共分为两部分。其一是地址从00h~7fh单元（共128个字节）为用户数据ram。从80h~ffh地址单元（也是128个字节）为特殊寄存器（sfr）单元。高128 字节与特殊功能寄存器重叠，也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。

在00h~1fh共32个单元中被均匀地分为四块，每块包含八个8位寄存器，均以r0~r7来命名，称这些寄存器为通用寄存器。这四块中的寄存器都称为r0~r7，利用psw的第3和第4位（rs0和rs1），即可选中这四组通用寄存器。

内部数据存储器的20h—2fh单元为位寻址区，可作为一般单元用字节寻址，也可对它们的位进行寻址，位寻址区地址如表1所示

表1 ram位寻址区地址表

3. 中断服务程序的入口地址

在程序存储区中，为中断服务程序保存了一段中断服务程序的入口地址：其中一组特殊单元是0003h—0032h，各个单元各有用途，它们被分为六段，每个段8个字节，专门留给中断服务程序使用，被称为中断矢量区。at89s52共有8个中断源，6个中断矢量，它们的定义如下表2所，

表2 中断服务程序的入口地址

4．特殊功能寄存器sfr（special? function register）

特殊功能寄存器是指有特殊用途的寄存器集合，也称为专用寄存器，本质上是一些具有特殊功能的片内ram单元，反映单片机的运行状态，很多功能也通过特殊功能寄存器来定义和控制程序的执行。

at89s52单片机内部高128（80～ffh）地址分配给特殊功能寄存器。这个地址空间和芯片内数据存储器的高128字节地址完全重叠，但两者在物理硬件上是完全独立的，用寻址方式来区分这个完全重叠的地址空间。使用直接寻址方式访问这个地址空间时，访问的是特殊功能寄存器；使用间接寻址方式访问这个地址空间时，访问的是数据存储器。

at89s52有32个特殊功能寄存器，它们被离散地分布在内部ram的80h～ffh地址中，这些寄存的功能已作了专门的规定，用户不能修改其结构。

5．几个注意问题

（1）地址的重叠性

单片机中的所有存储器都必须分配地址，可以寻址的地址范围为64kb，数据存储器与程序存储器都占用相同的地址。

程序存储器中片内片外0000h～0ffffh低4kb地址完全重叠，但是我们使用引脚进行区分：＝0时，选择片外，=1时，选择片内，这样就完全区分开来了。

数据存储器中片内外0000h～00ffh的256个单元地址完全重叠，片内外数据的访问采用不同指令来区分：mov指令访问片内数据存储器，movx指令访问片外数据存储器。

（2）程序存储器（rom）与数据存储器（ram）的区分

程序存储器（rom）与数据存储器（ram）的区分在使用上是严格区分的，程序存储器只能放置程序指令及常数表格，对程序存储器中数据的访问只可以使用movc指令。而数据存储器则存放数据，片内外的操作指令分别用mov，movx进行操作。

（3）位地址空间的区域划分

片内ram中的20h～2fh的128位，以及sfr中的位地址，这些位寻址单元与位指令集构成了位处理器系统

C. 单片机应用程序一般存放在哪一个存储器中

ROM。只读存储器（Read-Only Memory，ROM）以非破坏性读出方式工作，只能读出无法写入信息。信息一旦写入后就固定下来，即使切断电源，信息也不会丢失，所以又称为固定存储器。

ROM所存数据通常是装入整机前写入的，整机工作过程中只能读出，不像随机存储器能快速方便地改写存储内容。ROM所存数据稳定 ，断电后所存数据也不会改变，并且结构较简单，使用方便，因而常用于存储各种固定程序和数据。

(3)单片机数据存储器扩展阅读

单片机的数据存储器由读写存储器RAM组成。其最大容量可扩展到64k，用于存储实时输入的数据。8051内部有256个单元的内部数据存储器，其中00H～7FH为内部随机存储器RAM，80H～FFH为专用寄存器区。

实际使用时应首先充分利用内部存储器，从使用角度讲，搞清内部数据存储器的结构和地址分配是十分重要的。因为将来在学习指令系统和程序设计时会经常用到它们。

8051内部数据存储器地址由00H至FFH共有256个字节的地址空间，该空间被分为两部分，其中内部数据RAM的地址为00H～7FH（即0～127）。

而用做特殊功能寄存器的地址为80H～FFH。在此256个字节中，还开辟有一个所谓“位地址”区，该区域内不但可按字节寻址，还可按“位（bit）”寻址。对于那些需要进行位操作的数据，可以存放到这个区域。从00H到1FH安排了四组工作寄存器，每组占用8个RAM字节，记为R0～R7。

D. 单片机的存储器结构

通过上面的实验我们已经知道：一盏灯亮或者说一根线的电平的高低，能代表两种状态：0和1。实际上这就是一个二进制位，因此我们就把一根线称之为一“位”，用BIT表示。

什么是字节：
  一根线能表于0和1，两根线能表达00，01，10，11四种状态，也就是能表于0到3，而三根能表达0-7，计算机中常常用8根线放在一起，同时计数，就能表过到0-255一共256种状态。这8根线或者8位就称之为一个字节（BYTE）。不要问我为什么是8根而不是其它数，因为我也不知道。（计算机世界是一本人造的世界，不是自然界，很多事情你无法问为什么，只能说：它是一种规定，大家在以后的学习过程中也要注意这个问题）

存储器的工作原理：

1、存储器构造

   存储器就是用来存放数据的地方。它是利用电平的高低来存放数据的，也就是说，它存放的实际上是电平的高、低，而不是我们所习惯认为的1234这样的数字，这样，我们的一个谜团就解开了，计算机也没什么神秘的吗。

 

 

 
图2

 
图3

  让我们看图2。单片机里面都有这样的存储器，这是一个存储器的示意图：一个存储器就象一个个的小抽屉，一个小抽屉里有八个小格子，每个小格子就是用来存放“电荷”的，电荷通过与它相连的电线传进来或释放掉，至于电荷在小格子里是怎样存的，就不用我们操心了，你能把电线想象成水管，小格子里的电荷就象是水，那就好理解了。存储器中的每个小抽屉就是一个放数据的地方，我们称之为一个“单元”。

 

 

  有了这么一个构造，我们就能开始存放数据了，想要放进一个数据12，也就是00001100，我们只要把第二号和第三号小格子里存满电荷，而其它小格子里的电荷给放掉就行了（看图3）。可是问题出来了，看图2，一个存储器有好多单元，线是并联的，在放入电荷的时候，会将电荷放入所有的单元中，而释放电荷的时候，会把每个单元中的电荷都放掉，这样的话，不管存储器有多少个单元，都只能放同一个数，这当然不是我们所希望的，因此，要在结构上稍作变化，看图2，在每个单元上有个控制线，我想要把数据放进哪个单元，就给一个信号这个单元的控制线，这个控制线就把开关打开，这样电荷就能自由流动了，而其它单元控制线上没有信号，所以开关不打开，不会受到影响，这样，只要控制不一样单元的控制线，就能向各单元写入不一样的数据了，同样，如果要某个单元中取数据，也只要打开对应的控制开关就行了。

2、存储器译码
  那么，我们怎样来控制各个单元的控制线呢？这个还不简单，把每个单元元的控制线都引到集成电路的外面不就行了吗？事情可没那么简单，一片27512存储器中有65536个单元，把每根线都引出来，这个集成电路就得有6万多个脚？不行，怎么办？要想法减少线的数量。我们有一种办法称这为译码，简单介绍一下：一根线能代表2种状态，2根线能代表4种状态，3根线能代表几种，256种状态又需要几根线代表？8种，8根线，所以65536种状态我们只需要16根线就能代表了。

(图4)

3、存储器的选片及总线的概念
   至此，译码的问题解决了，让我们再来关注另外一个问题。送入每个单元的八根线是用从什么地方来的呢？它就是从计算机上接过来的，一般地，这八根线除了接一个存储器之外，还要接其它的器件，如图4所示。这样问题就出来了，这八根线既然不是存储器和计算机之间专用的，如果总是将某个单元接在这八根线上，就不好了，比如这个存储器单元中的数值是0FFH另一个存储器的单元是00H，那么这根线到底是处于高电平，还是低电平？岂非要打架看谁历害了？所以我们要让它们分离。办法当然很简单，当外面的线接到集成电路的管脚进来后，不直接接到各单元去，中间再加一组开关（参考图4 ）就行了。平时我们让开关关闭着，如果确实是要向这个存储器中写入数据，或要从存储器中读出数据，再让开关接通就行了。这组开关由三根引线选择：读控制端、写控制端和片选端。要将数据写入片中，先选中该片，然后发出写信号，开关就合上了，并将传过来的数据（电荷）写入片中。如果要读，先选中该片，然后发出读信号，开关合上，数据就被送出去了。注意图4，读和写信号同时还接入到另一个存储器，但是由于片选端不一样，所以虽有读或写信号，但没有片选信号，所以另一个存储器不会“误会”而开门，造成冲突。那么会不一样时选中两片芯片呢？只要是设计好的系统就不会，因为它是由计算控制的，而不是我们人来控制的，如果真的出现同时出现选中两片的情况，那就是电路出了故障了，这不在我们的讨论之列。

E. 什么是单片机的“程序存储器”“数据存储器”

程序存储器是放程序的存储器，就是把写的程序放到里面，程序在断电后也不会丢失，比如说电脑里的程序，关机后断掉电里面的程序还是有不会丢失。数据存储器就是把运行程序过程中所用到的和产生的数据暂时放到里边，当断电后里边的数据就没有了。

F. 单片机存储器分为哪几类，各有哪些特点和用

单片机存储器分为：程序存储器和数据存储器。
数据存储器又分为：内部数据存储器和外部数据存储器。
内部数据存储器又分为：
1、工作寄存器，共4组，地址范围00H~1FH
2、位址空间，地址范围20H~2FH
3、用户寄存器，地址范围30H~7FH（FFH）
4、特殊功能寄存器，地址范围80H~FFH

G. 在单片机里程序存储器和数据存储器的区别是什么

程序存储器顾名思义就是放程序的存储器。就是把你写的程序放到里面去。就算断电了但是里面的数据还在，好比手机里面存的电话薄，你换块电池这中间有个断电的过程但是数据还在。数据存储器顾名思义就是专门放数据的，哪样才是数据呢，比如说一个测温度的设备，温度时时都在变化我们不可能存某一固定的值进去，这个时候时时变化的温度数据就是放在数据存储器里面的。只要一断电它就不会保留数据

H. MCS-51单片机片内256B的数据存储器可分为几个区分别起什么作用

MCS-51 单片机片内数据存储器可分为二个区: 00H~7FH 单元组成的低128B 的片内RAM区、80H ~FFH单元组成的高128B 的专用寄存器区。其中低128B的RAM区又分为: 00H~1FH 单元为工作寄存器区、20H~2FH 单元为位寻址区、30H~7FH单元为用户RAM区。

工作寄存器区可作通用寄存器用，用户RAM区可作堆栈和数据缓冲用。专用寄存器区又称特殊功能寄存器，使用80H~FFH单元。

(8)单片机数据存储器扩展阅读

存储器空间在物理结构上可划分为：MCS-51存储器是采用将程序存储器和数据存储器分开寻址的结构，其存储器空间在物理结构上可划分为如下四个空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器、片外数据存储器。

MCS-51单片机的P0~P3四个I/O端口在结构上的异同以及使用时应注意的事项：MCS-51单片机的四个端口在结构上相同之处: P0~P3 都是准双向I/O 口，作输入时，必须先向相应端口的锁存器写入“1”。

不同之处；P0口的输出级与P1~P3口不相同，它无内部上拉电阻，不能提供拉电流输出，而P1~P3 则带内部上拉电阻，可以提供拉电流输出。

当P0口作通用I/O口输出使用时，需外接上拉电阻才可输出高电平；但作地址/数据总线时，不需要外接上拉电阻。P1~P3口IO输出时，均无需外接上拉电阻。

I. 51单片机的存储器分为哪几个空间

1）MCS-51单片机的存储器从物理结构上分为：片内和片外数据存储器，片内和片外程序存储器。

2）从逻辑上分别可划分为：片内统一寻址的64K程序存储器空间（0000H---FFFFH）；64KB的片外数据存储器空间（0000H---FFFFH）;256B的片内数据存储器空间（00H---FFH）。

(9)单片机数据存储器扩展阅读：

使用方法：

1、将仿真器插入需仿真的用户板的CPU插座中，仿真器由用户板供电；

2、将仿真器的串行电缆和PC机接好，打开用户板电源；

3、通过KeilC 的IDE开发仿真环境UV2 下载用户程序进行仿真、调试。

硬件说明

1、使用用户板的晶振：仿真器晶振旁有两组跳线用来切换内部晶振和用户板晶振，当两个短路块位于仿真器晶振一侧时，默认使用仿真板上的晶振（11.0592MHz）, 当两个短路块位于电容一侧时，使用用户板的晶振。

2、为便于调试带看门狗的用户板，仿真器的复位端未与用户板复位端相连；故仿真器的复位按钮只复位仿真器，不复位用户板；若要复位用户板，请使用用户板复位按钮。

J. 单片机的存储器可以分为几种

单片机的存储器可分为程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）。

程序存储器是专门用来存放程序和常数的。

数据存储器是程序在运行中存放临时数据的，掉电后数据即丢失，现在有些型号的单片机提供了EEPROM，可用来存储掉电后需要保存的关键数据，如系统的一些设置参数。