单片机系列第七讲 单片机的特殊功能寄存器

通过前面的学习，我们已知单片机的内部有ROM、有RAM、有并行I/O口，那么，除了这些东西之外，单片机内部究竟还有些什么，这些个零碎的东西怎么连在一起的，让我们来对单片机内部的寄存器作一个完整的功能分析吧！

下图中我们能看出，在51单片机内部有一个CPU用来运算、控制，有四个并行I/O口，分别是P0、P1、P2、P3，有ROM，用来存放程序，有RAM，用来存放中间结果，此外还有定时/计数器，串行I/O口，中断系统，以及一个内部的时钟电路。在一个51单片机的内部包含了这么多的东西。

对上面的图进行进一步的分析，我们已知，对并行I/O口的读写只要将数据送入到对应I/O口的锁存器就能了，那么对于定时/计数器，串行I/O口等怎么用呢？在单片机中有一些独立的存储单元是用来控制这些器件的，被称之为特殊功能寄存器（SFR）。事实上，我们已接触过P1这个特殊功能寄存器了，还有哪些呢？看下表1

表1

<特殊功能寄存器地址映象表（一）>

<特殊功能寄存器地址映象表（二）>

<特殊功能寄存器地址映象表（三）>

下面，我们介绍一下几个常用的SFR，看图2。

1、ACC：累加器，常常用A表示。这是个什么东西，可不能从名字上理解，它是一个寄存器，而不是一个做加法的东西，为什么给它这么一个名字呢？或许是因为在运算器做运算时其中一个数一定是在ACC中的缘故吧。它的名字特殊，身份也特殊，稍后我们将学到指令，能发现，所有的运算类指令都离不开它。

2、B：一个寄存器。在做乘、除法时放乘数或除数，不做乘除法时，随你怎么用。

3、PSW：程序状态字。这是一个很重要的东西，里面放了CPU工作时的很多状态，借此，我们能了解CPU的当前状态，并作出对应的处理。它的各位功能请看表2

表2

PSW也称为标志寄存器，了解这个对于了解单片机原理非常的重要，存放各有关标志。其结构和定义如下：

下面我们逐一介绍sfr各位的用途

（1）CY：进位标志。用于表示Acc.7有否向更高位进位。8051中的运算器是一种8位的运算器，我们知道，8位运算器只能表示到0-255，如果做加法的话，两数相加可能会超过255，这样最高位就会丢失，造成运算的错误，怎么办？最高位就进到这里来。这样就没事了。

例：78H+97H（01111000+10010111）

（2）AC：辅助进位标志也叫半进位标志。 用于表示Acc.3有否向Acc.4进位

例：57H+3AH（01010111+00111010）

（3）F0：用户标志位，由我们（编程人员）决定什么时候用，什么时候不用。

（4）RS1、RS0：工作寄存器组选择位。这个我们已知了。

RS1、RS0 = 00 —— 0区（00H～07H）

RS1、RS0 = 01 —— 1区（08H～0FH）

RS1、RS0 = 10 —— 2区（10H～17H）

RS1、RS0 = 11 —— 3区（18H～1FH）

（5）0V：溢出标志位。 表示Acc在有符号数算术运算中的溢出，什么是溢出我们稍后再谈吧。

（6）P：奇偶校验位：它用来表示ALU运算结果中二进制数位“1”的个数的奇偶性。若为奇数，则P=1，不然为0。

例：某运算结果是78H（01111000），显然1的个数为偶数，所以P=0。

4、DPTR（DPH、DPL）：数据指针，能用它来访问外部数据存储器中的任一单元，如果不用，也能作为通用寄存器来用，由我们自已决定如何使用。16位，由两个8位寄存器DPH、DPL组成。主要用于存放一个16位地址，作为访问外部存储器（外RAM和ROM）的地址指针。

5、P0、P1、P2、P3：这个我们已经知道，是四个并行输入/输出口的寄存器。它里面的内容对应着管脚的输出。

6、SP：堆栈指针。（专用于指出堆栈顶部数据的地址。）

堆栈介绍：日常生活中，我们都注意到过这样的现象，家里洗的碗，一只一只摞起来，最晚放上去的放在最上面，而最早放上去的则放在最下面，在取的时候正好相反，先从最上面取，这种现象我们用一句话来概括：“先进后出，后进先出”。请大家想想，还有什么地方有这种现象？其实比比皆是，建筑工地上堆放的砖头、材料，仓库里放的货物，都是“先进后出，后进先出”，这实际是一种存取物品的规则，我们称之为“堆栈”。

在单片机中，我们也能在RAM中构造这样一个区域，用来存放数据，这个区域存放数据的规则就是“先进后出，后进先出”，我们称之为“堆栈”。为什么需要这样来存放数据呢？存储器本身不是能按地址来存放数据吗？对，知道了地址的确就能知道里面的内容，但如果我们需要存放的是一批数据，每一个数据都需要知道地址那不是麻烦吗？如果我们让数据一个接一个地放置，那么我们只要知道第一个数据所在地址单元就能了（看图2）如果第一个数据在27H，那么第二、三个就在28H、29H了。所以利用堆栈这种办法来放数据能简化操作

那么51中堆栈什么地方呢？单片机中能存放数据的区域有限，我们不能够专门分配一块地方做堆栈，所以就在内存（RAM）中开辟一块地方，用于堆栈，但是用内存的哪一块呢？还是不好定，因为51是一种通用的单片机，各人的实际需求各不相同，有人需要多一些堆栈，而有人则不需要那么多，所以怎么分配都不合适，怎样来解决这个问题?分不好干脆就不分了，把分的权利给用户（编程者），根据自已的需要去定吧，所以51单片机中堆栈的位置是能变化的。而这种变化就体现在SP中值的变化，看图2，SP中的值等于27H不就相当于是一个指针指向27H单元吗？当然在真正的51机中，开始指针所指的位置并非就是数据存放的位置，而是数据存放的前一个位置，比如一开始指针是指向27H单元的，那么第一个数据的位置是28H单元，而不是27H单元，为什么会这样，我们在学堆栈命令时再说明。其它的SFR，我们在用到时再介绍。

作者点评：这一课可能比较难懂了，看大家的评论很多都这样说，其实并不需要把上面的这些东西都死记硬背在脑子里面，这是很难的，我们只需要理解他的工作原理，一次看不懂就要多看几次，等到要写程序的时候，我们再把这些表格拿出来查阅所以建议你把本页保存为书签.笔者在开始学习单片机的时候也是这样做的.

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控制单片机里面的寄存器，要怎么玩？

这篇文章适合刚刚入门的单片机小白看。

单片机在电学里面，属于很简单的一种器件，外表看，就是一个芯片，长着很多的脚。内部，就是一堆寄存器。不同的单片机，外部表现就是形状和引脚数量和引脚名称可能不一样，内部，就是寄存器名称不一样。

我们要做的，就是写程序控制单片机里面的寄存器，然后通过引脚表现出来完成各种电子产品。

所以，你在看别人写的程序的时候，会经常看到给单片机寄存器赋值的语句。下面就以最简单的控制51单片机引脚高低电平来说明一下。（不要总是存在51单片机已经淘汰的想法，51单片机至今任然是出货量最大的单片机，并且各大公司每年都有新款的51单片机推出，功能越来越强劲，做产品，要选最合适的单片机，而不要总想用牛逼的单片机。）

例如，单片机P1口有8个引脚，分别为P1.0~P1.7，如果想让P1口的8个引脚都输出高电平，是这么写：P1=0XFF；如果想让P1口的8个引脚都输出低电平，是这么写：P1=0X00；如果只让P1.0输出高电平，其他引脚输出低电平，是这么写：P1=0X01......

这些值是怎么来的呢？

计算方法：

一个数，前面以0X开头，标示后面的数是十六进制数。所以首先，我们先要知道十进制和十六进制的转换。

十六进制：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

十进制： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

以上十六进制和十进制是对应关系，例如B对应11。

单片机和计算机一样，是以“位”为最小单片机，例如，P1是一个8位的寄存器。P1寄存器的8个位名称分别是：P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0

上面的0X开头的数，是以4个“位”为一个单位进行计算，以8421码进行相加计算，听这里很迷糊吧。举个例子就明白了。

你可以做一个这样的表格：

从上表看出，把寄存器的“位”，从高到低排列，然后以4个为一组，对应的8421码如上图所示。

给寄存器写值，实际上就是给它的每个位写0或者1，例如要使得哪个引脚为高电平，就给对应的位写1；要使得哪一个引脚为低电平，就给对应的位写0。然后把对应为1的8421加起来，以4个位为一组。

例如，我们要让每一个引脚都输出高电平，就是每个位的值都为1，那对应寄存器的高四位，8+4+2+1=15,15对应的是十六进制的F，再看寄存器的低四位，8+4+2+1=15,还是对应F，所以最后的值就是0xFF。

再看，如果让每一个引脚都输出低电平，就是每个位的值都是1,前面说过，只有对应位是1，才把它们的8421加起来，现在都是0,所以都不用加，结果就是0x00。

再看，如果只让P1.0引脚是高电平，其他引脚输出低电平，那么，只有P1.0对应的位是1，其它的位是0，所以，只需要取P1.0上面的1码，所以结果就是0x01。

再看，如果让P1.0、P1.1、P1.7、P1.5输出高电平，其它引脚输出低电平，那么对应的值如下图所示：

我们看寄存器的高四位，取对应1上面的码8+2=10，10对应十六进制的A，再看寄存器的低四位，取对应1上面的码2+1=3,3对应的十六进制还是3，所以结果就是0XA3,这是，你写P1=0XA3，就可以使得引脚该高的高，该低的低了。

不管是51的8位寄存器，还是ARM的32位寄存器，寄存器中的每一个位都有一定的用意，这些用意可以查看单片机的用户手册得知，你只需要按照你的要求，给对应的位写1或者0，然后利用上面的方法得出结果，就可以操作单片机的寄存器了。

你学会了吗？

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