单片机开发 存储器与寄存器
单片机实验原理

单片机实验原理单片机(Microcontroller)是嵌入式系统中常用的一种微型计算机系统,它集成了处理器、存储器、输入/输出接口以及各种外围设备接口等功能于一芯片之中。
单片机实验原理是指通过实验来研究和验证单片机的工作原理和应用。
一、单片机的基本原理单片机原理的核心是其内部结构,它主要分为中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口和定时/计数器等模块。
1. 中央处理器(CPU)中央处理器是单片机的核心,负责执行各种指令和数据处理操作。
它包括运算器、控制器和寄存器等组成部分,通过解码和执行内存中的指令来实现计算和控制功能。
2. 存储器存储器用于存储程序和数据。
单片机通常具有不同类型的存储器,如闪存(Flash Memory)用于存储程序代码,静态随机存取存储器(SRAM)用于数据存储等。
3. 输入/输出接口(I/O)输入/输出接口用于与外部设备进行数据交换。
常见的输入设备包括键盘、按键、传感器等,输出设备包括LED、数码管、液晶显示屏等。
通过输入/输出接口,单片机可以与外界进行数据交互。
4. 定时/计数器定时/计数器广泛应用于计时、脉冲计数、频率测量等。
通过定时/计数器,单片机可以进行时间控制和精确计数。
二、单片机实验方法与步骤进行单片机实验需要按照一定的步骤进行,以确保实验的顺利进行和结果的准确性。
1. 实验目的与设计在进行单片机实验之前,首先确定实验的目的。
根据实验要求和目的,设计实验的硬件连接电路和软件程序。
2. 准备实验材料与工具根据实验设计,准备所需的单片机开发板、传感器、按键、显示屏等硬件设备,以及相应的软件工具,如编译器和下载工具等。
3. 连接硬件电路按照实验设计,将各个硬件设备按照连接图连接到单片机开发板上。
确保电路连接正确可靠。
4. 编写程序代码根据实验设计,使用相应的编程语言,编写实验所需的程序代码。
代码应该符合单片机的编程规范,并考虑实验的特殊要求。
5. 下载程序到单片机使用下载工具将编写好的程序代码烧录到单片机中。
单片机程序存储空间和数据存储空间详解

创作编号:GB8878185555334563BT9125XW创作者:凤呜大王*单片机程序程序存储空间(ROM)和数据存储空间(RAM)详解问题:STC89C52RC单片机:8K字节程序存储空间,512字节数据存储空间,内带2K 字节EEPROM存储空间;它们分别存的是什么?8K的程序存储空间是存储代码,也就是你写的程序生成的HEX文件的,相当于电脑系统的C盘。
512字节相当于内存,存储空间存储变量,像u8 x,y,z,u32 a之类的临时变量掉电后数据丢失。
2K eeprom相当于电脑系统的硬盘,数据写入后掉电不丢失。
主要是单片机在运行的过程中写入数据或者读取数据。
像设置的闹铃值,设置好了就不用每次都去设置了,保存在单片机里面,即使掉电了,设置的数据也不会丢失,只需单片机上电再读取就好了。
单片机原理及系统结构在此先详细分析51单片的存储器结构和寻址方法,再分析片外存储器的扩展,最后给出设计原理并分析系统结构。
图一:存储空间分布51单片机存储器结构分析8051单片机的存储器在物理结构上分为程序存储器空间和数据存储器空间,共有4个存储空间:片内程序存储器、片外程序存储器以及片内数据存储器、片外数据存储器空间。
这种程序存储和数据存储分开的结构形式被称为哈佛结构。
MCS-51使用哈弗结构,它的程序空间和数据空间是分开编址的,即各自有各自的地址空间,互不重叠。
所以即使地址一样,但因为分开编址,所以依然要说哪一个空间内的某地址。
而ARM (甚至是x86)这种冯诺依曼结构的MCU/CPU,它的地址空间是统一并且连续的,代码存储器/RAM/CPU寄存器,甚至PC机的显存,都是统一编址的,只是不同功能的存储器占据不同的地址块,各自为政。
MCS-51单片机存储器的配置特点①内部集成了4K的程序存储器ROM;②内部具有256B的数据存储器RAM(用户空间+SFR空间);③可以外接64K的程序存储器ROM和数据存储器RAM。
《单片机原理及应用》课件01-51单片机基本结构与存储器分配

内中断
并行口
外中断
P0 P1 P2 P3
串口模块 TXD RXD
中断模块 INT0 INT1
P0.0~P0.7
P2.0~P2.7
VCC (+5V)
GND
RAM地址 锁存器
RAM
通道0驱动器
通道0锁 存器
通道2驱动器
通道2锁 存器
ROM/ EPROM
程序地址寄存器
PSEN ALE
EA RST
B寄存器 ACC TMP2
片内地址空间:RAM 128B(00H-7FH) SFR 128B(80H-FFH)
128B SFR
128B RAM
FFH 21个SFR分布 在80H-FFH
83个可寻址位
80H 7FH
用户、
堆栈区
30H 2FH
位寻址区
20H 1FH
工作寄存器区
00H
内部RAM组织结构
10
所有的RAM区(位 寻址区、工作寄 存器区)都可以 用于存放数据, 故也称为数据缓 存寄存器
特殊功能寄存器(SFR)
▼特殊功能寄存器SFR(专用寄存器)
专用于控制、选择、管理、存放单片机内部各功能 部件的工作方式、条件、状态、结果的寄存器。
▼不同的SFR管理不同的硬件模块,负责不同的功 17 能——各司其职
换言之:要让单片机实现预定的功能,必须有相应 的硬件和软件,而软件中最重要的一项工作就是对 SFR写命令(要求)。
4 堆栈指针SP
堆栈:
在片内RAM中,指定一个专门的区域来存放某 些特别的数据,它遵循先进后出和后进先出 (LIFO/FILO)的原则,这个RAM区叫堆栈。
功用:
22
单片机存储器

单片机存储器1. MCS-51单片机的存贮器有程序存贮器ROM和数据存贮器RAM 之分。
由于外部程序存贮器和外部数据存贮器的地址可以重迭,所以我们说MCS-51单片机的寻址空间为2×64KB=128KB ,不过要注意:“片外程序存贮器和片外数据存贮器,根据实际需要也可以合并成一个统一的地址空间,此时最大寻址空间为64KB而不是128KB了。
”对外部程序存贮器的写操作是由编程器完成,而对其读操作则是由读选通控制信号/PSEN( Program Store Enable)再配以读操作指令MOVC来完成。
也就是由MOVC指令产生信号/PSEN,从而对片外程序存储器进行读操作。
对外部数据存贮器的写操作是由写选通控制信号/WR再配以指令MOVX来完成,而对其读操作则是由读选通控制信号/RD再配以MOVX 来完成。
也就是由指令MOVX指令产生/WR或/RD信号,从而对片外RAM进行写或读操作。
2. 程序存贮器ROMMCS-51单片机中设有一个片内、片外程序存贮器选择控制信号/EA(External Access)。
MCS-51单片机程序存储器示意图如果使/EA=1,则片内、片外程序存贮器ROM统一编址为64KB。
系统复位后,将先执行片内存贮器ROM中的程序。
当PC中内容超过OFFFH或1FFFH时,将自动转到执行片外程序存贮器中的程序。
片内程序存储器空间为0000H~0FFFH或0000H~1FFFH,片外程序存储器空间的地址不能与片内程序存储器空间地址相重迭。
至于具体执行哪里的程序完全取决于PC值。
如果使/EA=0,则只执行片外程序存贮器的程序,其地址空间为0000H~FFFFH 。
换言之,如果片内无程序存贮器ROM或不想访问片内程序存贮器ROM,则必须使/EA=0 。
注意:当系统复位时PC内容为0000H ,这意味着程序的执行总要从0000H单元开始,但用户程序又不能从0000H开始存放。
这是因为在程序存储器中有7个非常特殊的、固定的单元,这些单元所存放的内容是有特定要求的。
51单片机的基本结构

51单片机的基本结构51单片机是一种高性能、低功耗的微控制器,是嵌入式系统中常用的一种芯片。
它具有集成度高、易编程、可编程性强等特点,在各种电子设备中广泛应用,包括家电、工业控制、汽车电子、智能仪器等领域。
51单片机的基本结构主要包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分。
1.CPU51单片机的CPU是其核心部分,负责执行指令、进行运算处理。
它通常采用哈佛结构,即指令和数据分开存储。
51单片机的CPU主要由ALU (算术逻辑单元)、寄存器组、指令寄存器、程序计数器等部分组成,能够完成基本的运算和控制功能。
2.存储器51单片机的存储器包括ROM(只读存储器)和RAM(随机存储器)。
ROM用于存储程序代码和常量数据,是只读的;RAM用于存储变量数据和临时结果,是可读写的。
在51单片机中,通常ROM用于存储程序代码和初始化数据,RAM用于存储运行时数据和临时结果。
3.输入输出端口51单片机的输入输出端口用于与外部设备进行数据交换。
它可以通过不同的接口与外部设备连接,比如并行口、串行口、通用输入输出口等。
通过输入输出端口,51单片机可以与外部设备进行数据传输和通信,实现各种功能。
4.定时计数器51单片机的定时计数器可以用于计时和计数,通常用于控制时序和频率。
在51单片机中,定时计数器可以生成各种定时中断,实现定时控制功能。
定时计数器可以根据需要设定不同的时钟源和计数模式,实现灵活的定时控制。
5.串口通信51单片机的串口通信功能可以用于与外部设备进行串行通信,比如与PC机、外围设备等进行数据传输。
串口通信包括串行口和UART(通用异步收发器),可以通过串行口进行双向数据传输。
串口通信在51单片机中广泛应用于各种通信设备和控制系统中。
总的来说,51单片机的基本结构包括CPU、存储器、输入输出端口、定时计数器和串口通信等部分,通过这些部分的组合和协作,可以实现各种功能和应用。
在实际应用中,设计人员可以根据需要对这些部分进行配置和扩展,实现更丰富的功能和性能要求。
单片机寄存的工作原理

单片机寄存的工作原理
单片机的寄存器是一种临时存储器,用于存储和操作数据。
它们被组织成不同的寄存器组,每个组包含多个寄存器。
寄存器可以被直接访问,而且操作速度很快,使得单片机能够高效地执行各种任务。
寄存器通过位来存储信息,每个位都代表一个二进制数(0或1)。
这些位可以用于存储二进制数据,包括整数、字符、逻
辑值等。
单片机的寄存器还可以用于执行算术和逻辑运算,包括加法、减法、与、或、位移等。
在单片机中,寄存器可以分为通用寄存器和特殊功能寄存器两种类型。
通用寄存器用于存储普通数据,可以被程序员自由使用。
特殊功能寄存器用于控制器的配置和功能,包括时钟控制、IO端口控制、中断控制等,它们在特定的操作下具有特殊的
功能。
当单片机运行程序时,寄存器被用于存储程序和数据。
程序中的指令将会读取和写入寄存器中的数据,通过执行算术和逻辑操作来实现不同的功能。
通过读写寄存器,程序可以实现数据的存储、处理和传输,从而进行各种任务。
总之,单片机的寄存器是一种临时存储器,用于存储和操作数据。
它们能够高效地执行各种任务,并且通过读写寄存器,程序可以实现数据的存储、处理和传输。
单片机内部主要部件

1.2 单片机内部主要部件单片机内部电路比较复杂,MCS-51系列的8051型号单片机的内部电路根据功能可以分为CPU、RAM、ROM/EPROM、并行口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器(SFR)等8个主要部件,如图1-2-1所示。
这些部件通过片内的单一总线相连,采用CPU加外围芯片的结构模式,各个功能单元都采用特殊功能寄存器集中控制的方式。
其他公司的51系列单片机与8051结构类似,只是根据用户需要增加了特殊的部件,如A/D转换器等。
在设计程序过程中,寄存器的使用非常频繁。
本节内容在了解单片机内部的组成机构基础上,重点介绍单片机内部常用的寄存器的作用。
图1-2-1 MCS-51架构1.2.1中央处理器(CPU)中央处理器是单片机的核心,主要功能是产生各种控制信号,根据程序中每一条指令的具体功能,控制寄存器和输入/输出端口的数据传送,进行数据的算术运算、逻辑运算以及位操作等处理。
MCS-51系列单片机的CPU字长是8位,能处理8位二进制数或代码,也可处理一位二进制数据。
单片机的CPU从功能上一般可以分为运算器和控制器两部分。
一、控制器控制器由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。
其功能是对来自存储器中的指令进行译码,通过定时电路,在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号,使各部分协调工作,完成指令所规定的功能。
各部分功能部件简述如下。
1.程序计数器PC(Program Counter)程序计数器是一个16位的专用寄存器,用来存放下一条指令的地址,具有自动加1的功能。
当CPU要取指令时,PC的内容送地址总线上,从存储器中去取出一个指令码后,PC 内容自动加1,指向下一个指令码,以保证程序按顺序执行。
PC是用来指示程序的执行位置,在顺序执行程序时,单片机每执行一条指令,PC就自动加1,以指示出下一条要取的指令的存储单元的16位地址。
也就是说,CPU总是把PC 的内容作为地址,根据该地址从存储器中取出指令码或包含在指令中的操作数。
单片机的结构和原理-寄存器与片内存储器

读/写操作与数据保护
1
写操作
2
将数据写入存储器,以便永久保存
3
读操作
从存储器中读取数据,供CPU使用
数据保护
采用校验码或电源电压监测等方式保护 数据的完整性
存储器的地址表示
物理地址
存储器芯片的实际物理位置
地址寄存器
存储当前访问的地址
存储单元
存储一个字节(8位)的数据
存储器的性能指标
1 读写速度
单片机的结构和原理-寄 存器与片内存储器
简介单片机的概念、应用和内部结构,介绍了CPU与寄存器之间的关系以及寄 存器的组成和功能。
寄存器组成与功能
通用寄存器
储存临时数据,可进行算术运算
程序计数器
存放下一条指令的地址
状态寄存器
记录条件标志和中断使能状态
堆栈指针
指向堆栈的栈顶
片内存储器概述
介绍了单片机内部的片内存储器,包括ROM、RAM、EEPROM和Flash等类型。
总线接口
通过总线传输数据和指令
存储器映射
间
2 存储容量
存储器可以容纳的数据量
3 寿命
存储器使用的时间
4 可靠性
存储器的稳定性和可靠性
5 价格
存储器的成本
存储器选择与使用原则
用途
根据具体应用场景选择存储器 类型
成本
根据预算选择合适的存储器
容量
根据数据需求选择适当的存储 容量
存储器与其他模块的接口
引脚接口
通过引脚与其他模块连接
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1.2 F28335存储器特点 8335是采用多级流水线的增强的哈佛总线结构,能够并行
存储器与寄存器
本讲主要内容
1.存储器映射 2.什么是寄存器和寄存器映射 3.如何访问F28335寄存器内容
1.存储器映射
存储器本身不具有地址信息,它的地址是由芯片厂商或用户分 配,给存储器分配地址的过程称为存储器映射,如果再分配一个地 址就叫重映射。
1.1 F28335存储空间的分配 F28335片上有256K×16位的FLASH,34K×16位的SARAM,
3.如何访问F28335寄存器内容
根据#pragma和DATA_SECTION(这些是CCS软件内特定的)的 特点,可以使用#pragma和DATA_SECTION将定义的寄存器与实际的 存储单元对应起来,然后再使用C语言操作定义的寄存器,比如使 用结构体等。假如我们要让F28335的GPIOC的第68管脚输出低电平 ,我们怎么使用 C 语言来处理? (1)首先要知道GPIO外设每类寄存器所对应存储单元的首地址是 哪个,比如GPIO控制寄存器,通过查询数据手册可知其首地址是 0x006F80,然后使用#pragma和DATA_SECTION将定义的寄存器与实 际的存储单元对应起来。 #pragma DATA_SECTION(GpioCtrlRegs,"GpioCtrlRegsFile"); 该定义可在DSP2833x_GlobalVariableDefs.c文件中查找到 volatile struct GPIO_CTRL_REGS GpioCtrlRegs;
访问程序和数据存储空间。在F28335芯片内部集成了大量的不同的 存储介质,F28335片上有256K×16位的FLASH,34K×16位的SARAM ,8K×16位的BOOT ROM,2K×16位的OPT ROM,采用统一寻址方式 (程序、数据和I/O统一寻址),从而提高了存储空间的利用率, 方便程序的开发。除此之外,F28335还提供了外部并行扩展接口 XINTF,可进一步外扩存储空间。 (1)片上SARAM (2)BOOT ROM (3)片上FLASH和OTP
通过#pragma预处理命令和DATA_SECTION将定义的寄存器指 定到相应的存储单元内,然后即可通过C语言来操作这些寄存器。
比方说我们找到0x007010这个单元地址,那么可以通过查阅 芯片数据手册了解到此单元是系统控制寄存器功能(至于此地址如 何查找这个功能我们后面会具体介绍)。因此为了更好区分此单元 的功能和方便后续的程序开发,可以给这个单元取一个别名 SysCtrlRegs,那么这个SysCtrlRegs就是寄存器,并且这个寄存器 地址就是0x007010。这个过程就是寄存器映射。
union GPCDAT_REG
GPCDAT;
union GPCDAT_REG
GPCSET;
union GPCDAT_REG
GPCCLEAR;
union GPCDAT_REG
GPCTOGGLE;
Uint16
rsvd1[8];
};
// GPIO Data Register (GPIO0 to 31) // GPIO Data Set Register (GPIO0 to 31) // GPIO Data Clear Register (GPIO0 to 31) // GPIO Data Toggle Register (GPIO0 to 31) // GPIO Data Register (GPIO32 to 63) // GPIO Data Set Register (GPIO32 to 63) // GPIO Data Clear Register (GPIO32 to 63) // GPIO Data Toggle Register (GPIO32 to 63) // GPIO Data Register (GPIO64 to 95) // GPIO Data Set Register (GPIO64 to 95) // GPIO Data Clear Register (GPIO64 to 95) // GPIO Data Toggle Register (GPIO64 to 95)
union GPACTRL_REG
{
Uint32
all;
struct GPACTRL_BITS bit;
};
// GPIO A control register bit definitions */
struct GPACTRL_BITS
{ // bits description
Uint16 QUALPRD0:8;
GpioCtrlRegsFile是SECTIONS内定义的,该定义可在 DSP2833x_Headers_nonBIOS.cmd文件中查找到。
GPIO数据寄存器GPIO_DATA_REGS:
struct GPIO_DATA_REGS
{
union GPADAT_REG
GPADAT;
union GPADAT_REG
GPASET;
union GPADAT_REG
GPACLEAR;
union GPADAT_REG
GPATOGGLE;
union GPBDAT_REG
GPBDAT;
union GPBDAT_REG
GPBSET;
union GPBDAT_REG
GPBCLEAR;
union GPBDAT_REG
GPBTOGGLE;
1.3 代码安全模块CSM 通过一个128位的密码(相当于8个16位的字)来对安全区来
进行加密或解密。这段密码保存在FLASH的最后8个字中(0X33FFF8OX33FFFF),也就是密码区中(PWL) ,通过密码匹配( PMF ) , 可以解锁器件。
1.4 外部存储器接口XINTF
2.什么是寄存器和寄存器映射