51单片机特殊功能寄存器的学习方法研究

董志武

 摘  要：单片机技术在生产生活中受到了人们的推崇，其技术的便捷性、安全性、高效性得到了各行业的青睐，成为自动控制领域不可或缺的一项重要技术。本文从单片机教学过程中发现的问题出发，提出了通过强制理解记忆特殊功能寄存器的定义和作用，并辅以软件仿真调试，使学生能抓住学习单片机的重点，从而为学生进一步深入学习单片机打下深厚的基础。文中还举了几个实例，可诱导学生学会51单片机特殊寄存器的快速设置方法，使学生快速进入单片机高级应用的学习中。该法在多年的教学实践中获得了极好的效果，可在相关的单片机教学中采纳并推广。

关键字：51单片机；特殊寄存器；学习方法

0. 引言

单片机技术在玩具、家用电器、智能职守、自动流水线控制、教学设备、美化靓化工程、汽车、穿戴设备、无人机、职能工具、职能家居、测量测绘、军工、现代农业、医疗、机器人等行业中获得了极其广泛的应用，近年来社会上掀起了学习单片机技术的热潮，国内各大院校，甚至中等专业技术学校都开起了单片机课程的教学工作，学习单片机技术成了工科专业学生的必修内容，虽然学者众多，但真正全面掌握单片机技术的学生却很少，大多数学生浅尝辄止，部分学生仅会编制闪光灯之类的简单程序，不具备编写更加高级功能程序的能力。

1. 单片机教学难点 

针对多年教学的经验，学生学习单片机的难点是对特殊功能寄存器的了解不太详细，导致对单片机内部结构模棱两可，而单片机正是凭借这些特殊功能寄存器，配合运算器、控制器才大发其威，具有了诸如定时、中断、通信等复杂的功能，使单片机具有更大的能力[[1]]。一般而言，51单片机内部比较难掌握的特殊功能寄存器有：

（1）cpu： psw、sp、dptr（由dpl和dph两个8位寄存器组成）；

（2）中断系统：ip、ie；

（3）定时器/计数器：tmod、tcom、tl0、th0、tl1、th1；

（4）并行i/o口：p3口；

（5）串行口：scon、sbuf、pcon。

51单片机的寄存器基本上都是8位的，而16位都是由两个8位的寄存器组装起来的，例如dptr以及定时器t0与t1。学生在学习中容易忽视这些很重要的寄存器，因为这几个寄存器不但有字节名定义，还有位定义，涉及的控制比较繁杂，记忆量大，且容易混淆，所以每当学到这块内容，学生往往感到相当吃力，导致学生浅尝辄止，只懂得单片机知识的一些皮毛，而无法进入单片机深层次的开发和应用。通过多年的教育教学工作，发现让学生强记单片机特殊功能寄存器的定义和应用，对进一步深入学习单片机有重要的作用。就像数学中的乘法口诀一样，如果没有记下九九乘法表，则算术问题肯定不能快速解答。

2. 单片机教学方法

在教学中可采用单元式记忆理解法，所谓单元式记忆理解法就是将单片机特殊功能寄存器教学的重点设置几个相关的步骤单元，按照步骤单元进行分类学习，这样能够使学生更好地理解单片机的运作原理，充分掌握51单片机的各项功能结构，以便达到课程目标及就业目标。本文将51单片机的教学过程分为2个步骤：

2.1熟记各特殊寄存器的定义和功用

要想从根本上学通单片机，必须熟悉单片机的内部组成结构及运作机理。在介绍特殊功能寄存器时，首先说明要害，把特殊功能寄存器在单片机学习中的地位和重要性给学生点明，提醒同学重点掌握且必须掌握。这些寄存器的作用要是不能熟练掌控，往后的学习必将一无所获。这些寄存器是干什么的，各寄存器中的每个位又表示什么意义，这些死记硬背的定义性知识一定要跟记英文单词一样烂记于胸，可以列成表格样式，然后作出详细的标记，装在口袋里或者贴于墙上，时时看天天记，最终的目的就是要能够熟练记忆并达到背诵的目标。

2.2在应用中理解学习特殊寄存器的功用及设置

熟记各特殊寄存器的定义是为了应用，而应用又可反过来帮助学生在理解的基础上更深刻的记忆。利用KEIL、Wave6000等编程软件自带的简易调试与仿真工具[[2]]，针对性地编制有关设置特殊功能寄存器的程序，程序功能越单一越好，只要能唤醒某个或有关联的某几个特殊功能寄存器即可，然后单步运行该程序，观察设置的结果及达到的预期功能，反复设置反复调试，直到学生能够理解特殊寄存器的功能及设置要领为止。

如下面这段汇编程序（图1），如前期未能掌握基本的程序语言，学生在进行程序的编制中如不能熟练记忆Org、start、mov等的意义，则在具体编程中将变得无从下手。

同理，针对C程序也是如此，如下面这段C程序（图2），同样是关于特殊功能寄存器的设置，在该程序中，一些简单的寄存器功用设置概念不清晰则无法完成编程，如能在实际编程操作中熟记这些命令，再进行编程加以巩固，则难度较大的C程序也不会存在障碍。

通过以上2步的学习，绝大多数同学都能较好的掌握这些寄存器的功能及使用方法，为深入学习单片机编程打下坚实的基础，在近几年的单片机教学中此法屡试不爽，教学效果明显提高，虽然有部分基础知识要进行大量的记忆，但某些知识不得不这样进行教学，否则学生势必对如此繁杂的知识掌握不精，使得往后的教学无法有效进行，学生学得相当吃力，最后失去了对该门课的学习兴趣。

3. 结语

单元式记忆理解法，就是借助积极的思维活动、弄懂事物的意义、把握事物的结构层次、理解事物本质特征和内部联系的基础上进行的记忆活动方式。他的基本条件就是，对记忆材料的理解和积极的思维加工，可见它是建立在更高智力水平上的记忆。在51单片机学习过程中，单元式记忆理解法能够让学生先行学习简单的概念知识，并在此基础上进行背诵式机械记忆，最后通过现场实践，对相关概念进行深入理解，以此达到永久掌握51单片机技术操作要领的目的。

参考文献

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[[1]] 袁芬,余成路.浅谈MCS-51单片机中断系统逻辑控制图[J].科技创新与应用,2015(17):30.

[[2]] 申臻,宋雷军,魏冬冬,于清华,刘涛.基于Keil C51的嵌入式软件外设虚拟化设计与实现[J].计算机测量与控制,2023,31(04):205-212.