嵌入式系统 - 寄存器

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寄存器用于CPU中临时存储信息，这些信息可能是要处理的数据，也可能是指向要获取数据的地址。在8051中，有一种数据类型是8位的，从MSB（最高有效位）D7到LSB（最低有效位）D0。对于8位数据类型，任何大于8位的数据类型都必须分解成8位的块才能进行处理。

8051最常用的寄存器是A（累加器）、B、R0-R7、DPTR（数据指针）和PC（程序计数器）。除DPTR和PC外，所有这些寄存器都是8位的。

8051中的存储寄存器

我们将在此讨论以下类型的存储寄存器：

• 累加器
• R寄存器
• B寄存器
• 数据指针 (DPTR)
• 程序计数器 (PC)
• 堆栈指针 (SP)

累加器

累加器（寄存器A）用于所有算术和逻辑运算。如果没有累加器，则每次计算（加法、乘法、移位等）的结果都必须存储到主内存中。访问主内存比访问累加器之类的寄存器慢，因为大型主内存使用的技术比寄存器使用的技术慢（但更便宜）。

“R”寄存器

“R”寄存器是一组八个寄存器，即R0、R1到R7。这些寄存器在许多操作中充当辅助或临时存储寄存器。考虑一个10和20的和的例子。将变量10存储在累加器中，将另一个变量20存储在，例如，寄存器R4中。要处理加法运算，执行以下命令：

ADD A,R4

执行此指令后，累加器将包含值30。“R”寄存器是非常重要的辅助或**辅助寄存器**。如果没有这些“R”寄存器，累加器本身将不是很有用。“R”寄存器用于临时存储值。

让我们来看另一个例子。我们将R1和R2中的值加在一起，然后从结果中减去R3和R4的值。

MOV A,R3   ;Move the value of R3 into the accumulator 
ADD A,R4   ;Add the value of R4 
MOV R5,A   ;Store the resulting value temporarily in R5 
MOV A,R1   ;Move the value of R1 into the accumulator 
ADD A,R2   ;Add the value of R2 
SUBB A,R5  ;Subtract the value of R5 (which now contains R3 + R4)

如您所见，我们使用R5临时保存R3和R4的和。当然，这不是计算(R1 + R2) – (R3 + R4)最有效的方法，但它确实说明了“R”寄存器作为临时存储值的方式。

“B”寄存器

“B”寄存器与累加器非常相似，因为它可以保存8位（1字节）值。“B”寄存器仅由两条8051指令使用：**MUL AB**和**DIV AB**。要快速轻松地将A乘以或除以另一个数字，您可以将另一个数字存储在“B”中并使用这两条指令。除了使用MUL和DIV指令外，“B”寄存器通常还用作另一个临时存储寄存器，就像第九个R寄存器一样。

数据指针

数据指针 (DPTR) 是8051唯一用户可访问的16位（2字节）寄存器。累加器、R0-R7寄存器和B寄存器是1字节值寄存器。DPTR用于指向数据。8051使用它通过DPTR指示的地址访问外部存储器。DPTR是唯一可用的16位寄存器，通常用于存储2字节值。

程序计数器

程序计数器 (PC) 是一个2字节地址，它告诉8051在内存中可以找到下一条要执行的指令的位置。当8051初始化时，PC从0000h开始，每次执行指令后都会递增。PC并不总是递增1。有些指令可能需要2或3个字节；在这种情况下，PC将递增2或3。

**分支、跳转**和**中断**操作将程序计数器加载到下一个顺序位置以外的地址。激活上电复位将导致寄存器中的所有值丢失。这意味着复位时PC的值为0，迫使CPU从ROM位置0000获取第一个操作码。这意味着我们必须将第一个操作码字节放在ROM位置0000，因为那是CPU期望找到第一条指令的地方。

堆栈指针 (SP)

堆栈指针与除DPTR和PC之外的所有寄存器一样，可以保存8位（1字节）值。堆栈指针指示从堆栈中删除下一个值的地址。当一个值被压入堆栈时，SP的值会递增，然后将该值存储在生成的内存位置。当一个值从堆栈中弹出时，该值将从SP指示的内存位置返回，然后SP的值将递减。

此操作顺序很重要。当8051初始化时，SP将初始化为07h。如果同时将一个值压入堆栈，则该值将存储在内部RAM地址08h中，因为8051将首先递增SP的值（从07h到08h），然后将压入的值存储在该内存地址（08h）。SP由8051通过六条指令直接修改：PUSH、POP、ACALL、LCALL、RET和RETI。

8051中的ROM空间

一些8051系列成员只有4KB的片上ROM（例如8751、AT8951）；有些有8KB ROM，如AT89C52，还有一些系列成员有32KB和64KB的片上ROM，例如达拉斯半导体。需要记住的是，8051系列的任何成员都不能访问超过64KB的操作码，因为8051中的程序计数器是16位寄存器（0000到FFFF地址）。

8051内部程序ROM的第一个位置的地址为0000H，而最后一个位置可能因芯片上ROM的大小而异。在8051系列成员中，AT8951有4KB的片上ROM，其内存地址为0000（第一个位置）到0FFFH（最后一个位置）。

8051标志位和PSW寄存器

程序状态字 (PSW) 寄存器是一个8位寄存器，也称为**标志寄存器**。它是8位的，但只有6位被使用。两个未使用的位是**用户定义标志**。四个标志称为**条件标志**，这意味着它们指示指令执行后产生的条件。这四个是**CY**（进位）、**AC**（辅助进位）、**P**（奇偶校验）和**OV**（溢出）。RS0和RS1位用于更改寄存器组。下图显示了程序状态字寄存器。

PSW寄存器包含反映CPU当前状态的状态位。

我们可以使用RS0和RS1位选择相应的寄存器组位。

• **CY，进位标志** - 每当从D7位进位时，此进位标志被设置为 (1)。它在8位加法或减法运算后受到影响。它也可以通过指令直接重置为1或0，例如“SETB C”和“CLR C”，其中“SETB”代表设置位进位，“CLR”代表清除进位。

• **AC，辅助进位标志** - 如果在ADD或SUB运算期间从D3和D4进位，则AC位被设置；否则，它被清除。它用于执行二进制编码十进制算术的指令。

• **P，奇偶校验标志** - 奇偶校验标志仅表示累加器寄存器中1的数量。如果A寄存器包含奇数个1，则P = 1；对于偶数个1，P = 0。

• **OV，溢出标志** - 每当有符号数运算的结果太大导致高阶位溢出到符号位时，此标志被设置。它仅用于检测有符号算术运算中的错误。

示例

在执行以下指令后，显示9CH和64H相加后的CY、AC和P标志的状态。

MOV A, #9CH

ADD A, # 64H

Solution:  9C   10011100 
          +64   01100100 
          100   00000000 
			 
CY = 1 since there is a carry beyond D7 bit  
AC = 0 since there is a carry from D3 to D4 
P  = 0 because the accumulator has even number of 1's