51單片機內部控制寄存器
通過前面課程的學習,我們已知道了單片機的內部有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?
本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201611/320553.htm下面就讓我們來對單片機內部作一個完整的分析吧!
從圖中我們可以看出,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。
對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相應I/O口的鎖存器就可以了,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?看表1
表1 | ||
| 符號 | 地址 | 功能介紹 |
| B | F0H | B寄存器 |
| ACC | E0H | 累加器 |
| PSW | D0H | 程序狀態字 |
| IP | B8H | 中斷優先級控制寄存器 |
| P3 | B0H | P3口鎖存器 |
| IE | A8H | 中斷允許控制寄存器 |
| P2 | A0H | P2口鎖存器 |
| SBUF | 99H | 串行口鎖存器 |
| SCON | 98H | 串行口控制寄存器 |
| P1 | 90H | P1口鎖存器 |
| TH1 | 8DH | 定時器/計數器1(高8位) |
| TH0 | 8CH | 定時器/計數器1(低8位) |
| TL1 | 8BH | 定時器/計數器0(高8位) |
| TL0 | 8AH | 定時器/計數器0(低8位) |
| TMOD | 89H | 定時器/計數器方式控制寄存器 |
| TCON | 88H | 定時器/計數器控制寄存器 |
| DPH | 83H | 數據地址指針(高8位) |
| DPL | 82H | 數據地址指針(低8位) |
| SP | 81H | 堆棧指針 |
| P0 | 80H | P0口鎖存器 |
| PCON | 87H | 電源控制寄存器 |
下面,我們介紹一下幾個常用的SFR。
1、ACC---是累加器,通常用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,稍后在中篇中我們將學到指令,可以發現,所有的運算類指令都離不開它。自身帶有全零標志Z,若A=0則Z=1;若A≠0
則z=0。該標志常用作程序分枝轉移的判斷條件。
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,我們可以了解CPU的當前狀態,并
作出相應的處理。它的各位功能請看表2
表2 | |||||||
D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
CY | AC | F0 | RS1 | RS0 | OV | P | |
下面我們逐一介紹各位的用途
CY:進位標志。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。有進、借位,CY=1;無進、借位,CY=0
例:78H+97H(01111000+10010111)
AC:輔助進、借位(高半字節與低半字節間的進、借位)。
例:57H+3AH(01010111+00111010)
F0:用戶標志位,由用戶(編程人員)決定什么時候用,什么時候不用。
RS1、RS0:工作寄存器組選擇位。這個我們已知了。
0V:溢出標志位。運算結果按補碼運算理解。有溢出,OV=1;無溢出,OV=0。什么是溢出我們后面的章節會講到。
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,否則為0。運算結果有奇數個1,P=1;運算結果有偶數個1,P=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,可以用它來訪問外部數據存儲器中的任一單元,如果不用,也可以作為通用寄存器來用,由我們自已決定如何使用。分成DPL(低8位)和DPH(高8位)兩個寄存器。用來存放16位地址值,以便用間接尋址或變址尋址的方式對片外數據RAM或程序存儲器作64K字節范圍內的數據操作。
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、IE-----中斷充許寄存器
按位尋址,地址:A8H
B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 |
EA | - | ET2 | ES | ET1 | EX1 | ET0 | EX0 |
EA (IE.7):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
- (IE.6):保留
ET2(IE.5):定時2溢出中斷充許(8052用)
ES (IE.4):串行口中斷充許(ES=1充許,ES=0禁止)
ET1(IE.3):定時1中斷充許
EX1(IE.2):外中斷INT1中斷充許
ET0(IE.1):定時器0中斷充許
EX0(IE.0):外部中斷INT0的中斷允許
7、IP-----中斷優先級控制寄存器
按位尋址,地址位B8H
B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 |
- | - | PT2 | PS | PT1 | PX1 | PT0 | PX0 |
- (IP.7):保留
- (IP.6):保留
PT2(IP.5):定時2中斷優先(8052用)
PS (IP.4):串行口中斷優先
PT1(IP.3):定時1中斷優先
PX1(IP.2):外中斷INT1中斷優先
PT0(IP.1):定時器0中斷優先
PX0(IP.0):外部中斷INT0的中斷優先
8、TMOD-----定時器控制寄存器
不按位尋址,地址89H
B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 |
GATE | C/T | M1 | M0 | GATE | C/T | M1 | M |
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 :模式選擇位高位
M0 :模式選擇位低位
M1 | M0 | 工作模式 |
0 | 0 | 13位計數/計時器 |
0 | 1 | 16位計數/計時器 |
1 | 0 | 8位自動加載計數/計時器 |
1 | 1 | 定時器1停止工作,定時器0分為兩個獨立的8位定時器TH0及TL0 |
9、TCON-----定時器控制寄存器
按位尋址,地址位88H
B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 |
TF1 | TR1 | TF0 | TR0 | IE1 | IT1 | IE0 | IT0 |
10、SP------堆棧指針。
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,我們也可以在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?存儲器本身不是可以按地址來存放數據嗎?對,知道了地址的確就可以知道里面的內容,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可以了(看圖2)如果第一個數據在27H,那么第二、三個就在28H、29H了。所以利用堆棧這種方法來放數據可以簡化操作
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可以變化的。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。
圖2如下圖

803l單片機共有21個字節的特殊功能寄存器(SFR),起著專用寄存器的作用,用來設置片內電路的運行方式,記錄電路的運行狀態,并表明有關標志等。此外,特殊功能寄存器中,還有把并行和串行I/O端口映射過來的寄存器,對這些寄存器的讀寫,可實現從相應I/O端口的輸入、輸出操作。
21個特殊功能寄存器不連續地分布在128個字節的SFR存儲空間中,地址空間為80H-FFH,見下圖。帶*的表明是有位地址的寄存器。在這片SFR空間中,包含有128個位地址空間,地址也是80H-FFH,但只有83個有效位地址,可對11個特殊功能寄存器的某些位作位尋址操作。
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由此可見,在特殊功能寄存器中,也有兩套地址:字節地址和位地址。兩者在地址空間上都是80H-FFH,但對字節地址只有21個字節是有效的,對位地址只有83位是有效的,可以說,它們是內部數據存儲器中字節地址與位地址的不連續延伸。其他無效地址單元是不能被訪問的,在使用時應加以注意。
21個特殊功能寄存器的名稱及主要功用介紹如下,詳細的用法在以下各節內容中予以介紹
IE、IP寄存器 作用:中斷控制用
TMOD、TCON 作用:計時、定時、計數器用
SCON寄存器 作用:串行傳輸控制
PCON寄存器 作用:省電模式操作




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