51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖是Intel的8004單片機，后來隨著Flash rom技術的發展，8004單片機取得了長足的進展，成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應用于工業測控系統之中。很多公司都有51系列的兼容機型推出，今后很長的一段時間內將占有大量市場。51單片機是基礎入門的一個單片機，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是51系列的單片機一般不具備自編程能力。

　　51單片機特殊功能寄存器

　　1、21個寄存器介紹

　　51系列單片機內部主要有四大功能模塊，分別是I/O口模塊、中斷模塊、定時器模塊和串口通信模塊（串行I/O口），如其結構和功能如下圖：

　　圖1 51單片機結構和功能圖

　　51單片機掌握的好壞，其實就是能否正確操作這四個功能模塊，而其操作的實質則又是能否對每個模塊所對應寄存器的正確操縱。所以下面重點介紹一下51系列單片機內部的特殊功能寄存器（簡稱SFR，以下說明以此代替）。（關于什么叫特殊功能寄存器，這里先不作介紹，不懂的請查閱51單片機相關資料。）

　　51單片機內部共有21個SFR，其布局如圖2，從圖中可以看出，每個SFR占1個字節，多數字節單元中的每一位又有專用的“位名稱”。這21個SFR又按是否可以位尋址分為兩大部分，ACC、IE、P1等11個可以位尋址，SP、TMOD等不可以位尋址。

　　圖2 51單片機SFR布局圖

　　2、位尋址解釋

　　下面以P1、IE寄存器（可位尋）和TMOD（不可位發）為例解釋一下位尋址。

　　能位尋址是指能夠對它的每一位都可以進行位操作，如圖3，如P1口接8個燈，燈陽極接正極，陰極接單片機的P1口的8個腳。現在要讓接P1口第1個引腳的燈亮，程序中可以寫P1=0xfe，也可以先定義deng1=P1^0，即P1口的第1位，至于為什么寫P1^0，是因為KEIL軟件規定的，然后deng1=0。也就是P1=0xfe和deng1=0都是可以點亮第一個燈，后者deng1=0屬于位操作，前者P1=0xfe屬于總線操作，也就是8個引腳一起操作。 圖3 8位燈接線圖

　　下面再以IE寄存器為例進行位操作的解釋。IE寄存器為中斷允許寄存器，如各位的作用如圖4.其中第7位EA是51單片機5個中斷的總開關，如要進入任何一個中斷時，需先把EA打開，因為可以進行位操作，此時程序有兩種寫法：1）IE=0x80（假如其它位為0，即1000 0000），也可以直接寫EA=1，后者EA=1即屬于位操作。這里要注意和前面P1口第1個引腳操作不同的是，前面程序中需先定義deng1=P1^0，這里程序中則不需要定義EA=IE^7，因為KEIL軟件中的REG52.H頭文件中已經定義好了，這里需要特別注意。

　　圖4 IE中斷允許寄存器

　　至于什么叫不可尋址，則是指不能單獨進行每一位的操作，如TMOD定時器工作模式及工作方式寄存器，在進行操作時，只能寫TMOD=0xXX。

　　關于能否進行位操作，可以通過查相關資料知道，當然還有個技巧就是其字節地址換成10進制后能否被“8”整除，能被“8”整除的就能進行位操作，不能被“8”整除就不能，如P1地址為90H，10進制為144 144/8=18，能被整除，所以可以位操作。再如TMOD地址為89H， 10進制為137 137/8=17.125，不能被整除，所以不可以位操作。

　　3、具體編程中對寄存器的注意

　　以上解釋了位操作的概念，下面接著說明這21個SFR在具體編程中需要注意的地方。

　　目前單片機開發過程中主要使用兩種語言，一種是匯編語言，一種是C語言。如果是使用匯編語言則21個SFR都需要理解，并且其地址這些都需要記住。如果是C語言編程就相對簡單些了，由于目前C語言的通用性，絕大部分單片機開發都使用C語言，這里說以C為語言進行編程需注意的地方。

　　在用C編程中我們只需要撐握IP、IE、SCON、TCON、P1、P2、P3、P4、PCON TMOD、TL0、TH0、TL1、TH1、SBUF15個寄存器，如圖5所示，已用紅線和藍線標出，注意紅線的能進行位操作，藍線的不能進行位操作。

　　圖5 C語言編程中需撐握的15個寄存器

　　這15寄存器中，根據前面講的51單片機內部四大功能模塊又可分為四大部分：

　　I/O口相關：P1 P2 P3 P4

　　中斷相關：IP IE

　　定時器相關：TMOD TCON TL0、TH0、TL1、TH1

　　串口通信相關：PCON SBUF

　　注意：

　　在這四大部分中，除I/O口操作相關P1 P2 P3 P4相對獨立外，其它11個寄存器使用時通常會相互結合使用，也就是說中斷、定時器和串口通信三者通常會結合起來用，如外部中斷時，設置邊沿觸發還是電平觸發需設置TCON寄存器中的TR0和TR1位，使用定時器時又可能用到中斷，而串口通信時設置波特率又直接跟定時器相關。

　　總之51單片機其實最難的就是對除I/O口外的11個寄存器的操作，但難歸難，但畢竟只有11個，只要肯定花功夫和時間，多寫寫程序，多調試，一定可以學得好，現在我也記不到，每次遇到時總得去查相關的書籍，而且感覺腦對這一塊還是很亂，再看哈書，看后面能不能總結出好的方法來。

　　4、參考例程

　　下面附出中斷、定時器及串口通信的三個例子，供大家參考：

　　前面講到過，51單片機內部共有21個特殊功能寄存器，如下圖所示。如果用C語言進行編程時只需考慮15個寄存器，這15個寄存器按單片機內部功能模塊以可分成四大類，分別為：

　　I/O口操作相關：P1 P2 P3 P4

　　中斷相關：IP IE

　　定時器相關：TMOD TCON TL0、TH0、TL1、TH1

　　串口通信相關：SCON PCON SBUF

　　這15個寄存器中，P1 P2 P3 P4 TL0 TH0 TL1 TH1 SBUF這9個操作相對簡單，而PCON為電源控制寄存器，平時只有在串口通信編程中會用到最高位SMOD，當SMOD=1，波特率會倍增，所以對這個寄存器只需要考慮這點就可以了，而對于IP寄存器為中斷優先寄存器，對于單片機初學者基本上用不到，這里先不作介紹。

　　剩下的就只有IE、TCON、SCON和TMOD 4個寄存器了，如圖1中綠色圓圈的四個，分別為中斷允許寄存器（IE），定時器控制寄存器（TCON），定時器模式及工作方式寄存器（TMOD），串行口控制寄存器（SCON）。4個寄存器相對來說較難記住，下面分別對這4個寄存器及每一位進行說明。

　　1、IE中斷允許寄存器

　　EA：EA=0時，所有中斷禁止（即不產生中斷）；EA=1時，各中斷的產生由個別的允許位決定

　　ET2：定時2溢出中斷允許（8052用1允許， 0禁止）

　　ES：串行口中斷允許（1允許， 0禁止）

　　ET1）：定時1中斷允許（1允許， 0禁止）

　　EX1：外中斷INT1中斷允許（1允許， 0禁止）

　　ET0：定時器0中斷允許（1允許， 0禁止）

　　EX0：外部中斷INT0的中斷允許（1允許， 0禁止）

　　2、TCON定時器控制寄存器

　　TF1：定時器T1溢出標志，可由程序查詢和清零，TF1也是中斷請求源，當CPU響應T1中斷時由硬件清零。

　　TF0：定時器T0溢出標志，可由程序查詢和清零，TF0也是中斷請求源，當CPU響應T0中斷時由硬件清零。

　　TR1：T1充許計數控制位，為1時充許T1計數（定時）。

　　TR0：T0充許計數控制位，為1時充許T0計數（定時）。

　　IE1：外部中斷1請示源（INT1，P3.3）標志。IE1＝1，外部中斷1正在向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷時由硬件清“0”IE1（邊沿觸發方式）。

　　IT1：外部中斷源1觸發方式控制位。IT1＝0，外部中斷1程控為電平觸發方式，當INT1（P3.3）輸入低電平時，置位IE1。此位為1設置為電平觸發，為0設置為下降沿觸發。

　　IE0：外部中斷0請示源（INT0，P3.2）標志。IE0＝1，外部中斷1正在向CPU請求中斷，當CPU響應該中斷時由硬件清“0”IE0（邊沿觸發方式）。

　　IT0：外部中斷源0觸發方式控制位。IT0＝0，外部中斷1程控為電平觸發方式，當INT0（P3.2）輸入低電平時，置位IE0。此位為1設置為電平觸發，為0設置為下降沿觸發。

　　3、TMOD定時器工作模式及方式寄存器

　　此寄存器高四位用于T1，低四位用于T0。

　　GATE ：定時操作開關控制位，當GATE=1時，INT0或INT1引腳為高電平，同時TCON中的TR0或TR1控制位為1時，計時/計數器0或1才開始工作。若GATE=0，則只要將TR0或TR1控制位設為1，計時/計數器0或1就開始工作。

　　C/T ：定時器或計數器功能的選擇位。C/T=1為計數器，通過外部引腳T0或T1輸入計數脈沖。C/T=0時為定時器，由內部系統時鐘提供計時工作脈沖。

　　M1 M0：T0、T1工作模式選擇位

　　M1 M0：0 0方式0，13位計數/計時器

　　M1 M0：0 1方式1，16位計數/計時器

　　M1 M0：1 0方式2，8位自動加載計數/計時器

　　M1 M0：1 1方式3，僅適用于T0，定時器0分為兩個獨立的8位定時器/計數器TH0及TL0，T1在方式3時停止工作

　　4、SCON串行通信控制寄存器

　　SM0 SM1：串行口工作方式控制位

　　SM0 SM1： 0 0 方式0－波特率由振蕩器頻率所定：振蕩器頻率/12

　　SM0 SM1： 0 1 方式1－波特率由定時器T1或T2的溢出率和SMOD所定：2SMOD ×（T1溢出率）/32

　　SM0 SM1： 1 0 方式2－波特率由振蕩器頻率和SMOD所定：2SMOD ×振蕩器頻率/64

　　SM0 SM1： 1 1 方式3－波特率由定時器T1或T2的溢出率和SMOD所定：2SMOD ×（T1溢出率）/32

　　SM2：多機通信控制位。多機通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收狀態，當串行口工作于方式2或3，以及SM2=1時，只有當接收到第9位數據（RB8）為1時，才把接收到的前8位數據送入SBUF，且置位RI發出中斷申請，否則會將接受到的數據放棄。當SM2=0時，就不管第位數據是0還是1，都難得數據送入SBUF，并發出中斷申請。工作于方式0時，SM2必須為0。

　　REN：允許接收位。 REN用于控制數據接收的允許和禁止，REN=1時，允許接收，REN=0時，禁止接收。

　　TB8：發送接收數據位8。在方式2和方式3中，TB8是要發送的——即第9位數據位。在多機通信中同樣亦要傳輸這一位，并且它代表傳輸的地址還是數據，TB8=0為數據，TB8=1時為地址。

　　RB8：接收數據位8。在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數據，用以識別接收到的數據特征。

　　TI：發送中斷標志位。可尋址標志位。方式0時，發送完第8位數據后，由硬件置位，其它方式下，在發送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示幀發送結束，TI可由軟件清“0”。

　　RI：接收中斷標志位。可尋址標志位。接收完第8位數據后，該位由硬件置位，在其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=1表示幀接收完成。