2.4 80C51单片机的存储器组织

80C51单片机的存储器在物理结构上分为程序存储器和数据存储器，共有四个存储空间：分别是片内程序存储器、片内数据存储器、片外程序存储器和片外数据存储器。存储空间分布如图2-4所示，从使用者的角度看，80C51单片机存储器的地址空间为三类：程序存储器、数据存储器、特殊功能寄存器。

图2-4 80C51存储器物理结构

2.4.1 80C51单片机的程序存储器

80C51单片机的程序存储器最大配置为64KB，用于存放编好的程序和表格常数。由图2-4所示可知，程序存储器由两个部分组成：片内程序存储器ROM，8051/8751的容量为4KB，地址为0000H～0FFFH；片外程序存储器最多可扩至64KB，地址为1000H～FFFFH，片内外统一编址。并且通过引脚进行设置。

1.EA引脚的作用

当引脚接高电平（=1）时，80C51单片机程序计数器在0000H～0FFFH范围内（即前4KB地址）执行片内ROM中的程序；当指令地址超过0FFFH后，就自动转向执行片外ROM中的程序。80C51单片机从片内程序存储器和片外程序存储器取值时执行速度相同。

当引脚接低电平（=0）时，80C51单片机片内ROM不起作用，CPU只能从片外扩展的程序存储器ROM中取指令执行，片外扩展的程序存储器ROM的地址从0000H开始编址。这种接法特别适用于无片内程序存储器的8031型号的单片机。

CPU访问片内、片外ROM时，使用MOVC指令。

2.程序存储器中的保留单元

程序存储器的某些单元是留给系统使用的，见表2-1。由于80C51单片机上电复位后，程序计数器的内容为0000H，所以CPU总是从0000H开始执行程序。存储单元0000H～0002H用做80C51单片机上电复位后引导程序的存放单元。使用时通常在这三个单元中存放一条转移指令（LJMP MAIN），那么程序就被引导到转移指令指定的程序段去执行。

表2-1 保留的存储单元

80C51单片机有5个中断源，在程序存储器中规定了5个中断服务程序的入口，并且在每个中断向量之间有8个单元提供用户使用。例如，外部中断0引脚（P3.2）有效时，向CPU发出中断申请，CPU响应的中断请求后自动将中断服务程序的入口地址0003H装入PC，程序就自动转向0003H单元开始执行。如果事先在0003H～000AH存入转移到中断服务程序的转移指令，则程序就被自动转移到指定的中断服务程序空间去执行。

2.4.2 80C51单片机的数据存储器

数据存储器RAM用于存放运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。数据存储器空间也分成片内和片外两大部分，片内存储器空间为256B，地址范围为00H～0FFH；片外数据存储器空间可扩展为64KB，地址范围为0000H～0FFFFH。下面分别进行介绍。

1.片外RAM

片外数据存储器通过硬件电路可以扩展为64KB，地址范围为0000H～0FFFFH。使用时通过“MOVX”指令进行数据存取。

2.片内RAM

片内数据存储器共有128B，地址范围为00H～7FH。它们又分为三个部分：工作寄存器区、位寻址区和用户区。

1）地址为00H～1FH的32B定义为工作寄存器区，并且分成四组来使用，称为0组、1组、2组和3组。每组有8个工作寄存器，每个字节定义为一个工作寄存器，分别用R0～R7表示。每组寄存器均可选作CPU的当前工作寄存器组。若程序中并不需要四组寄存器，其余可以作一般RAM单元使用。CPU复位后，选中第0组寄存器为当前的工作寄存器。通过对程序状态字PSW中RS1、RS0的设置，可以选择其他组为当前工作寄存器，见表2-2。

2）地址为20H～2FH的单元为“位寻址区”，这16B既可以按字节寻址，也可以按位寻址。这16B总共128bit，每1bit都有唯一的位地址，可通过位寻址方式访问其各位，其位地址分布见表2-3。

表2-2 工作寄存器地址表

表2-3 RAM位寻址区地址表

3）地址为30H～7FH的单元为用户区，用户可以在这个区域存取数据，也可以定义为堆栈区。

对于128B的RAM区，CPU访问时可以采用字节地址或位地址方式。如果访问位地址区，就用位寻址方式，否则可以采用直接寻址或间接寻址方式。

位寻址能力是80C51单片机的一个重要特点。这些可寻址位，通过执行指令可直接对某一位操作，如置1、清0等，可用作软件标志位或用于位（布尔）处理。

2.4.3 80C51单片机的特殊功能寄存器

80C51单片机片内RAM的地址空间80H～FFH为特殊功能寄存器（SFR）区，有21个特殊功能寄存器，它们离散地分布在80H～FFH的RAM空间中。访问特殊功能寄存器只允许使用直接寻址方式，这些特殊功能寄存器见表2-4所示。

在表2-4中，有21个特殊功能寄存器，有些特殊功能寄存器的符号地址上标有“※”号，它表示该特殊功能寄存器既可以位寻址也可以字节寻址。表中有10个寄存器是既可以

表2-4 80C51单片机特殊功能寄存器表

位寻址也可以字节寻址，特征是它们的字节地址正好能被8整除，其地址分布见表2-5。下面介绍部分特殊功能寄存器，其余将在后续章节中讲述。

表2-5 特殊功能寄存器地址表

（续）

1）累加器ACC是80C51单片机最常用的8位特殊功能寄存器；在执行运算指令时，许多指令的操作数取自于ACC，许多运算中间结果也存放于ACC中。在指令系统中用A作为累加器ACC的助记符。

2）寄存器B在乘、除指令中使用最多。乘法指令的两个操作数分别取自A和B，乘积存于B和A两个8位寄存器中。详见乘除法指令，在其他指令中，B可作为一般通用寄存器或一个RAM单元使用。

3）程序状态字寄存器PSW，它的8位包含了程序执行后的状态信息，供程序查询和判断之用。其各位含义如下：

CY：进位、借位标志位，有进位、借位时CY=1，否则CY=0。

AC：辅助进位、借位标志位，当高半字节与低半字节间有进位或借位时AC=1，否则AC=0。

F0：用户标志位，由用户自己定义。

RS1、RS0：当前工作寄存器组选择位，工作寄存器地址表见表2-2。

OV：溢出标志位，有溢出时OV=1，否则OV=0。

P：奇偶标志位，存于ACC中的运算结果有奇数个1时P=1，否则P=0。

4）8位堆栈指针寄存器SP，它总是指向栈顶。80C51单片机的堆栈通常设在30H～7FH这一段RAM中。在系统上电或复位时，SP的初始值为07H，可以在初始化程序中重新设置。

80C51单片机堆栈操作遵循“先进后出，后进先出”的原则：入栈操作时，首先执行SP加1操作，然后数据入栈存入SP指向的单元；出栈操作时，先将SP指向单元的数据弹出，然后执行SP减1操作，这时SP指向的单元是新的栈顶。由此可见，80C51单片机的堆栈区是向地址增大的方向生成的。

5）16位数据指针寄存器DPTR，通常作为地址寄存器使用，用于存放16位地址，也可以分成两个8位寄存器DPH和DPL使用。可以对片外64KB范围的RAM/ROM数据进行间接寻址或变址寻址操作。

6）并行I/O端口锁存器P0～P3，它们都可以进行位寻址和字节寻址。每一条I/O线均可以作为输入和输出使用，输出时可以锁存数据，输入时可以进行数据缓冲。