单片机寄存器

和生k7zm98l2kv 2023-05-26 发布于广东

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1、单片机寄存器就是单片机片内存储器（片内RAM)一部分，每一个都有地址。只不过这几个寄存器有特殊的作用，比如指令：MUL AB,这条指令用到两个寄存器A,B进行乘法，结果存到BA里面，这条指令必须用这两个寄存器。

2、单片机寄存器其实就相当于一个变量,只不过这个变量在固定的地址,有一个特殊的名称(当然也不强制)。

寄存器构成

寄存器是单片机内部的基本存储单元，由触发器构成，一个触发器就是1位寄存器。图1-15所示是一种由D触发器构成的4位寄存器
在这里插入图片描述
在工作时，寄存器先让清0线为低电平，该低电平送到各触发器的CLR端（实际为D触发器的R端），将各触发器清0， Y3Y2Y1Y0=0000；然后将数据送到各触发器输入端，当CLK端的时钟脉冲上升沿到来时，输入端的数据就被存入到各触发器中，并从输出端输出。

ps;触发器

触发器是一种具有记忆存储功能的电路，由门电路组成。常见的触发器包括： RS 触发器、 D 触发器和 JK触发器等，其中D触发器最为常用。 D触发器的逻辑符号如图1-14所示
在这里插入图片描述
从图1-14中可以看出， D触发器的端子包括：输入端D、输出端Q、反相输出端、时钟脉冲输入端CLK、置“0”端R和置“1”端S。数据存储过程：当D触发器的D端输入数据“1”时，数据并不能马上被存入触发器，只有CLK端时钟脉冲信号上升沿（即低电平转为高电平时）到来时， “1”才能被存入触发器，存入后Q端输出“1”，端输出“0”。也就是说，只有时钟脉冲上升沿到来时， D触发器才能将输入端的数据存储起来，并从Q端输出。D触发器的置“0”和置“1”：当置“0”端R为低电平时，触发器被置“0”，即Q端为“0”；当置“1”端S为低电平时，触发器被置“1”，即Q端为“1”。

寄存器的用途：

1 .可以对寄存器中的数据进行算术运算和逻辑运算。

2 .寄存器内保存的地址可用于存储器所在的位置，即寻址。

3 .可用于向电脑读写数据的外围设备。

寄存器的数码存取方式

1、并行方式

将凡位二进制数一次存人寄存器或从寄存器中读出的方式。将n位二进制数以每次l位，分成n次存人寄存器并从寄存器读出。并行方式只需一个时钟脉冲就可以完成数据操作，工作速度快，但需要n根输入和输出数据线。

2、串行方式

数码从一个输入端逐位输入到寄存器中。要使用几个时钟脉冲完成输入或输出操作，工作速度慢，但只需要一根输入或输出数据线，传输线少，适用于远距离传输。

51单片机寄存器

寄存器单片机寄存器就是单片机片内存储器（片内RAM)一部分，每一个都有地址。参考下存储器就知道寄存器是啥了，存储器介绍 https://editor.csdn.net/md/?articleId=128726818

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寄存器实例一

寄存器的每一位都可以控制硬件的变化（高低电平、开关断通，通道选择或者数据寄存），寄存器相当于cpu和硬件的桥梁，cpu通过寄存器来控制硬件，
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寄存器实例二

在这里插入图片描述上图中说的就是通过寄存器（写进去一些数，对寄存器进行操作，进而控制相关外设，例如gpio=1，gpio寄存器写数，来控制io口）

上图Sfr特殊功能寄存器，这也就验证了寄存器也是存储器，他也有地址
在此也理解下stm32,32位，4G内存如何分配的，一些地址给了ROM,一些
RAM,还有寄存器等等，这个地址大小和内存的计算关系可参考文档（这
个不是stm32,但是是32位的，原理类似)
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上图1三极管导通，灯亮

在这里插入图片描述

代码实现-LED循环闪烁

oid Delay(unsigned int Time)
while(Time --)
)
#define GPX2C0N (*(unsigned int*)0x11000c40)
#define GPX2DAT (*(unsigned int*)0x11000c44)

int main()
{
GPX2C0N =0x10000000;
whtle(1)
{
GPX2DAT =0x80;//转换成16进制
Delay(1000000);
GPX2DAT =0x00;
Delay(1000000);
}
Return 0;
}

实例三、思考硬件电路与寄存器编程的关系

最一般的实现跑马灯的电路如下
在这里插入图片描述
从任意单片机引出四个含GPIO功能的引脚引出来，GPIO是General Purpose Input Output是经典的实现设置输出电平，检测捕获输入电平的硬件电路。

四个GPIO口与电阻和LED灯连接，共同连接在接地端。

如果想实现1亮234灭，2亮134灭，类似这样的跑马灯功能，该如何实现呢？

如果是我来做这些事，首先我会把第一个电路接在VCC上，然后其他电路都接在地上，这样一路电路有了压降LED亮了，其他没有，就灭了，然后我再把一路接地，二路接VCC，就实现了一个跑马灯的动画效果。

好像下图这样
在这里插入图片描述
以此类推，只要我不停的换连导线，就可以完成这样的动画效果了。

但是这样好麻烦，我不想一直不断的机械做这些事，可以花更多的时间在散步读书上才对。

所以我特别希望改进这个电路，仔细观察，找到规律

如果用1 代表导线接入VCC ，用0代表接地，那么顺序应该是

1000 -> 0100 -> 0010 -> 0001 ->1000

能不能有什么设备帮助我们换连导线呢？

这里有两个思路，第一个使用经典的数字电路，移位寄存器，用逻辑门啥的，在时钟信号的驱动下帮我们切换导线连接方法。

那么第二个思路就是用单片机啦！单片机那可比简单的数字电路厉害多了。

单片机的GPIO设备有好几种工作方式，按照其工作的特点来看可以分为输出/输入两种模式。

当我们需要单片机去感应外部电平的时候，我们会把它设置在输入模式，当然现在在我们希望他能输出特定的电压，所以设置他为输出模式。

单片机是一个大黑盒子，里面的原理很深奥很复杂，但是幸运的是，设计单片机的人，给我们提出了寄存器的概念，这样我们就不需要理解复杂的电路原理，就可以完成特定的功能操作了！

例如，选择GPIO口为输出还是输入，其切换电路可以抽象成这样
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当P0SEL寄存器的BIT0的数值为1的时候，P0.0口硬件与一大片输出相关电路相连，也就是说此时P0.0口是处于输出功能状态下，反之BIT0为数值0 则与一大片输入相关电路相连。其底层的原理大概是利用三极管开关特性完成的吧！无论如何我们配置寄存器，就完成了开关的操作，选择了怎样的电路与我的P0.0口连接！

值得高兴的是在GPIO一系列的寄存器里，我找到了切换输出电平的寄存器 P0OUT寄存器，我抽象的思考这样寄存器应该是这样的。
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当我给P0OUT的最低位写上1的时候P0.0口与VCC连接，写上0的时候P0.0口与GND连接。大底是这样思考的。

于是我惊喜的发现，单片机可以帮助我实现切换导线连接这样的事情。

于是我用了MSP430单片机，把P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 接在了上述的电路上。

写下了这样的C代码

int main(void){
unsigned char led_flash_pos=0x01;

Basic_init(); //基础配置

P0SEL = 0x0f;//确保P0SEL寄存器低四位是1，使得硬件电路与输出相关电路相连

Loop:
if(led_flash_pos == 0x10)
led_flash_pos = 0x01; //限制左移范围

P0OUT = led_flash_pos;
DELAY_S(1); // 延时1S让眼睛看到现象
led_flash_pos <<= 1; //计算机算法，左移操作
goto Loop;//跳转 循环
}

可以有非常花哨的写法，但是最底层的操作就是配置P0OUT这个寄存器，单片机编程所有对硬件的操作都是对寄存器的操作，我们无需对底层硬件有太多深奥的理解，就可以完成操作！

作者思考：

分工的时代，如果认真深入的去了解学习单片机最底层的硬件原理的话，那会消耗大量的时间和精力，成为一名优秀的软件开发工程师的话，对底层硬件有一定的理解就好，更多精力花费在对代码数据结构，算法的优化，例如对P0OUT这个寄存器，何时写他，怎么写他，写多少比较合适，这都是需要考虑的事情，还有就是延时的时间是否过长，用定时器延时比较好，还是用阻塞延时比较好？另外，怎样的跑马灯动画更好看？很多可以编程的花样！

记得笔者第一次跑起跑马灯程序，兴奋的写了好多衍生代码，例如隔着一个灯闪烁，快速闪烁，等等，好像往你手上塞了好多好多乐高积木（寄存器），你可以任意的搭接，描绘出自己心中完美的模样！

参考文章
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