特殊功能寄存器（SFR）详解 ——以8051单片机为例

Question

如题所述

Answer 1

特殊功能寄存器（SFR）在51/52系列单片机中扮演着关键角色，它们位于80H至FFH内存区间的21或26个字节内，但实际可用的仅为21个字节（MCS-51系列）或26个字节（MCS-52系列），用户无法对这些单元进行读写操作。SFR作为单片机的状态及控制字寄存器，是单片机内部结构的重要组成部分，它们根据不同的功能被分类为累加器ACC、寄存器B、程序状态字PSW、堆栈及堆栈指针SP、数据指针DPTR、端口寄存器P0~P3、定时/计数器TL0~TH1、中断允许寄存器IE、中断优先级寄存器IP、定时器工作方式寄存器TMOD、定时器控制寄存器TCON、串行口控制寄存器SCON以及串行数据寄存器SBUF和电源控制寄存器PCON。这些SFR在单片机运行中提供了状态监控、数据处理、中断管理、定时与计数、串行通信、以及电源控制等功能。

累加器ACC是最常用的SFR之一，它作为单操作数指令的操作数或双操作数指令中的一个操作数来源，用于执行加、减、乘、除等算术运算，其结果存储在ACC或寄存器B中。B寄存器则主要用于乘除运算或作为一般寄存器使用。程序状态字PSW包含当前ALU的操作状态特征，反映了单片机执行指令后的状态，如零标志、溢出标志、进位标志等。

堆栈及堆栈指针SP是单片机中用于程序调用和中断操作的内存区域。它们提供了一种“先进后出”的数据存储方式，用于保护断点和现场，确保在执行子程序调用或中断操作时能够正确返回。SP作为栈顶的存储单元地址，系统复位后其值通常为07H，实际应用中会在主程序开始处进行初始化，通常在片内RAM的30H~7FH区域内开辟堆栈区，并将SP设置为60H，以适应多级中断嵌套和多重子程序调用需求。

数据指针DPTR是一个16位专用寄存器，它既可作为一个整体使用，也可拆分为两个8位寄存器DPH和DPL。DPTR主要用于保存16位地址信息，常在基址加变址间接寄存器寻址方式中使用，以访问片外64KB的数据存储器或程序存储器。

端口寄存器P0~P3分别是I/O端口P0~P3的8位锁存器，作为可位寻址寄存器，用于直接控制外部设备的输入输出操作。定时/计数器TL0~TH1为51单片机提供定时和计数功能，而52系列单片机则在此基础上增加了额外的定时/计数器T2。中断允许寄存器IE和中断优先级寄存器IP分别控制中断源的允许状态和优先级设置，确保系统在多个中断请求同时发生时能够正确响应和处理。定时器工作方式寄存器TMOD和定时器控制寄存器TCON则用于配置定时器的操作模式和中断标志。

串行口控制寄存器SCON和串行数据寄存器SBUF共同用于实现单片机的串行通信功能。SCON寄存器锁存串行口的发送和接收中断标志，而SBUF则作为物理上的两个寄存器（发送缓冲寄存器和接收缓冲寄存器）的逻辑表示，用于存储和传输数据。电源控制寄存器PCON则负责电源管理和波特率选择，确保单片机在不同电源条件下能够保持稳定运行。