80C51单片机的内部RAM简介

Baekhyn0506 2022-10-18 11552

控制/MCU

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描述

80C51内部RAM有256个单元，通常在空间上分为两个区。

低128个单元(00H~7FH)的内部数据RAM区和高128个单元(80H~0FFH)的专用寄存器SFR区。

内部RAM低128单元

80C51低128个单元是真正的内部数据RAM区，是一个多功能复用性数据存储器，其按用途可分为3个区域，如下图所示：

RAM

1)工作寄存器区(00H~1FH)

工作寄存器区也称为通用寄存器，该区域共有4组寄存器，每组由8个寄存器组成，每个单元8位，各组均以R0~R7作为寄存器编号，共32个单元，单元的地址为00H~1FH。

在任一时刻，CPU只能使用其中一组通用寄存器，称为当前通用寄存器组，具体可由程序状态寄存器PSW中的RS1，RS0位的状态组合来确定。

通用寄存器位CPU提供了就近存取数据的便利，提高了工作速度，也为编程提供了方便。

2)位寻址区(20H~2FH)

内部RAM的20H~2FH共16个单元，计16*8=128位，位地址为00H~7FH。

位寻址区既可以作为一般的RAM区进行字节操作，也可以对单元的每一位进行位操作，因此称为位寻址区，是存储空间的一部分。

3)用户RAM区(30H~7FH)

所剩的80个单元即为用户RAM区，单元地址为30H~7FH，这些单元可以作为数据缓冲器使用，在一般应用中把堆栈设置在该区域中，栈顶的位置由堆栈指针SP指示。

对内部RAM低128单元的使用作几点说明：

1>80C51内部RAM 00H~7FH单元可采用直接寻址或间接寻址方式实现数据传送;

2>内部RAM 20H~2FH单元的位地址空间可实现位操作，当前工作寄存器组可通过软件对PSW中的RS1，RS0位的状态设置来选择。

内部RAM高128单元

内部RAM高128单元是供给专用寄存器使用的，因此称为专用寄存器区(也称为特殊功能寄存器区，SFR区)，单元地址是80H~0FFH。

80C51共有22个专用寄存器，其中程序计数器在物理上独立的，没有地址，故不可寻址，它不属于SFR区。

其余的21个专用寄存器都属于SFR区，是可寻址的，他们的单元地址离散地分布于80H~0FFH，如下表。

RAM

下面有关专用寄存器功能介绍。

1)程序计数器PC

PC是一个16位计数器，其内容为单片机将要执行的指令机器码所在存储单元的地址。PC具有自动加1的功能，从而实现程序的顺序执行。

由于PC是不可寻址的，因此用户无法对他进行读/写操作，但可以通过转移，调用，返回等指令改变其内容，以实现程序的转移。PC的寻址范围为64KB，即地址空间为0000~0FFFFH。

2)累加器ACC或A

累加器ACC是8位寄存器，是最常用的专用寄存器，功能强，地位重要。它既可存放操作数，又可以存放运算的中间结果。

80C51系列单片机中许多指令的操作数来自累加器ACC。累加器非常繁忙，是单片机的执行程序瓶颈，制约了单片机工作效率的提高，现在已经有些单片机用寄存器阵列来代替累加器ACC。

3)寄存器B

寄存器B是8位寄存器，主要用于乘除运算。乘法运算时，B中存放乘数，乘法操作后，高8位结果存于B寄存器中。

除法运算时，B中存放除法，除法操作后，余数存于寄存器B中，寄存器B也可作为一般的寄存器用。

4)程序状态字PSW

程序状态字是8位寄存器，用于指示程序运行状态信息。其中有些位是根据程序执行结果由硬件自动设置的，而有些位可由用户通过指令方法设定。

PSW中各标志位名称及定义如下：

RAM

CY：进(借)位标志位，也是位处理器的位累加器C。在加减运算中，若操作结果的最高位有进位或有借位时，CY由硬件自动置1，否则清0。

在位操作时，CY作为累加器C使用，参与进行位传送，位与，位或等位操作。另外，某些控制转移类指令也会影响CY位状态。

AC：辅助进(借)位标志位。在加减运算中，当操作结果的低4位向高4位进位或借位时，此标志位由硬件自动置1，否则清0。

F0：用户标志位，由用户通过软件设定，用以控制程序转向。

RS1，RS0：寄存器组选择位。用于设定当前通用寄存器组的组号。

通用寄存器组共有4组，其对应关系如下表：

RAM

RS1，RS0的状态由软件设置，被选中寄存器组为当前通用寄存器组。

OV：溢出标志位，在带符号数(补码数)的加减运算中，OV=1表示加减运算的结果超出了累加器A的8位符号数表示范围(-128~+127)，产生溢出，因此运算结果是错误的。OV=0，表示结果未超出255，结果只存在A中。

除法时，OV=1，表示除数为0。OV=0，表示除数不为0。

P：奇偶标志位，执行结果中含1的奇偶状态，即是奇数个1，还是偶数个1。

5)数据指针DPTR

数据指针DPTR为16位寄存器，它是80C51中唯一的一个16位寄存器。编程时，既可以按16位寄存器使用，也可以作为两个8位寄存器分开使用。

DPH为DPTR的高8位寄存器，DPL为DPTR的低8位寄存器。DPTR通常在访问外部数据存储器或I/O接口时作为地址指针使用，寻址范围为64KB。

6)堆栈指针SP

在微型计算机的内存中，都需要设置一个对数据实行后进先出操作的区域，这个区域称为堆栈。

堆栈通常是存储器的一部分，为了保证栈区的数据能按后进先出的规则来操作，专门设置一个地址寄存器来管理，这个地址寄存器称为堆栈指针SP，用于指示栈顶单元地址。

51系列单片机中堆栈指针SP为8位寄存器。

在51系列单片机中，当数据存入堆栈中，堆栈指针将自动加1并将数据存入堆栈指针所指的存储单元，当需要从堆栈中取出数据时，首先将堆栈指针所指的存储单元中的数据读出，然后自动将堆栈指针减1。

所以堆栈指针始终指向堆栈中最后存入数据的那个单元，故称该单元为堆栈顶栈。由于数据存入堆栈时堆栈指针自动加1(地址增大)，所以称为向上生长型堆栈。

操作规程时：进栈操作，先将SP加1，后写入数据;出栈操作，先读出数据，后将SP减1。

51系列单片机中，堆栈规定设在单片机的内部RAM中，同时在特殊功能寄存器中将81H设置为堆栈指针，即SP=81H，81H的内容指示了栈顶地址。

堆栈的主要功能是保护断点和保护现场。51系列单片机系统复位时，SP=07H。

由于89C51片内RAM区有限，所以栈顶越小，堆栈深度就越深。为便于通用4组寄存器组都能使用，一般在系统初始化时使用MOV SP, #30H将栈顶设置在30H位置处。

堆栈的使用方式有两种，一种是自动方式，在调用子程序或中断时，返回地址自动进栈。程序返回时，断点再自动弹回PC。这种方式无须用户操作。

另一种指令模式，进栈指令是PUSH，出栈指令是POP。

7)电源控制及波特率选择控制寄存器PCON

PCON为8位寄存器，主要用于控制单片机工作于低功耗模式。80C51单片机的低功耗方式有待机方式和掉电保护方式两种。

待机方式和掉电保护方式都由专用寄存器PCON的有关位来控制。PCON寄存器不可位寻址，只能字节寻址。

RAM

PD：掉电保护位，为1时进入掉电保护方式;

IDL：待机方式位，为1时进入待机方式。

8)并行I/O端口P0~P3

专用寄存器P0，P1，P2，P3分别是并行I/O口P0~P3的数据锁存器。在80C51系列单片机中，没有专门的I/O口操作指令，而采用同一的MOV指令操作，把I/O口当做一般的专用寄存器使用。

9)串行数据缓冲器SBUF

串行数据缓冲器SBUF是串行口的一个专用寄存器，由一个发送缓冲器和一个接收缓冲器组成。两个缓冲器在物理上独立，但公用一个地址(99H)。SBUF用来存放要发送的或已接收的数据。

10)定时/计数器的专用寄存器

80C51系列单片机中有两个16位的定时/计数器T0和T1，它们分别由两个独立的8位计数器组成，T0由专用寄存器TH0，TL0组成。T1由专用寄存器TH1，TL1组成。

11)控制类专用寄存器

IE，IP，TMOD，TCON，SCON寄存器是中断系统，定时/计数器，串行口的控制寄存器，包含控制位和状态位。控制位是编程写入的控制操作位。

对专用寄存器的字节寻址作如下几点说明：

1>21个可字节寻址的专用寄存器离散分散在内部RAM的高128单元，其余的空闲单元为保留区，无定义，用户不能使用。

2>程序计数器PC是唯一不能寻址的专用寄存器，PC不占用内部RAM单元，它在物理上是独立的。

3>对专用寄存器只能使用直接寻址方式，在指令中可写成寄存器符号或单元地址形式。

在21个可寻址的专用寄存器中，有11个寄存器它们的字节地址都能被8整除，可以进行位寻址，即可对这些专用寄存器单元的每一位进行位操作，每一位都有固定的位地址。

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