單片機(jī)的特殊功能寄存器結(jié)構(gòu)原理分析

  下圖中我們能看出，在51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)CPU用來(lái)運(yùn)算、控制，有四個(gè)并行I/O口，分別是P0、P1、P2、P3，有ROM，用來(lái)存放程序，有RAM，用來(lái)存放中間結(jié)果，此外還有定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行I/O口，中斷系統(tǒng)，以及一個(gè)內(nèi)部的時(shí)鐘電路。在一個(gè)51單片機(jī)的內(nèi)部包含了這么多的東西。

<單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖>
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  對(duì)上面的圖進(jìn)行進(jìn)一步的分析，我們已知，對(duì)并行I/O口的讀寫(xiě)只要將數(shù)據(jù)送入到對(duì)應(yīng)I/O口的鎖存器就能了，那么對(duì)于定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行I/O口等怎么用呢？在單片機(jī)中有一些獨(dú)立的存儲(chǔ)單元是用來(lái)控制這些器件的，被稱之為特殊功能寄存器（SFR）。事實(shí)上，我們已接觸過(guò)P1這個(gè)特殊功能寄存器了，還有哪些呢？看下表1

表1
 

<特殊功能寄存器地址映象表（一）>

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<特殊功能寄存器地址映象表（二）>

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<特殊功能寄存器地址映象表（三）>

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下面，我們介紹一下幾個(gè)常用的SFR，看圖2。

ACC：累加器，常常用A表示。這是個(gè)什么東西，可不能從名字上理解，它是一個(gè)寄存器，而不是一個(gè)做加法的東西，為什么給它這么一個(gè)名字呢？或許是因?yàn)樵谶\(yùn)算器做運(yùn)算時(shí)其中一個(gè)數(shù)一定是在ACC中的緣故吧。它的名字特殊，身份也特殊，稍后我們將學(xué)到指令，能發(fā)現(xiàn)，所有的運(yùn)算類(lèi)指令都離不開(kāi)它。

2、B：一個(gè)寄存器。在做乘、除法時(shí)放乘數(shù)或除數(shù)，不做乘除法時(shí)，隨你怎么用。

3、PSW：程序狀態(tài)字。這是一個(gè)很重要的東西，里面放了CPU工作時(shí)的很多狀態(tài)，借此，我們能了解CPU的當(dāng)前狀態(tài)，并作出對(duì)應(yīng)的處理。它的各位功能請(qǐng)看表2

表2

PSW也稱為標(biāo)志寄存器，了解這個(gè)對(duì)于了解單片機(jī)原理非常的重要，存放各有關(guān)標(biāo)志。其結(jié)構(gòu)和定義如下：

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  下面我們逐一介紹sfr各位的用途

（1）CY：進(jìn)位標(biāo)志。用于表示Acc.7有否向更高位進(jìn)位。8051中的運(yùn)算器是一種8位的運(yùn)算器，我們知道，8位運(yùn)算器只能表示到0-255，如果做加法的話，兩數(shù)相加可能會(huì)超過(guò)255，這樣最高位就會(huì)丟失，造成運(yùn)算的錯(cuò)誤，怎么辦？最高位就進(jìn)到這里來(lái)。這樣就沒(méi)事了。

例：78H+97H（01111000+10010111）

（2）AC：輔助進(jìn)位標(biāo)志也叫半進(jìn)位標(biāo)志。  用于表示Acc.3有否向Acc.4進(jìn)位

例：57H+3AH（01010111+00111010）

（3）F0：用戶標(biāo)志位，由我們（編程人員）決定什么時(shí)候用，什么時(shí)候不用。

（4）RS1、RS0：工作寄存器組選擇位。這個(gè)我們已知了。
             RS1、RS0 = 00 —— 0區(qū)（00H～07H）

              RS1、RS0 = 01 —— 1區(qū)（08H～0FH）

              RS1、RS0 = 10 —— 2區(qū)（10H～17H）

              RS1、RS0 = 11 —— 3區(qū)（18H～1FH） 

（5）0V：溢出標(biāo)志位。 表示Acc在有符號(hào)數(shù)算術(shù)運(yùn)算中的溢出，什么是溢出我們稍后再談吧。

（6）P：奇偶校驗(yàn)位：它用來(lái)表示ALU運(yùn)算結(jié)果中二進(jìn)制數(shù)位“1”的個(gè)數(shù)的奇偶性。若為奇數(shù)，則P=1，不然為0。

例：某運(yùn)算結(jié)果是78H（01111000），顯然1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，所以P=0。

4、DPTR（DPH、DPL）：數(shù)據(jù)指針，能用它來(lái)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的任一單元，如果不用，也能作為通用寄存器來(lái)用，由我們自已決定如何使用。16位，由兩個(gè)8位寄存器DPH、DPL組成。主要用于存放一個(gè)16位地址，作為訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器（外RAM和ROM）的地址指針。

5、P0、P1、P2、P3：這個(gè)我們已經(jīng)知道，是四個(gè)并行輸入/輸出口的寄存器。它里面的內(nèi)容對(duì)應(yīng)著管腳的輸出。

6、SP：堆棧指針。（專(zhuān)用于指出堆棧頂部數(shù)據(jù)的地址。）
 

   堆棧介紹：日常生活中，我們都注意到過(guò)這樣的現(xiàn)象，家里洗的碗，一只一只摞起來(lái)，最晚放上去的放在最上面，而最早放上去的則放在最下面，在取的時(shí)候正好相反，先從最上面取，這種現(xiàn)象我們用一句話來(lái)概括：“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”。請(qǐng)大家想想，還有什么地方有這種現(xiàn)象？其實(shí)比比皆是，建筑工地上堆放的磚頭、材料，倉(cāng)庫(kù)里放的貨物，都是“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”，這實(shí)際是一種存取物品的規(guī)則，我們稱之為“堆?！?。

   在單片機(jī)中，我們也能在RAM中構(gòu)造這樣一個(gè)區(qū)域，用來(lái)存放數(shù)據(jù)，這個(gè)區(qū)域存放數(shù)據(jù)的規(guī)則就是“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”，我們稱之為“堆?！?。為什么需要這樣來(lái)存放數(shù)據(jù)呢？存儲(chǔ)器本身不是能按地址來(lái)存放數(shù)據(jù)嗎？對(duì)，知道了地址的確就能知道里面的內(nèi)容，但如果我們需要存放的是一批數(shù)據(jù)，每一個(gè)數(shù)據(jù)都需要知道地址那不是麻煩嗎？如果我們讓數(shù)據(jù)一個(gè)接一個(gè)地放置，那么我們只要知道第一個(gè)數(shù)據(jù)所在地址單元就能了（看圖2）如果第一個(gè)數(shù)據(jù)在27H，那么第二、三個(gè)就在28H、29H了。所以利用堆棧這種辦法來(lái)放數(shù)據(jù)能簡(jiǎn)化操作

   那么51中堆棧什么地方呢？單片機(jī)中能存放數(shù)據(jù)的區(qū)域有限，我們不能夠?qū)ｉT(mén)分配一塊地方做堆棧，所以就在內(nèi)存（RAM）中開(kāi)辟一塊地方，用于堆棧，但是用內(nèi)存的哪一塊呢？還是不好定，因?yàn)?1是一種通用的單片機(jī)，各人的實(shí)際需求各不相同，有人需要多一些堆棧，而有人則不需要那么多，所以怎么分配都不合適，怎樣來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題?分不好干脆就不分了，把分的權(quán)利給用戶（編程者），根據(jù)自已的需要去定吧，所以51單片機(jī)中堆棧的位置是能變化的。而這種變化就體現(xiàn)在SP中值的變化，看圖2，SP中的值等于27H不就相當(dāng)于是一個(gè)指針指向27H單元嗎？當(dāng)然在真正的51機(jī)中，開(kāi)始指針?biāo)傅奈恢貌⒎蔷褪菙?shù)據(jù)存放的位置，而是數(shù)據(jù)存放的前一個(gè)位置，比如一開(kāi)始指針是指向27H單元的，那么第一個(gè)數(shù)據(jù)的位置是28H單元，而不是27H單元，為什么會(huì)這樣，我們?cè)趯W(xué)堆棧命令時(shí)再說(shuō)明。其它的SFR，我們?cè)谟玫綍r(shí)再介紹。