51单片机的IO口和寄存器

当我们拿到一块单片机时，我们首先看到的是他的外观，就像下边这样的：

当然对于51单片机来说，最常用的还是第一种样式的，这种叫做PDIP封装。在单片机上有很多小针（管脚），这些就是单片机用来输出数据，控制其他设备的工具。那么这些管脚是怎么工作的呢？当然是用程序！可是程序是软件，而这些管脚是硬件，它们之间有啥关系啊？这就是涉及到51单片机的内部结构了，学过数字电子技术的同学知道，集成电路的结构太复杂了，简单的逻辑与或非还行，什么锁存器、时序电路、组合电路简直让人头疼。请先不要害怕，51单片机虽然也是个很复杂的集成电路，但是你要记住，你是用单片机的，不是造单片机的，更不是设计单片机的，所以你只要知道它怎么用就可以了。关于51单片机怎么用，个人觉得分两部分，第一部分就是外部的引脚功能，每个引脚是干嘛的，怎么用？第二个部分就是刚才说的，软件程序怎么去控制这些引脚呢？这就要用到寄存器，其实单片机所有功能都是通过配置寄存器实现的。所以不要害怕了，学好51的单片机就两点：对外，知道怎么将引脚和电路连接；对内，知道怎么通过设置寄存器得到期望的功能。这篇文章就先带大家粗略看一下各个引脚和寄存器的功能，详细的使用方法会陆续在之后的文章讲述。

一、从外观认识51单片机

上图是典型的PDIP封装的51单片机引脚图，一共有四十个引脚，下面开始枯燥的叙述各个引脚的功能，我本来想用一些随便的语言去叙述，一是怕讲述的不够清楚，影响理解，二是我希望如果大家觉得这篇文章有用，可以收藏一下，方便查阅，当作一个手册来看而不是看我这里的废话，好了不说了上干货。
51单片机引脚功能介绍：
1-8号引脚：P1口8位双向口线。
9号引脚：复位端
10-17号引脚：P3口8位双向口线。
18-19号引脚：XTAL1和XTAL2 外接晶振引脚。当使用芯片内部时钟时，此二引脚用于外接石英晶体和微调电容;当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
20号引脚：接地
21-28号引脚：P2口8位双向口线。
29号引脚：PSEN 外部程序存储器读选通信号
30号引脚：ALE/PROG 地址锁存控制信号
31号引脚：EA/VPP 访问和序存储器控制信号
32-39号引脚：P0口8位双向口线.
40号引脚：电源。
下面进行详细的介绍：
P0口有三个功能:
(1)外部扩展存储器时，当做数据总线
(2)外部扩展存储器时，当作地址总线
(3)不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。
P1口只做I/O口使用:其内部有上拉电阻。
P2口有两个功能:
(1)扩展外部存储器时，当作地址总线使用
(2)做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻;
P3口有两个功能:
除了作为I/O使用外，还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。
ALE/PROG：
在系统扩展时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。将P0口上低8位地址信号送入锁存器。当ALE是低电平时，P0口上的内容和锁存器输出一致。
PORG
我们知道，在8051单片机内部有一个4KB或8KB的程序存储器(ROM)，ROM的作用就是用来存放用户需要执行的程序的，那么我们是怎样把编写好的程序存入进这个ROM中的呢?实际上是通过编程脉冲输入才能写进去的，这个脉冲的输入端口就是PROG。
PSEN 外部程序存储器读选通信号:在读外部ROM时PSEN低电平有效，以实现外部ROM单元的读操作。
（1）内部ROM读取时，PSEN不动作;
（2）外部ROM读取时，在每个机器周期会动作两次;
（3）外部RAM读取时，两个PSEN脉冲被跳过不会输出;
（4）外接ROM时，与ROM的OE脚相接。
EA/VPP 访问和序存储器控制信号
（1）接高电平时:
CPU读取内部程序存储器(ROM)扩展外部ROM:当读取内部程序存储器超过0FFFH(8051)1FFFH(8052)时自动读取外部ROM。
（2）接低电平时:CPU读取外部程序存储器(ROM)。在前面的学习中我们已知道，8031单片机内部是没有ROM的，那么在应用8031单片机时，这个脚是一直接低电平的。
（3）8751烧写内部EPROM时，利用此脚输入21V的烧写电压。RST 复位信号:当输入的信号连续2个机器周期以上高电平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作，当复位后程序计数器PC=0000H，即复位后将从程序存储器的0000H单元读取第一条指令码。

二、51单片机的寄存器

然后就来看看神秘的寄存器吧？51单片机一共有21个特殊功能寄存器，不连续的分布在地址为80H-FFH的SFR空间中，在这片SFR空间中包含128个位地址空间，地址也是80H-FFH，但是只有83个有效位，可对11个特殊功能寄存器进行位寻址操作。

下面对这些寄存器一一讲解：
1、ACC累加器
首先说明他是个寄存器而不是一个运算器，运算类指令都离不开它。自身带有全零标志Z，若A=0则Z=1;若A≠0则z=0。该标志常用作程序分枝转移的判断条件。
2、B
具体的名字不太清楚，说一下功能吧，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。
这是一个很重要的寄存器，里面放了CPU工作时的很多状态。

CY：进位标志
51单片机拥有8位的运算器，可以表示0-255，在运算过程中可能会超出这个范围，为了不让最高位丢失，就用到了进位标志CY。有进、借位时CY=1;无进、借位时CY=0。
AC：辅助进、借位(高半字节与低半字节间的进、借位)。
F0：用户标志位
由编程人员决定什么时候用，怎么用。
S1、RS0：工作寄存器组选择位
通过修改PSW中的RS1、RS0两位的状态，就能任选一个工作寄存器区。这个特点提高了MCS-51现场保护和现场恢复的速度。对于提高CPU的工作效率和响应中断的速度是很有利的。

OV：溢出标志位
运算结果按补码运算理解。有溢出，OV=1;无溢出，OV=0。什么是溢出我们后面的章节会讲到。
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，否则为0。运算结果有奇数个1，P=1;运算结果有偶数个1，P=0。
4、DPTR(DPH、DPL)：数据指针
可以用它来访问外部数据存储器中的任一单元，如果不用，也可以作为通用寄存器来用，由用户决定如何使用。
5、P0、P1、P2、P3：输入输出口(I/O)寄存器
这个我们已经知道，是四个并行输入/输出口(I/O)的寄存器。它里面的内容对应着管脚的输出。
6、IE:中断充许寄存器
可按位寻址。

EA：EA=0时，所有中断禁止(即不产生中断);EA=1时，各中断的产生由个别的允许位决定
ES ：串行口中断充许(ES=1充许，ES=0禁止)
ET1：定时1中断充许
EX1：外中断INT1中断充许
ET0：定时器0中断充许
EX0：外部中断INT0的中断允许
7、IP：中断优先级控制寄存器
可按位寻址，地址位B8H。

PS：串行口中断优先
PT1：定时1中断优先
PX1：外中断INT1中断优先
PT0：定时器0中断优先
PX0：外部中断INT0的中断优先
以上寄存器，1表示高优先级，0表示低优先级，51单片机只有高低两个优先级。
8、TMOD：定时器控制寄存器
不按位寻址，地址89H。

GATE ：定时操作开关控制位，当GATE=1时，INT0或INT1引脚为高电平，同时TCON中的TR0或TR1控制位为1时，计时/计数器0或1才开始工作。若GATE=0，则只要将TR0或TR1控制位设为1，计时/计数器0或1就开始工作。
C/T ：定时器或计数器功能的选择位。C/T=1为计数器，通过外部引脚T0或T1输入计数脉冲。C/T=0时为定时器，由内部系统时钟提供计时工作脉冲。
M1 、M0：T0、T1工作模式选择位

9、TCON——定时器控制寄存器
可按位寻址，地址位88H

F1：定时器T1溢出标志，可由程序查询和清零，TF1也是中断请求源，当CPU响应T1中断时由硬件清零。
TF0：定时器T0溢出标志，可由程序查询和清零，TF0也是中断请求源，当CPU响应T0中断时由硬件清零。
TR1：T1充许计数控制位，为1时充许T1计数。
TR0：T0充许计数控制位，为1时充许T0计数。
IE1：外部中断1请示源(INT1，P3.3)标志。IE1=1，外部中断1正在向CPU请求中断，当CPU响应该中断时由硬件清“0”IE1(边沿触发方式)。
IT1：外部中断源1触发方式控制位。IT1=0，外部中断1程控为电平触发方式，当INT1(P3.3)输入低电平时，置位IE1。
IE0：外部中断0请示源(INT0，P3.2)标志。IE0=1，外部中断1正在向CPU请求中断，当CPU响应该中断时由硬件清“0”IE0(边沿触发方式)。
IT0：外部中断源0触发方式控制位。IT0=0，外部中断1程控为电平触发方式，当INT0(P3.2)输入低电平时，置位IE0。
10、SCON：串行通信控制寄存器
它是一个可寻址的专用寄存器，用于串行数据的通信控制，单元地址是98H，其结构格式如下

SM0、SM1：串行口工作方式控制位。

SM0，SM1 工作方式

00 方式0-波特率由振荡器频率所定：振荡器频率/12

01 方式1-波特率由定时器T1或T2的溢出率和SMOD所定：2SMOD ×(T1溢出率)/32

10 方式2-波特率由振荡器频率和SMOD所定：2SMOD ×振荡器频率/64

11 方式3-波特率由定时器T1或T2的溢出率和SMOD所定：2SMOD ×(T1溢出率)/32

SM2：多机通信控制位。多机通信是工作于方式2和方式3，SM2位主要用于方式2和方式3。接收状态，当串行口工作于方式2或3，以及SM2=1时，只有当接收到第9位数据(RB8)为1时，才把接收到的前8位数据送入SBUF，且置位RI发出中断申请，否则会将接受到的数据放弃。当SM2=0时，就不管第位数据是0还是1，都难得数据送入SBUF，并发出中断申请。工作于方式0时，SM2必须为0。
REN：允许接收位。< br> REN用于控制数据接收的允许和禁止，REN=1时，允许接收，REN=0时，禁止接收。
TB8：发送接收数据位8。< br> 在方式2和方式3中，TB8是要发送的——即第9位数据位。在多机通信中同样亦要传输这一位，并且它代表传输的地址还是数据，TB8=0为数据，TB8=1时为地址。
RB8：接收数据位8。
在方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位数据，用以识别接收到的数据特征。
TI：发送中断标志位。
可寻址标志位。方式0时，发送完第8位数据后，由硬件置位，其它方式下，在发送或停止位之前由硬件置位，因此，TI=1表示帧发送结束，TI可由软件清“0”。
RI：接收中断标志位。
可寻址标志位。接收完第8位数据后，该位由硬件置位，在其他工作方式下，该位由硬件置位，RI=1表示帧接收完成。
11、PCON：电源管理寄存器
PCON主要是为CHMOS型单片机的电源控制而设置的专用寄存器，单元地址是87H，其结构格式如下：

在CHMOS型单片机中，除SMOD位外，其他位均为虚设的，SMOD是串行口波特率倍增位，当SMOD=1时，串行口波特率加倍。系统复位默认为SMOD=0。