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(chǔ)系統(tǒng)，單片機(jī)一樣有，而且往往和 CPU 集成在一起，更加顯得小巧靈活。

直到 90 年代初，國(guó)內(nèi)容易得到的單片機(jī)就是 8031：不帶存儲(chǔ)器的芯片，要想工作，還必須外加 RAM 和 ROM，單片機(jī)成了 3 片機(jī) ......

現(xiàn)在不同了，大的小的又是 51，又是 AVR 又是 STC，還有什么 430，PIC 等等，都各說(shuō)各的好，可是誰(shuí)也不敢說(shuō)“我不要存儲(chǔ)器”。

單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)手段

程序存儲(chǔ)器 ROM

程序存儲(chǔ)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(xiě)進(jìn)去。

業(yè)余或開(kāi)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(qián)做一條下載線(xiàn)，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(chǔ)器中，除了借助上述裝置便不能自由改寫(xiě)，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(chǔ)器一個(gè)“只讀存儲(chǔ)器”的別名，簡(jiǎn)寫(xiě)為 ROM，包括用編程器寫(xiě)紫外線(xiàn)擦除內(nèi)容的 EPROM、用電擦除的 EEPROM 和現(xiàn)在新興的 FLASH ROM。

一次性寫(xiě)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(lái)，都是一樣的。

為了定位 ROM 中的數(shù)據(jù)，每個(gè) 8 位存儲(chǔ)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(duì)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(guò)一個(gè)短暫的復(fù)位過(guò)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(chǔ)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(duì)于它來(lái)說(shuō)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(jiàn)過(guò)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(xiàn)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(duì)應(yīng)起來(lái)。常見(jiàn)的共陽(yáng)極 7 段數(shù)碼管，必須在陽(yáng)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(duì)應(yīng)的顯示字碼值是二進(jìn)制數(shù)“10000000“（那個(gè) 1 對(duì)應(yīng)的是小數(shù)點(diǎn)，高電位不讓它顯示）。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM

這是個(gè)可以隨時(shí)存取數(shù)據(jù)的一塊存儲(chǔ)器，也就是可以讀（取）也可以寫(xiě)（存）的存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng) 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(xiě)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(dòng)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(duì)于執(zhí)行較簡(jiǎn)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(lái)擴(kuò)展。

為了對(duì) 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(lái)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?？梢?jiàn)，和 ROM 的地址是一樣的。

會(huì)不會(huì)混淆不清？

不會(huì)，因?yàn)樽x ROM 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(huì)進(jìn)入 RAM 區(qū)的；讀寫(xiě) RAM 是另外的數(shù)據(jù)傳送指令，也不會(huì)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(huì)造成不可預(yù)見(jiàn)后果。單片機(jī)的這種存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)也稱(chēng)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(cè)溫，每秒測(cè) 1 次，顯示 1 分鐘的平均值（1 分鐘更新一次）：

我們先通過(guò)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(guò)輸入口順序存入到單片機(jī)的 RAM 中，然后對(duì)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(lái)，然后把這 60 個(gè)存儲(chǔ)單元統(tǒng)統(tǒng)寫(xiě) 0 清除舊數(shù)據(jù)，下次又是如此循環(huán)進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

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(shuō)說(shuō)可以搞清楚的，要看有關(guān)書(shū)籍了。

審核編輯 黃昊宇