深入探究單片機(jī)中的RAM與ROM

其實(shí)，單片機(jī)就是個(gè)小計(jì)算機(jī)。大計(jì)算機(jī)少不了的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，單片機(jī)一樣有，而且往往和CPU集成在一起，顯得更加小巧靈活。

直到90年代初，國內(nèi)容易得到的單片機(jī)是8031：不帶存儲器的芯片，要想工作，必須外加RAM和ROM，于是單片機(jī)成了3片機(jī)。。。。。。

而現(xiàn)在不同了，無論大的，還是小的，又是51，又是AVR，又是STC，還有什么430、PIC……都各說各的好，可誰也不敢說“我不要存儲器”。

單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲手段

1 程序存儲器ROM

程序存儲器里面存放的是單片機(jī)的靈魂：工作程序。

小的可能只有1KB，最多只能裝1024條8位數(shù)據(jù)，因?yàn)閷?shí)際指令還有許多2字節(jié)，3字節(jié)指令，所以它還裝不下1024條指令。大的也有128KB的。這些8位數(shù)據(jù)，要么在工廠里做模子光刻進(jìn)去，要么一次性的燒寫進(jìn)去。

業(yè)余或開發(fā)，最多也就是用編程器這么一個(gè)特殊工具，把調(diào)試成功的機(jī)器碼裝載進(jìn)去，或者像AVR單片機(jī)那樣自己花幾塊錢做一條下載線，把電腦里這些東西灌進(jìn)去（或許是AVR最吸引人之處）。

它一旦進(jìn)駐電腦的程序存儲器中，除了借助上述裝置便不能自由改寫，在單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，只是從其中讀出指令或固定的數(shù)據(jù)，所以給程序存儲器一個(gè)“只讀存儲器”的別名，簡寫為ROM，包括用編程器寫紫外線擦除內(nèi)容的EPROM、用電擦除的EEPROM和現(xiàn)在新興的FLASH ROM。相關(guān)文章：EEPROM和Flash這樣講，我早就懂了。

一次性寫入的ROM，僅用于電路和程序固定的批量產(chǎn)品中，實(shí)際工作起來，都是一樣的。

為了定位ROM中的數(shù)據(jù)，每個(gè)8位存儲單元都有一個(gè)固定的“地址”，通常用16進(jìn)制數(shù)表示。例如，對于一個(gè)所謂4K的ROM，地址從0000H到0FFFH（即從0000，0001.。.4095），單片機(jī)運(yùn)行時(shí)從哪個(gè)地址取數(shù)據(jù)，完全由程序本身決定，并不要我們干預(yù)。

記住，給單片機(jī)一通電，它經(jīng)過一個(gè)短暫的復(fù)位過程，立即轉(zhuǎn)向ROM的最低地址0000H，在這里面放置的往往是一條“跳轉(zhuǎn)”指令，它從這里一步跳到另一個(gè)地址：程序的真正起始地址，例如51機(jī)的0080H。

ROM是程序存儲器，除了指令外，還包括運(yùn)行程序必須的某些固定數(shù)據(jù)，例如：數(shù)據(jù)表。假如，我們要求在單片機(jī)的接口上輸出00H到FFH（255）按正弦半波變化的數(shù)值，每秒10000次。如果硬要它按照公式一個(gè)個(gè)計(jì)算，對于它來說未免力不從心?？墒俏覀兛梢园杨A(yù)先計(jì)算好的數(shù)值存入ROM中，到時(shí)候直接取出不是好多了？

又如一個(gè)重要的應(yīng)用：大家一定見過不少單片機(jī)的東西上面都有數(shù)碼顯示，那些個(gè)數(shù)字其實(shí)就是用單片機(jī)的口線控制數(shù)碼管的字段電極電位。這些字形也是存放在ROM中的字模表，各個(gè)字模和0-9的數(shù)字（機(jī)器內(nèi)當(dāng)然是0000-0101二進(jìn)制數(shù)）對應(yīng)起來。常見的共陽極7段數(shù)碼管，必須在陽極加正電，7個(gè)陰極都是地電位，才能顯示數(shù)字“8”，數(shù)字8對應(yīng)的顯示字碼值是二進(jìn)制數(shù)“10000000“（那個(gè)1對應(yīng)的是小數(shù)點(diǎn)，高電位不讓它顯示）。

2 數(shù)據(jù)存儲器RAM

這是個(gè)可以隨時(shí)存取數(shù)據(jù)的一塊存儲器，也就是可以讀（取）也可以寫（存）的存儲器，簡稱RAM。

現(xiàn)在的單片機(jī)里面使用的RAM，屬于靜態(tài)RAM或SRAM，這個(gè)和電腦用的內(nèi)存條有所不同。只要你把數(shù)據(jù)寫入SRAM后，不斷電或者不清除掉，這個(gè)數(shù)據(jù)就一直保存在那里。電腦用的是動態(tài)RAM，要不斷給它加刷新脈沖才能保存數(shù)據(jù)。

因?yàn)閱纹瑱C(jī)處理的信息量比電腦小很多，所以它帶的RAM也比較少：從完全不帶、帶128、256、。。.1K、2K，到4K，比ROM少多了。

因?yàn)閷?shí)際上RAM只是作為數(shù)據(jù)臨時(shí)存放的地方，除非進(jìn)行圖像處理需要存放大量的數(shù)據(jù)外。一般對于執(zhí)行較簡單任務(wù)的單片機(jī)，有這么多也夠用，如果實(shí)在不夠用也只能采取外加SRAM如6116、6264等等來擴(kuò)展。

為了對RAM單元存取8位二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)然也得和ROM一樣用“地址”來標(biāo)示它的具體位置。假如某單片機(jī)有1K（1024）RAM，它的地址也是從0000到1024，或16進(jìn)制數(shù)的0000H到03FFH。可見，和ROM的地址是一樣的。

3 會不會混淆不清？

答案是不會的，因?yàn)樽xROM是由單片機(jī)的程序指針或轉(zhuǎn)移指令或查表指令進(jìn)行，而這些指令是不會進(jìn)入RAM區(qū)的；讀寫RAM是另外的數(shù)據(jù)傳送指令，也不會進(jìn)入ROM區(qū)。

這點(diǎn)也是和電腦不同之處，后者程序和數(shù)據(jù)都在內(nèi)存條里面，地址不同，如果竄位了就會造成不可預(yù)見后果。單片機(jī)的這種存儲器結(jié)構(gòu)也稱為哈佛結(jié)構(gòu)。

RAM在單片機(jī)里的用途

RAM在單片機(jī)里的用途，主要是存放臨時(shí)數(shù)據(jù)。

例如用單片機(jī)測溫，每秒測1次，顯示1分鐘的平均值（1分鐘更新一次）：

我們先通過傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換，把溫度這個(gè)模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)槌杀壤亩M(jìn)制數(shù)，然后每秒鐘1次把數(shù)字量通過輸入口順序存入到單片機(jī)的RAM中，然后對他們進(jìn)行兩兩求和再平均的計(jì)算，最后的數(shù)值顯示出來，然后把這60個(gè)存儲單元統(tǒng)統(tǒng)寫0清除舊數(shù)據(jù)，下次又是如此循環(huán)進(jìn)行。

總結(jié)

另外，在單片機(jī)里面還有若干寄存器，數(shù)量不多但是作用很大，除了暫存數(shù)據(jù)，還可以交換、加工、傳遞等等，以及隨時(shí)記錄單片機(jī)當(dāng)前處于什么狀態(tài)，輸入輸出口也是作為特殊功能的寄存器存在，具體各有不同，就不是隨便說說可以搞清楚的，要看有關(guān)書籍了。

編輯：jq