51单片机的存储空间梳理

文/Edward

我们在学习传统的MCS-51单片机的时候，一定学习过51单片机的存储结构。传统的MCS-51存储器有三个空间，分别是片内RAM（内部数据存储器）、片外RAM（外部扩展的数据存储器） 和 ROM（内部或者外部程序存储器）。

按照具体数据的物理存储空间来说，MCS-51单片机在有四个物理存储空间，它们分别是：片内程序存储器(片内ROM)、片外程序存储器(片外ROM)、片内数据存储器（片内RAM）、片外数据存储器(片外RAM)。

1  片内RAM空间

上述的这四种物理存储空间中，最早的8031单片机，只有数据存储器即内部RAM是标配的，其他都需要外扩，而到来的8051兼容机中，内部的数据存储器（RAM）和内部的程序存储器（ROM）都成了标配。只不过更加不同型号，RAM和ROM的大小有些许区别。

那么，在那个存储器贵如金的年代，为何还要将RAM作为标配？而且这个还是价格非常昂贵的静态RAM。这是因为，哈佛结构的计算机，存储器是整个计算体系的核心，你可以发现，51单片机外设相关的存储器，它们都被编入数据存储器（RAM）的地址。如图1所示。

图1 MCS-51单片机内部256字节RAM存储分布

由图1中，我们可以发现，MCS-51单片机的地址范围是00H到7FH （52系列延伸到FFH），为8位地址，所以最大可寻址的范围为256个单元地址。

这些地址被分成4个功能区：

• 地址00H~1FH，共32字节，分成四个工作寄存器区，每区有寄存器 R0~R7。此存储区如果需要使用寄存器进行数据的存储，则可以直接使用寄存器寻址。如“MOV A，R0”。

• 地址20H-2FH，共16字节，是位寻址区，共有128个“位”，位地址：00~7FH。此区域的变量，也可按照字节寻址，来读写。如，我们将20H地址的第0位（0或者1）移入程序状态字（PSW）的进位标志位（C），则可以：“MOV C, 20H.0”。

• 地址30H-7FH，这个区域内的内存空间，主要是存放用户编写程序时产生的临时数据，这块区域内的寻址方式都为间接寻址，而且只能按照字节单位进行寻址。如果使用C语言要访问内部存储区，那么你所定义的指针只能指向这一片地址。

• 地址80H-FFH，此区域为特殊功能寄存器区（SFR），共有128个地址，其中离散的分布着21个特殊功能寄存器，必须直接寻址才能读写。另外，部分地址可以被8整除的特殊功能寄存器，也可以支持位寻址。（52系列，在此范围，还有128字节的 RAM，必须间接寻址才能读写）。

• 注意，在51单片机的内部RAM中进行编程的时候，必须使用MOV指令进片内RAM的读写。

 2  外部RAM扩展

除了内部RAM的这些存储空间，MCS-51单片机也支持外部RAM的扩展。普通51单片机最大可以片外扩展64K字节空间的RAM，其地址范围为0000H~FFFFFH，我们可以使用标准MCS-51单片机的P0口和P2口对RAM进行扩展。其扩展电路如图2所示。

图2 外部RAM扩展

片外RAM地址的最大范围是0000H到FFFFH，即最大容量为64KB。对片外RAM读写，必须使用 MOVX 指令。

对片外RAM采用间接寻址方式，R0、R1和DPTR都可以做为间接寻址寄存器，R0、R1是8位的寄存器，即R0、R1的寻址范围最大为256个单元，而DPTR是16位地址指针，寻址范围就可达到64KB。

也就是说在寻址片外RAM时，寻址范围超过了256B，就不能用R0、R1做为间接寻址寄存器，而必须用DPTR寄存器做为间接寻址寄存器。

 3  片外ROM扩展

除了RAM可以扩展之外，51单片机还支持外部程序存储器的扩展，此时做外ROM扩展的时候，需要使用到PSEN引脚去做芯片的选通。PSEN（非）为外部程序存储器读选通信号，在读外部ROM时PSEN（非）低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作，全拼为Program Store Enable。外部ROM的扩展电路如图3所示。

图3 MCS-51单片机外部ROM扩展

ROM的地址范围是0000H到FFFFH，容量即为64KB，地址长度16位，作用是 存放程序及程序运行时所需的常数。

其中4K地址（0000~0FFFH）的空间保留在了在片内，剩余的其它地址被用作片外ROM的地址，因此如果要扩展片外ROM，则其地址范围最大为（0x1000~0xffff）。当引脚EA为高电平时，则寻址内部ROM，当EA为低电平时，则寻址外部ROM。如果单片机想要读取ROM中的数据，必须使用 MOVC 指令。