Память программ микроконтроллеров MCS-51
Память программ предназначена для хранения программ и имеет отдельное от памяти данных адресное пространство объемом 64 Кбайт, причем у некоторых микросхем (например, КР1816ВЕ51, КМ1819ВЕ751, КР1830ВЕ51) для хранения управляющих программ на кристалле микроконтроллера расположено ПЗУ. Это ПЗУ отображается в область младших адресов памяти программ. Поскольку выполнение программы после сброса микроконтроллера всегда начинается с нулевого адреса памяти программ, при включении питания начнет выполняться программа, записанная во внутреннем 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 РЗ в качестве расширителя адреса объем подключаемой ПЗУ может быть увеличен до 1 Гбайт).
Микроконтроллеры семейства MCS-51 имеют внешний вывод ЕА, с помощью которого можно запретить работу внутренней памяти, для чего необходимо подать на вывод ЕА логический 0 (соединить этот вывод с общим проводом). 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 ЕА = 0 независимо от адреса обращения.
2. В любом случае, если программный счетчик (PC) содержит число большее, чем максимальный адрес внутренней памяти программ.
Распределение памяти программ микроконтроллера КР1830ВЕ51 представлено на рис. 6.10. На этом рисунке объем внутренней памяти приведен для микроконтроллеров 1816ВЕ751. У других микросхем этого семейства он может оказаться другим, и соответственно будет иначе проходить граница между внутренней и внешней памятью программ. Количество доступных векторов прерываний тоже зависит от конкретного типа микроконтроллера.
Рис. 6.10.Распределение памяти программ микроконтроллеров КР1830ВЕ751
Адреса векторов прерываний и соответствующие им аппаратные источники прерываний для микроконтроллеров АТ89с52 приведены в табл. 6.3. Векторы прерываний и принципы работы с этими особыми ячейками памяти программ будут рассмотрены позднее.
Сейчас разработано огромное количество микросхем, принадлежащих к этому семейству микросхем, у многих из них есть дополнительные векторы прерываний. Для получения сведений об этих векторах прерываний необходимо обратиться к техническим описаниям соответствующих микроконтроллеров. Принципы работы с основными и с дополнительными векторами прерываний ничем не отличаются.
Для чтения памяти программ используются команды с мнемоническим обозначением MOVC. Например:
MOVC A, A+@DPTR ;Считать байт из памяти программ по адресу, вычисляемому как сумма содержимого регистров аккумулятора и DPTR
MOVC А, А+@РС ;Считать байт из области памяти программ, начинающейся за данной командой
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 микроконтроллеру при помощи схемы, изображенной на рис. 6.6. Максимальный объем этой памяти определяется регистром DPTR и составляет 64 Кбайт. Адресное пространство памяти данных показано на рис. 6.11. Точно так же, как и в случае внешней памяти программ, объем доступной внешней памяти данных может быть увеличен за счет использования портов P1 и РЗ до 1 Гбайт.
Рис. 6.11. Адресное пространство внешней памяти данных
Внешняя память данных для своей работы требует использования портов Р0, Р2 и РЗ. Это приводит к увеличению габаритов устройства, росту уровня помех и, в конечном итоге, удорожанию устройства в целом. Поэтому в современных устройствах внешняя память обычно не используется.
Однако в некоторых микроконтроллерах (таких как 87с550 фирмы Dallas или ADuC834 фирмы Analog Devices) команды обращения к внешней памяти используются для работы с дополнительной внутренней памятью большого объема.
Для обращения к внешней памяти данных служат команды, использующие 16-разрядный регистр адреса DPTR:
MOVX A, @DPTR ;команда чтения
MOVX @DPTR, А ;команда записи
Иногда для того, чтобы сохранить Р2 в качестве параллельного порта, для обращения к внешней памяти данных применяют команды, использующие 8-разрядные регистры адреса R0 или R1:
MOVX A, @R0 ;команды
MOVX A, @R1 ;чтения
MOVX @R0, A ;команды
MOVX @R1, A ;записи
В этом случае адресное пространство внешней памяти данных уменьшается до размеров страницы 256 байт, как это показано на рис. 6.11.
Отметим, что в качестве внешней памяти данных могут быть использованы как микросхемы ОЗУ, так и микросхемы ПЗУ. В последнем случае соответствующая область памяти данных будет доступна только для чтения. Это необходимо учитывать при написании программы микроконтроллера.
Внутренняя память данных микроконтроллеров MCS-51
Несмотря на то, что внутренняя память данных имеет самое маленькое адресное пространство из рассматриваемых, оно устроено наиболее сложным образом. Распределение памяти данных микроконтроллеров серии MCS-51 приведено на рис. 6.12.
Рис. 6.12. Адресное пространство внутренней памяти данных
Внутреннее ОЗУ данных предназначено для временного хранения информации, используемой в процессе выполнения программы, и занимает 128 младших байтов, с адресами от 000h до 07Fh для микроконтроллеров 8051, 8031, КР1816ВЕ31, КР1816ВЕ51, КР1816ВЕ751 КР1830ВЕ31, КР1830ВЕ51, КР1830ВЕ751 или 256 8-разрядных ячеек с адресами от 000h до 0FFh для всех остальных микроконтроллеров семейства.
Регистры специальных функций занимают адреса внутренней памяти данных с 080h no 0FFh. Так как адреса регистров специальных функций совпадают со старшими адресами внутреннего ОЗУ данных, то имеются особенности их использования.
Система команд микроконтроллера позволяет обращаться к ячейкам внутренней памяти данных при помощи прямой и косвенно-регистровой адресации. Обращение к ячейкам памяти с адресами 0-127 (0-7Fh) происходит с использованием любого из этих видов адресации и будет производить выборку одной и той же ячейки памяти. При обращении к ячейкам ОЗУ с адресами 128 (080h)-256 (0FFh) следует воспользоваться косвенно-регистровой адресацией. Учитывая, что работа со стеком ведется при помощи косвенной адресации, а сам стек растет вверх, имеет смысл размещать в этой области памяти стек. Само понятие стека и особенности его использования будут рассмотрены позднее. Если же требуется обратиться к регистрам специальных функций, то нужно использовать прямую адресацию. Например:
MOV A, 80h ;Скопировать сигналы с внешних выводов порта Р0 в аккумулятор
MOV R0, #80h ;Скопировать в аккумулятор содержимое
MOV A, @R0 ;ячейки внутреннего ОЗУ с адресом 80h
Регистры общего назначения позволяют писать самые эффективные программы. У микроконтроллеров семейства MCS-51 для программирования доступны восемь регистров. Более того, в этом семействе микроконтроллеров есть четыре набора (банка) регистров с именами RB0-RB3. Для сравнения такие мощные процессоры, как "электроника-79" и SPARC, обладают всего двумя наборами регистров. Банк регистров состоит из восьми 8-разрядных регистров с именами R0, R1…, R7.
Несколько банков регистров служат для организации независимой работы нескольких параллельно выполняемых программных потоков.
Переключение банков регистров производится при помощи двух особых битов, входящих в состав регистра слова состояния программы PSW (биты RS0 и RS1). Если организация нескольких параллельных потоков обработки данных не нужна, то можно пользоваться только нулевым банком регистров, включающимся автоматически после подачи питания и сброса микроконтроллера, остальные ячейки памяти использовать как обычное ОЗУ.
Все четыре банка регистров объединены с 32 младшими байтами внутреннего ОЗУ данных (см. рис. 6.12). Так как физически регистры и ячейки внутреннего ОЗУ объединены, то команды программы могут обращаться к регистрам, используя или их имена R0-R7 (регистровая адресация):
MOV A, R0 ;Скопировать содержимое регистра R0 в аккумулятор
MOV R7, А ;Скопировать содержимое регистра R7 в аккумулятор
или их адрес во внутренней памяти данных (прямая байтовая адресация):
MOV А, 0 ;Скопировать содержимое нулевой ячейки ОЗУ в аккумулятор