单片机就是个小计算机,大计算机少不了的数据存储系统,单片机一样有,而且往往和 CPU 集成在一起,更加显得小巧灵活。

 

直到 90 年代初,国内容易得到的单片机就是 8031:不带存储器的芯片,要想工作,还必须外加 RAMROM,单片机成了 3 片机 ......

 

现在不同了,大的小的又是 51,又是 AVR 又是 STC,还有什么 430,PIC 等等,都各说各的好,可是谁也不敢说“我不要存储器”。

 

单片机的数据存储手段

程序存储器 ROM

程序存储器里面存放的是单片机的灵魂:工作程序。

 

小的可能只有 1KB,最多只能装 1024 条 8 位数据,因为实际指令还有许多 2 字节,3 字节指令,所以它还装不下 1024 条指令。大的也有 128KB 的。这些 8 位数据,要么在工厂里做模子光刻进去,要么一次性的烧写进去。

 

业余或开发,最多也就是用编程器这么一个特殊工具,把调试成功的机器码装载进去,或者像 AVR 单片机那样自己花几块钱做一条下载线,把电脑里这些东西灌进去(或许是 AVR 最吸引人之处)。

 

它一旦进驻电脑的程序存储器中,除了借助上述装置便不能自由改写,在单片机运行时,只是从其中读出指令或固定的数据,所以给程序存储器一个“只读存储器”的别名,简写为 ROM,包括用编程器写紫外线擦除内容的 EPROM、用电擦除的 EEPROM 和现在新兴的 FLASH ROM。

 

 

一次性写入的 ROM,仅用于电路和程序固定的批量产品中,实际工作起来,都是一样的。

 

为了定位 ROM 中的数据,每个 8 位存储单元都有一个固定的“地址”,通常用 16 进制数表示。例如,对于一个所谓 4K 的 ROM,地址从 0000H 到 0FFFH(即从 0000,0001...4095),单片机运行时从哪个地址取数据,完全由程序本身决定,并不要我们干预。

 

记住,给单片机一通电,它经过一个短暂的复位过程,立即转向 ROM 的最低地址 0000H,在这里面放置的往往是一条“跳转”指令,它从这里一步跳到另一个地址:程序的真正起始地址,例如 51 机的 0080H。

 

ROM 是程序存储器,除了指令外,还包括运行程序必须的某些固定数据,例如:数据表。假如,我们要求在单片机的接口上输出 00H 到 FFH(255)按正弦半波变化的数值,每秒 10000 次。如果硬要它按照公式一个个计算,对于它来说未免力不从心。可是我们可以把预先计算好的数值存入 ROM 中,到时候直接取出不是好多了?

 

又如一个重要的应用:大家一定见过不少单片机的东西上面都有数码显示,那些个数字其实就是用单片机的口线控制数码管的字段电极电位。这些字形也是存放在 ROM 中的字模表,各个字模和 0-9 的数字(机器内当然是 0000-0101 二进制数)对应起来。常见的共阳极 7 段数码管,必须在阳极加正电,7 个阴极都是地电位,才能显示数字"8",数字 8 对应的显示字码值是二进制数“10000000“(那个 1 对应的是小数点,高电位不让它显示)。

 

数据存储器 RAM

这是个可以随时存取数据的一块存储器,也就是可以读(取)也可以写(存)的存储器,简称 RAM

 

现在的单片机里面使用的 RAM,属于静态 RAM 或 SRAM,这个和电脑用的内存条有所不同。只要你把数据写入 SRAM 后,不断电或者不清除掉,这个数据就一直保存在那里。电脑用的是动态 RAM,要不断给它加刷新脉冲才能保存数据。

 

因为单片机处理的信息量比电脑小很多,所以它带的 RAM 也比较少:从完全不带、带 128、256、...1K、2K,到 4K,比 ROM 少多了。

 

因为实际上 RAM 只是作为数据临时存放的地方,除非进行图像处理需要存放大量的数据外。一般对于执行较简单任务的单片机,有这么多也够用,如果实在不够用也只能采取外加 SRAM 如 6116、6264 等等来扩展。

 

 

为了对 RAM 单元存取 8 位二进制数,当然也得和 ROM 一样用“地址”来标示它的具体位置。假如某单片机有 1K(1024)RAM,它的地址也是从 0000 到 1024,或 16 进制数的 0000H 到 03FFH。可见,和 ROM 的地址是一样的。

 

会不会混淆不清?

 

不会,因为读 ROM 是由单片机的程序指针或转移指令或查表指令进行,而这些指令是不会进入 RAM 区的;读写 RAM 是另外的数据传送指令,也不会进入 ROM 区。这点也是和电脑不同之处,后者程序和数据都在内存条里面,地址不同,如果窜位了就会造成不可预见后果。单片机的这种存储器结构也称为哈佛结构。

 

RAM 在单片机里的用途

RAM 在单片机里的用途,主要是存放临时数据。

 

例如用单片机测温,每秒测 1 次,显示 1 分钟的平均值(1 分钟更新一次):

 

我们先通过传感器、放大电路、A/D 转换,把温度这个模拟量转变为成比例的二进制数,然后每秒钟 1 次把数字量通过输入口顺序存入到单片机的 RAM 中,然后对他们进行两两求和再平均的计算,最后的数值显示出来,然后把这 60 个存储单元统统写 0 清除旧数据,下次又是如此循环进行。

 

结语

另外在单片机里面还有若干寄存器,数量不多但是作用很大,除了暂存数据,还可以交换、加工、传递等等,以及随时记录单片机当前处于什么状态,输入输出口也是作为特殊功能的寄存器存在,具体各有不同,就不是随便说说可以搞清楚的,要看有关书籍了。