Построение памяти микроконтроллеров семейства MCS-51

Микроконтроллеры семейства MCS-51 построены по Гарвардской архитектуре. Это означает, что память данных и память программ в этих микросхемах разделены и имеют отдельное адресное пространство. В этих микроконтроллерах имеется пять адресных пространств: память программ, внешняя память данных три для внутренней памяти. Такое построение памяти позволяет удвоить доступное адресное пространство. Кроме того такое построение памяти позволяет в ряде случаев увеличить быстродействие микросхем.

Схема подключения внешних микросхем памяти к микроконтроллерам семейства MCS-51 показана на рисунке 1. Регистр адреса D3 на этой схеме предназначен для запоминания младших 8-ми бит адреса, передаваемых через шину данных/памяти, совмещенную с портом P0. Старшие восемь бит адреса передаются через шину адреса, совмещенную с портом P2. Во время передачи адреса через порт P0, микроконтроллер вырабатывает синхроимпульс на ножке ALE. Именно этот импульс позволяет запомнить младший байт адреса в регистре D3.

Для обращения к памяти данных и к памяти программ используются одни и те же шина адреса и шина данных, но разные управляющие сигналы. Для чтения памяти программ вырабатывается сигнал PSEN, а для чтения памяти данных вырабатывается сигнал RD. Для записи информации в память данных вырабатывается сигнал WR. То есть память программ доступна только для чтения, а память данных доступна и для чтения и для записи любой информации, записанной в двоичном коде.

Рисунок 1. Схема подключения схем внешней памяти к микроконтроллерам семейства MCS-51

Память программ микроконтроллеров MCS-51

Память программ предназначена для хранения программ и имеет отдельное от памяти данных адресное пространство объемом 64 Кбайт, причем для некоторых микросхем (например КР1816ВЕ51, КМ1819ВЕ751, КР1830ВЕ51) для хранения программ на кристалле микроконтроллера расположено ПЗУ. Это ПЗУ отображается в область млаших адресов памяти программ. Учитывая, что выполнение программы после сброса микроконтроллера всегда начинается с нулевого адреса памяти программ, то при включении питания начнет выполняться программа, записанная во внутненнем ПЗУ микроконтроллера. Микроконтроллеры, не имеющие внутреннего ПЗУ (например КР1816ВЕ31 и КР1830ВЕ31) могут работать только с внешней микросхемой ПЗУ емкостью до 64 Кбайт (при использовании портов P1 и P3 в качестве расширителя адреса объем подключаемой ПЗУ может быть увеличен до 1Гбайта). Микроконтроллеры семейства MCS-51 имеют внешний вывод EA, с помощью которого можно запретить работу внутренней памяти, для чего необходимо подать на вывод EA логический "0" (соединить этот вывод с корпусом). При этом внутренняя память программ отключается и, начиная с нулевого адреса, все обращения происходят к внешней памяти программ.

 Доступ к внешней памяти программ осуществляется в двух случаях:

1. при действии сигнала EA=0 независимо от адреса обращения,
2. в любом случае, если программный счетчик (РС) содержит число большее, чем максимальная ячейка внутренней памяти программ.

Распределение памяти программ микроконтроллера КР1830ВЕ51 представлено ниже:

Для чтения памяти программ используются команды MOVC A, A+@DPTR и MOVC A, A+@PC

Рисунок 2. Адресное пространство памяти программ.

Для других микроконтроллеров этого семейства изменяется только объем внутренней памяти программ и количество доступных векторов прерываний программы.

Ниже приведены адреса векторов прерываний и соответствующие им аппаратурные источники прерываний программы:

Внешняя память данных микроконтроллеров MCS-51

Внешняя память данных предназначена для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы. Эта память физически должна быть подключена к микросхеме микроконтроллера при помощи схемы, изображенной на рисунке 1. Максимальный объем этой памяти определяется регистром DPTR и составляет 64 Кбайта. Точно также как и в случае внешней памяти программ, объем внешней памяти данных может быть увеличен за счет использования портов P1 и P3 до 1 Гбайта. Внешняя память данных для своей работы требует использование портов P0, P2 и P3. Это приводит к увеличению габаритов устройства, увеличению уровня помех и, в конечном итоге, увеличения стоимости устройства в целом. Поэтому в современных устройствах внешняя память не используется. Однако, в некоторых микроконтроллерах (например 87с550 фирмы DALLAS) команды обращения к внешней памяти используются для работы с дополнительной внутренней памятью большого объема.

	Для обращения к внешней памяти данных используются команды MOVX A, @DPTR (команда чтения) и MOVX @DPTR, A (команда записи)
	Иногда для того, чтобы сохранить порт P2  в качестве порта общего использования, для обращения к памяти данных используются команды MOVX A, @R0 или MOVX A, @R0 (команды чтения) MOVX@R0, A MOVX@R0, A (команды записи)

Рисунок 3. Адресное пространство внешней памяти данных.

Отметим, что в качестве внешней памяти данных могут быть использованы как микросхемы ОЗУ так и микросхемы ПЗУ.

Внутренняя память данных микроконтроллеров MCS-51

Внутренняя память данных (RAM) предназначена для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы. Внутренняя память данных представляет собой 128 восьмиразрядных ячеек, с адресами от 000h до 07Fh для микроконтроллеров 8051, 8031, КР1816ВЕ31, КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31, КР1830ВЕ51, КР1830ВЕ751 или 256 восьмиразрядных ячеек, с адресами от 000h до 0FFh для всех остальных микроконтроллеров семейства. Распределение памяти данных микроконтроллеров серии MCS-51 приведено на рисунке 4.

Адреса с 080h по 0FFh используются регистрами специальных функций. 

Младшие 32 байта внутреннего ОЗУ данных объединены с 4^мя банками регистров (RB0 - RB3). Банк регистров состоит из восьми восьмиразрядных регистров с именами R0, R1, …, R7. Несколько банков регистров служат для организации независимой работы нескольких параллельно выполняемых программ. Переключение банков регистров производится при помощи двух особых бит регистра слова состояния программы PSW (RS0 и RS1).

Команды программы могут обращаться к регистрам, используя их имена R0-R7 (MOV A, R0 или MOV R7, A), или используя их адрес во внутренней памяти данных (MOV A, 0 или MOV 7, A).

Рисунок 4. Адресное пространство внутренней памяти данных.

Следующие после банков регистров внутреннего ОЗУ данных 16 ячеек памяти (адреса 20Н-2FH) образуют область памяти, к которой возможна как байтовая, так и битовая адресация. В этих ячейках располагаются 128 программных флагов (битовых ячеек памяти). Обращение к этим ячейкам возможно по их битовым адресам. Например команды SETB 15 или JB 15 обращаются к 15 флагу, расположенному в старшем бите байтовой ячейки памяти 21h.

Использование однобитовых ячеек памяти позволяет сократить необходимый для работы программы объЈм памяти данных

Регистры специальных функций.

Регистры специальных функций - это дополнительные устройства, которые отображаются в адресное пространство внутренней памяти данных. В различных микроконтроллерах состав дополнительных устройств различается. Микроконтроллеры различаются между собой количеством параллельных портов, последовательных портов, таймеров. Некоторые из регистров специальных функций с указанием их адресов в адресном пространстве SFR внутреннего ОЗУ приведены на рисунке 4:

Рисунок 4. Адресное пространство регистров специальных функций.

Примечание: регистры, выделенные:

1. жирным подчеркнутым текстом- присутствуют во всех микросхемах семейства;
2. жирным текстом- отсутствуют в микросхемах 8051,8031, КР1816ВЕ31, КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31, КР1830ВЕ51, КР1830ВЕ751;
3. обычным текстом- присутствуют только в микросхемах 8Х51FA, FB, FC и GB
4. курсивом- присутствуют только в микросхеме 8Х51GB

[Назад] [Содержание] [Вперёд]