3.3. Память данных

В правой части рис.3 показано расположение внутренней и внешней памяти данных, доступной пользователю. Подключение внешней памяти данных объемом до 2 Кбайт показано на рис.6, но при этом считывание программы производится из внутреннего ПЗУ. Порт 0 используется для связи с внешним ОЗУ мультиплексированной шиной адреса/данных, а 3 линии портаP2предназначены для выбора страницы ОЗУ. Для управления внешней памятью процессор генерирует сигналыRD и WR.

При этом возможна адресация до 64 Кбайт внешней памяти данных. Адрес может иметь размер в 1 или 2 байта. Однобайтная адресация часто используется при страничной организации ОЗУ. Выбор страниц осуществляется линиями портов ввода-вывода, как показано на рис.6. При использовании двухбайтной адресации старший байт адреса выводится через портP2.

Внутренняя память данных изображена на рис.7. Она может быть разделена на 3 условных блока: «нижний» (lower), «верхний» (upper) и пространствоРегистров Специальных Функций (SFR).

Рис.6. Использование внешней памяти данных

FFh . . . . . . 80h	Область внутреннего ОЗУ «Upper 128» Доступна в режиме косвенной адресации (на I8051-отсутствует )	Область регистров специ-альных функций (SFR) Доступна в режиме прямой адресации
7Fh . . . . . . 00h	Область внутреннего ОЗУ «Lower 128» Доступна в режиме косвенной и прямой адресации (присутствует на всех кристаллах MCS-51)
	Косвенная адресация	прямая адресация

Рис.7. Внутренняя память данных

Внутренняя память данных имеет байтовую адресацию, которая подразумевает 256 байт адресного пространства. Нижние 128 байт ОЗУ присутствуют на всех кристаллах MCS-51 и показаны на рис.8. Первые 32 байта сгруппированы в 4 банка по 8 регистров. Инструкции программы могут оперировать с ними как с регистрами общего назначения R0-R7. Два битаССП(PSW) определяют, какой из банков используется в текущий момент. Это позволяет более эффективно использовать память программ, поскольку регистровые инструкции выполняются быстрее. Переключение регистровых банков эффективно заменяет операция сохранения регистров в стеке на время обработки процедуры прерывания.

Следующие за регистровыми банками 16 байт образуют блок побитно адресуемого пространства. Набор инструкций семейства MCS-51 содержит широкий выбор операций над битами, а 128 бит (16 байт 8) в этом блоке могут быть прямо адресованы. Битовые адреса имеют значения от 00h до 7Fh.

Все байты в нижней 128-байтной половине памяти могут адресоваться как прямо, так и косвенно. Верхняя 128-байтная половина ОЗУ в микро-схеме I8051 отсутствует, но имеется в кристаллах с 256 байтами ОЗУ.

В табл. 2 показано размещение регистров специальных функций (SFR). Эти регистры включают в себя регистры портов, таймеры, средства управления периферией и т.д. Они доступны только при прямой адресации. Для 16 адресов в пространстве SFR имеется возможность как битовой, так и байтовой адресации (табл.4). Побитно адресуемыми регистрами являются регистры, шестнадцатиричные адреса которых заканчивается на 0 или 8. Битовые адреса в этой области располагаются со значения 80h по FFh.

Вся серия имеет базовый набор SFR, как в микросхеме I8051 по тем же адресам. Однако в кристаллах, представляющих собой дальнейшее развитие I8051, имеются и некоторые дополнительные регистры, отсутствующие в базовом варианте. Этим микросхемам свойственны свои уникальные функциональные особенности (такие, как наличие матрицы программируемых счетчиков - PCA, сторожевого таймера -HWDT, АЦП, улучшенная система прерываний и т.д.). Это подразумевает наличие новых регистров, имеющих собственные адреса в пространстве SFR; реально использующих некоторые битовые поля, зарезервированные для битовой адресации SFR в микроконтроллере I8051.

7Fh . . . 30h		Побайтно адресуемая область ОЗУ
		Побитно адресуемая область ОЗУ (битовые адреса 00h-7Fh)
2Fh	7Fh		7Eh	7Dh	7Ch		7Bh	7Ah	79h	78h
2Eh	77h		76h	75h	74h		73h	72h	71h	70h
2Dh	6Fh		6Eh	6Dh	6Ch		6Bh	6Ah	69h	68h
2Ch	67h		66h	65h	64h		63h	62h	61h	60h
2Bh	5Fh		5Eh	5Dh	5Ch		5Bh	5Ah	59h	58h
2Ah	57h		56h	55h	54h		53h	52h	51h	50h
29h	4Fh		4Eh	4Dh	4Ch		4Bh	4Ah	49h	48h
28h	47h		46h	45h	44h		43h	42h	41h	40h
27h	3Fh		3Eh	3Dh	3Ch		3Bh	3Ah	39h	38h
26h	37h		36h	35h	34h		33h	32h	31h	30h
25h	2Fh		2Eh	2Dh	2Ch		2Bh	2Ah	29h	28h
24h	27h		26h	25h	24h		23h	22h	21h	20h
23h	1Fh		1Eh	1Dh	1Ch		1Bh	1Ah	19h	18h
22h	17h		16h	15h	14h		13h	12h	11h	10h
21h	0Fh		0Eh	0Dh	0Ch		0Bh	0Ah	09h	08h
20h	07h		06h	05h	04h		03h	02h	01h	00h
1Fh . . . 18h						Регистровый банк 3
17h . . . 10h						Регистровый банк 2
0Fh . . . 08h						Регистровый банк 1
07h . . . 00h						< — SP после RESET Регистровый банк 0

Рис.8. Нижние 128 байт внутреннего ОЗУ

При программировании доступны следующие SFR-регистры:

Аккумулятор (адрес 0E0h). Кроме обращения к аккумулятору командами, использующих мнемонику «A», имеется возможность побито-вой или побайтной адресации, как SFR-регистра. Команды, предназначенные для побитной работы с аккумулятором, применяют мнемонику «ACC». Для обращения к определенному биту аккумулятора на языке ассемблера MCS-51 достаточно записать:ACC.N, где Nномер требуемого бита:

MOV ACC.0, C; пересылка в младший бит аккумулятора флага переноса.

Регистр В (адрес 0F0h). Используется при операциях умножения и деления, а также как сверхоперативный регистр. Обращение к нему, как к регистру SFR , производится аналогично аккумулятору.

Слово Состояния Программы (PSW) (адрес 0D0h). Этот регистр микроконтроллера содержит информацию о состоянии программы. Кроме неявного его использования битовыми и арифметическими командами, может быть адресован как регистр SFR, в том числе и побитно. Каждый бит PSW имеет свою собственную мнемонику, например: «PSW.AC».

Указатель стека SP (адрес 081h). Используется для указания на вершину стека в операциях записи в стек и чтении из него. Неявно используется такими командами, как PUSH, CALL, RET, RETI, POP. По аппаратному сбросу ЦП устанавливается в значение 07h (область стека в этом случае соответственно начинается с адреса внутренней памяти данных 08h) и инкрементируется при каждой записи в стек. Запись в SFR-регистр указателя стека производится для предопределения положения стека во внутренней памяти данных микроконтроллера. Здесь возможна только байтная адресация.

Указатель данных DPTR (адреса 082h, 83h). Состоит из двух байт: старшего DPH и младшего DPL. Используя как 16 или 8-битовый указатель адреса при обращении к внешней памяти или выполнения команды перехода по косвенному адресу. Обращениетолько байтное, отдельно к старшему и младшему байту.

Порты P0-P3 (адреса 80h, 90h, 0A0h, 0B0h). Этим адресам соответствуют регистры-защелки четырех 8-битных портов ввода-вывода микроконтроллера P0, P1, P2 и P3.

Буфер последовательного порта SBUF (адрес 99h). SBUF представляет собой два отдельных регистра«буфер приемника»при чтении из порта и «буфер передатчик»при записи в порт. Доступен только для байтной адресации.

Регистр управления последовательным портом SCON(адрес 098h). Предназначен для управления работой последовательного порта. Обращение к данному регистру может быть как побайтным, так и побитным.

Регистры таймера/счетчика TL0, TL1, TH0, TH1 (адреса 8Ah, 8Bh, 8Ch, 8Dh). Образуют 16-битные регистры таймеров/счетчиков 0 и 1. Подробно описаны в разделе «Организация таймеров/счетчиков». Обращение к регистрамтолько байтное.

Регистр режима таймера/счетчика TMOD (адрес 89h).

Регистр управления таймера/счетчика TCON (адрес 88h). Предназначены для управления работой таймера/счетчика МК.

Регистр разрешения прерываний IE (адрес 0A8h).

Регистр приоритетов прерываний IP (адрес 0B8h). Определяют работу системы прерываний микроконтроллера. Возможно как побитное, так и побайтное обращение к регистрам.

Регистр управления энергопотреблением PCON (адрес 87h). Содержит бит управления скоростью работы последовательного канала и биты, управляющие энергопотреблением в CHMOS-кристаллах (I8051 и т.п.).

Таблица 4

Регистры специальных функций при побитной адресации

		Мнемоника регистра / битовые адреса
Адрес	7		6	5	4	3	2	1	0	Имя SFR
F0h	— F7h		— F6h	— F5h	— F4h	— F3h	— F2h	— F1h	— F0h	B
E0h	— E7h		— E6h	— E5h	— E4h	— E3h	— E2h	— E1h	— E0h	A
D0h	CV D7h		AC D6h	F0 D5h	RS1 D4h	RS0 D3h	OV D2h	— D1h	P D0h	PSW
B8h	— —		— —	PT2 BDh	PS BCh	PT1 BBh	PX1 BAh	PT0 B9h	PX0 B8h	IP
B0h	— B7h		— B6h	— B5h	— B4h	— B3h	— B2h	— B1h	— B0h	P3
A8h	EA AFh		— —	ET2 ADh	ES ACh	ET1 ABh	EX1 AAh	ET0 A9h	EX0 A8h	IE
A0h	— A7h		— A6h	— A5h	— A4	— A3h	— A2h	— A1h	— A0h	P2
98h	SM0 9Fh		SM1 9Eh	SM2 9Dh	REN 9Ch	TB8 9Bh	RB8 9Ah	TI 99h	RI 98h	SCON
90h	— 97h		— 96h	— 95h	— 94h	— 93h	— 92h	— 91h	— 90h	P1
88h	TF1 8Fh		TR1 8Eh	TF0 8Dh	TR0 8Ch	IE1 8Bh	IT1 8Ah	IE0 89h	IT0 88h	TCON
80h	— 87h		— 86h	— 85h	— 84h	— 83h	— 82h	— 81h	— 80h	P0