8051單片機結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)簡說

郭鵬等

摘要：要學(xué)好用好單片機，就必須了解和掌握單片機的基本結(jié)構(gòu)。本文以8051單片機為例簡要說明單片機結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的幾個基本要點。

關(guān)鍵詞：單片機 結(jié)構(gòu)

單片機的學(xué)習(xí)對入門者而言有一定的難度。難度之一就在于學(xué)習(xí)者先要了解單片機的結(jié)構(gòu)。尤其是單片機外部引腳和存儲空間。

1 單片機引腳

單片機引腳是單片機與外部連接的橋梁，不管是單片機與外部進行信息交互還是實施控制，單片機都要依靠引腳。因此必須掌握引腳名稱、功能和使用方法。

面對經(jīng)典“DIP-40”封裝的8051單片機，初學(xué)者總感到麻煩。實際上，8051單片機引腳分布很有規(guī)律。從類型上說，其管腳分為4類，一句話就可說明：8051單片機引腳包含”兩個電源引腳、兩個時鐘引腳、四個控制引腳和四八三十二個IO引腳。”

兩個電源引腳：如同常規(guī)集成電路一樣，芯片右下角為電源負，左上角為電源正。

兩個時鐘引腳：單片機依靠精確的時鐘信號才能自動有序運行程序，協(xié)調(diào)各部件完成指定功能，沒有時鐘信號，單片機無法工作。單片機內(nèi)部有時鐘電路，通過時鐘引腳外接不同的晶振，就可設(shè)置出不同振蕩頻率的時鐘信號。兩個時鐘引腳中有一個是單片機時鐘電路的時鐘信號輸出端。多單片機系統(tǒng)中，可通過這個引腳也引入外部時鐘信號保證多單片機系統(tǒng)的時序統(tǒng)一。

四個控制引腳：EA引腳。PSEN引腳和ALE引腳都和存儲擴展有關(guān)，存儲器學(xué)習(xí)時了解較好。先了解復(fù)位引腳。必須明白單片機啟動信號就是該引腳施加持續(xù)兩個機器周期以上的高電平信號。基于此了解復(fù)位電路的構(gòu)建才能明細根本。

最后一句四八三十，是為方便初學(xué)者掌握剩余的32個引腳都是單片機的I/O引腳，且分布在四個I/O口中，每個I/O口分配8個引腳。這樣做的一個主要原因是，這樣可使I/O口以字節(jié)為信息單位輸入或輸出信息。單片機I/O口在構(gòu)建三大總線時，應(yīng)注意P0口用于充當(dāng)數(shù)據(jù)口，P0和P2口構(gòu)建16位地址總線。P3口和相關(guān)控制引腳構(gòu)建控制總線。因此用戶應(yīng)合理進行I/O資源分配。

2 單片機的存儲結(jié)構(gòu)

單片機的存儲空間分為數(shù)據(jù)RAM和程序ROM兩大部分。又都有片內(nèi)片外之分。

2.1 程序存儲空間

程序存儲空間的構(gòu)建有三種形式：僅片內(nèi)ROM構(gòu)成；片內(nèi)ROM與片外ROM共同構(gòu)成；僅片外ROM構(gòu)成。程序存儲空間的要點是不管程序存儲空間如何構(gòu)建，都是統(tǒng)一連續(xù)編碼地址。單片機只要能正確找到程序存放的首存儲單元地址，就能夠開始自動執(zhí)行程序。顯然對于前兩種形式，程序起始地址單元位于片內(nèi)ROM，后一種程序起始單元地址位于片外ROM。

單片機作為硬件電路，它無法知道程序存儲空間構(gòu)建形式，那怎么識別程序起始單元地址是在片內(nèi)ROM空間還是在片外ROM空間？很簡單：控制引腳EA就用于程序起始位置指向。EA引腳接地時指向片外，接高電平則指向片內(nèi)。初學(xué)者常常混淆，記憶的技巧是EA接地即EA為“0”狀態(tài)，0表示沒有，即沒有用到片內(nèi)ROM，程序僅存放于片外；反之則表明片內(nèi)ROM有程序存放。

從使用者角度看，用戶了解程序存儲空間構(gòu)建形式的主要意義在于硬件電路設(shè)計時，能根據(jù)ROM構(gòu)建形式正確設(shè)置EA引腳。

2.2 數(shù)據(jù)存儲空間

數(shù)據(jù)存儲空間的構(gòu)建有兩種形式：僅片內(nèi)RAM；片內(nèi)RAM加片外RAM。片外RAM僅用于擴展數(shù)據(jù)存放空間。片內(nèi)RAM很多存儲單元有特殊意義，無可替代，因此不會出現(xiàn)僅有片外RAM的情況。

片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間是學(xué)習(xí)的重點。8051片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間共256個字節(jié)單元，一分兩半，前128個字節(jié)單元稱為用戶RAM區(qū)，后128個字節(jié)單元為特殊功能寄存器區(qū)，該區(qū)域很多存儲單元有特殊功能，如代表累加器A的E0H單元，代表P0口的80H單元等。P0口對應(yīng)8個引腳，引腳高低電平狀態(tài)對應(yīng)的“1”、“0”二進制信息反映在80H 單元的8個對應(yīng)位單元中，輸出亦然。用戶需要注意的是，由于片內(nèi)RAM存儲單元有限，在程序設(shè)計之初一定先要做好資源分配。即根據(jù)程序需要，提前分配指定或保留用戶RAM區(qū)相關(guān)單元。

特殊功能寄存器區(qū)的存儲單元一般掌握特殊功能寄存器名稱及功能即可，不必記住其實際所在存儲單元地址。但單片機復(fù)位后，一些特殊功能寄存器的初始值應(yīng)用者必須掌握。如程序計數(shù)器PC復(fù)位后初值為零，PC值為單片機下一條待執(zhí)行指令地址。因而復(fù)位后單片機自動到0000H單元開始執(zhí)行首條指令。用戶RAM區(qū)是使用者真正可以自行安排使用的存儲空間。該區(qū)教材都會詳述，這里不再說明。

數(shù)據(jù)存儲空間與程序存儲空間的地址編碼方式不同。數(shù)據(jù)存儲空間采用獨立地址編碼方式，即片內(nèi)RAM與片外RAM各自起始單元地址均從0000H開始編碼地址。

2.3 存儲空間的容量

8031片內(nèi)沒有ROM，8051片內(nèi)有4k字節(jié)ROM；8031和8051片內(nèi)RAM均為256字節(jié)容量。用戶可根據(jù)需要選擇片外存儲器，組合出所需大小的容量。

8051程序存儲空間統(tǒng)一連續(xù)地址編碼，且由16位的程序計數(shù)器PC訪問，程序存儲空間地址最多由16個二進制位編碼，用十六進制表示時地址范圍最大是：0000H～FFFFH，即64kb。因此片內(nèi)ROM與片外ROM之和不大于64kb。

8051數(shù)據(jù)存儲空間片內(nèi)與片外獨立編碼地址。片外RAM最多可由P0口和P2口共同構(gòu)建的16位地址總線訪問，因而片外數(shù)據(jù)存儲空間的地址編碼最大范圍也是：0000H～FFFFH，容量64kb。因此數(shù)據(jù)存儲空間的總?cè)萘孔畲笫瞧瑑?nèi)256B加片外64kb。

初學(xué)者有時困惑于地址范圍與容量的換算。困惑的

實質(zhì)在于十六進制表達地址范圍及空間大小的不習(xí)慣。

先說十進制表達的連續(xù)單元，比如地址編碼為5～10，則

總共單元有”10-5+1”即6個單元。同樣十六進制的連

續(xù)單元，若地址范圍0000H～FFFFH，則存儲單元有”FFFFH-0000H+1H”個即10000H個存儲單元，換算為二進制是1 0000 0000 0000 0000B，即216個字節(jié)存儲單元。210為1kb，所以總?cè)萘繛?4kb。

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