单片机的特殊功能寄存器结构原理分析

  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。

<单片机内部结构图>
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  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）>

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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，我们介绍一下几个常用的SFR，看图2。

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：

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  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。