單片機的特殊功能寄存器結構原理分析

通過前面的學習，我們已知單片機的內部有ROM、有RAM、有并行I/O口，那么，除了這些東西之外，單片機內部究竟還有些什么，這些個零碎的東西怎么連在一起的，讓我們來對單片機內部的寄存器作一個完整的功能分析吧！
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??下圖中我們能看出，在51單片機內部有一個CPU用來運算、控制，有四個并行I/O口，分別是P0、P1、P2、P3，有ROM，用來存放程序，有RAM，用來存放中間結果，此外還有定時/計數器，串行I/O口，中斷系統，以及一個內部的時鐘電路。在一個51單片機的內部包含了這么多的東西。

<單片機內部結構圖>

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? 對上面的圖進行進一步的分析，我們已知，對并行I/O口的讀寫只要將數據送入到對應I/O口的鎖存器就能了，那么對于定時/計數器，串行I/O口等怎么用呢？在單片機中有一些獨立的存儲單元是用來控制這些器件的，被稱之為特殊功能寄存器（SFR）。事實上，我們已接觸過P1這個特殊功能寄存器了，還有哪些呢？看下表1

表1
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<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）>

下面，我們介紹一下幾個常用的SFR，看圖2。

ACC：累加器，常常用A表示。這是個什么東西，可不能從名字上理解，它是一個寄存器，而不是一個做加法的東西，為什么給它這么一個名字呢？或許是因為在運算器做運算時其中一個數一定是在ACC中的緣故吧。它的名字特殊，身份也特殊，稍后我們將學到指令，能發現，所有的運算類指令都離不開它。

2、B：一個寄存器。在做乘、除法時放乘數或除數，不做乘除法時，隨你怎么用。

3、PSW：程序狀態字。這是一個很重要的東西，里面放了CPU工作時的很多狀態，借此，我們能了解CPU的當前狀態，并作出對應的處理。它的各位功能請看表2

表2

PSW也稱為標志寄存器，了解這個對于了解單片機原理非常的重要，存放各有關標志。其結構和定義如下：

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? 下面我們逐一介紹sfr各位的用途

（1）CY：進位標志。用于表示Acc.7有否向更高位進位。8051中的運算器是一種8位的運算器，我們知道，8位運算器只能表示到0-255，如果做加法的話，兩數相加可能會超過255，這樣最高位就會丟失，造成運算的錯誤，怎么辦？最高位就進到這里來。這樣就沒事了。

例：78H+97H（01111000+10010111）

（2）AC：輔助進位標志也叫半進位標志。? 用于表示Acc.3有否向Acc.4進位

例：57H+3AH（01010111+00111010）

（3）F0：用戶標志位，由我們（編程人員）決定什么時候用，什么時候不用。

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

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

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

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

（5）0V：溢出標志位。 表示Acc在有符號數算術運算中的溢出，什么是溢出我們稍后再談吧。

（6）P：奇偶校驗位：它用來表示ALU運算結果中二進制數位“1”的個數的奇偶性。若為奇數，則P=1，不然為0。

例：某運算結果是78H（01111000），顯然1的個數為偶數，所以P=0。

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

5、P0、P1、P2、P3：這個我們已經知道，是四個并行輸入/輸出口的寄存器。它里面的內容對應著管腳的輸出。

6、SP：堆棧指針。（專用于指出堆棧頂部數據的地址。）
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?? 堆棧介紹：日常生活中，我們都注意到過這樣的現象，家里洗的碗，一只一只摞起來，最晚放上去的放在最上面，而最早放上去的則放在最下面，在取的時候正好相反，先從最上面取，這種現象我們用一句話來概括：“先進后出，后進先出”。請大家想想，還有什么地方有這種現象？其實比比皆是，建筑工地上堆放的磚頭、材料，倉庫里放的貨物，都是“先進后出，后進先出”，這實際是一種存取物品的規則，我們稱之為“堆棧”。

?? 在單片機中，我們也能在RAM中構造這樣一個區域，用來存放數據，這個區域存放數據的規則就是“先進后出，后進先出”，我們稱之為“堆棧”。為什么需要這樣來存放數據呢？存儲器本身不是能按地址來存放數據嗎？對，知道了地址的確就能知道里面的內容，但如果我們需要存放的是一批數據，每一個數據都需要知道地址那不是麻煩嗎？如果我們讓數據一個接一個地放置，那么我們只要知道第一個數據所在地址單元就能了（看圖2）如果第一個數據在27H，那么第二、三個就在28H、29H了。所以利用堆棧這種辦法來放數據能簡化操作

?? 那么51中堆棧什么地方呢？單片機中能存放數據的區域有限，我們不能夠專門分配一塊地方做堆棧，所以就在內存（RAM）中開辟一塊地方，用于堆棧，但是用內存的哪一塊呢？還是不好定，因為51是一種通用的單片機，各人的實際需求各不相同，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，怎樣來解決這個問題?分不好干脆就不分了，把分的權利給用戶（編程者），根據自已的需要去定吧，所以51單片機中堆棧的位置是能變化的。而這種變化就體現在SP中值的變化，看圖2，SP中的值等于27H不就相當于是一個指針指向27H單元嗎？當然在真正的51機中，開始指針所指的位置并非就是數據存放的位置，而是數據存放的前一個位置，比如一開始指針是指向27H單元的，那么第一個數據的位置是28H單元，而不是27H單元，為什么會這樣，我們在學堆棧命令時再說明。其它的SFR，我們在用到時再介紹。