什么是堆栈,51单片机堆栈指针SP的使用举例

堆栈的定义及应用堆栈（Stack）是一种数据结构，它按照后进先出（LIFO）的原则存储数据。

也就是说，最后存入堆栈的数据元素最先被取出，而最先存入的数据元素最后被取出。

堆栈中包含两个主要操作：压栈（Push）和弹栈（Pop）。

压栈是指将数据元素存入堆栈，弹栈是指从堆栈中取出数据元素。

除此之外，还有一个查看栈顶元素的操作。

堆栈的实际应用非常广泛，以下列举几个常见的应用场景：1. 函数调用与递归：在程序中，每当一个函数被调用，系统将会为这个函数分配一段内存空间，这段内存空间就被称为函数的栈帧。

当函数执行完毕后，栈帧会被销毁。

函数调用过程中，每次调用都会将返回地址和相关参数等信息压入栈中，在函数执行完毕后再将这些信息弹出。

递归函数的实现也离不开堆栈，每次递归调用都会生成一个新的栈帧，直到递归结束后才开始回溯弹栈。

2. 表达式求值：在编程语言中，堆栈可以用于实现算术表达式求值。

例如，中缀表达式需要通过堆栈进行转换成后缀表达式来简化计算过程，然后再通过堆栈进行后缀表达式的计算。

在进行表达式求值时，通过堆栈可以保存运算符和操作数的顺序，确保运算的优先级正确。

3. 括号匹配：在编程或者数学等领域，括号匹配是一个常见的问题。

我们可以使用堆栈来判断一个表达式中的括号是否匹配。

遍历表达式，每当遇到左括号时，将其压入堆栈。

当遇到右括号时，从堆栈中弹出一个左括号，若左右括号匹配，则继续遍历。

若右括号没有对应的左括号或者堆栈为空，则括号不匹配。

4. 浏览器的历史记录：在浏览器中，通过点击链接或者前进后退按钮，我们可以在不同的网页之间进行切换。

这种网页切换也可以使用堆栈来实现浏览历史记录的功能。

每当访问一个新网页时，将其URL压入堆栈顶部；当点击前进按钮时，从堆栈中弹出一个URL；当点击后退按钮时，将当前页面的URL压入堆栈，然后再弹出上一个URL。

5. 撤销与恢复：在许多软件中，都提供了撤销与恢复功能。

当用户对文档进行操作时，软件会将操作信息（如添加、删除、修改等）压入堆栈中，当用户点击撤销时，软件会从堆栈中弹出最近的操作信息并进行撤销操作；当用户点击恢复时，软件会从堆栈中弹出已经撤销的操作信息并进行恢复。

51单片机堆栈操作指令的用法51单片机是一种非常常用的单片机芯片，其指令集非常丰富，其中包含了很多堆栈操作指令。

堆栈操作指令是用来进行数据的入栈和出栈操作的指令，通过堆栈操作指令，我们可以方便地保存和恢复程序执行中的临时数据，提高代码的灵活性和效率。

本文将详细介绍51单片机堆栈操作指令的用法，帮助读者更好地理解和运用这些指令。

一、堆栈简介堆栈（Stack）是一种特殊的数据结构，具有后进先出（LIFO）的特点。

在51单片机的内部RAM中，有一段专门用来存放堆栈的空间，这段空间的大小为128字节（地址为0x07Fh至0x080h）。

在程序执行过程中，我们可以通过堆栈操作指令将数据入栈或者出栈，进栈是将数据放入堆栈，出栈是将数据从堆栈中取出。

二、堆栈操作指令51单片机的指令集中包含了以下几条堆栈操作指令：1. PUSH 指令PUSH指令用于将8位数据入栈，将要入栈的数据放入寄存器A中，通过PUSH 指令可以将A的数据压入堆栈。

PUSH指令的实际操作是将A的数据先放入栈顶指针（SP）所指向的内存单元中，然后将SP的值减1，即栈顶指针向下移动一个位置。

2. POP 指令POP指令用于将数据出栈，即从堆栈中取出一个8位数据，并放入寄存器A中。

POP指令的实际操作是将栈顶指针向上移动一个位置，然后将栈顶指针所指向的内存单元中的数据取出，并放入A中。

3. XCH指令XCH指令用于交换A寄存器的数据和栈顶指针所指向的内存单元的数据。

具体操作是将栈顶指针所指向的内存单元中的数据取出，并放入A中，然后将A中的数据放回栈顶指针所指向的内存单元中。

4. LCALL指令LCALL指令是一个特殊的调用指令，用于将下一条指令的地址入栈，并转移到指定地址处执行。

具体操作是将下一条指令的地址（即当前指令的地址加3）入栈，然后将指定地址的值赋给程序计数器（PC）。

5. RET指令RET指令用于从子程序返回，从堆栈中取出地址，并赋给程序计数器（PC），从而实现返回到调用该子程序的地方继续执行。

单⽚机原理及接⼝技术课后习题答案第⼆章1.89C51单⽚机内包含哪些主要逻辑功能部件？答：80C51系列单⽚机在⽚内集成了以下主要逻辑功能部件：(l)CPU(中央处理器):8位 (2)⽚内RAM:128B (3)特殊功能寄存器:21个 (4)程序存储器:4KB(5)并⾏I/O⼝:8位，4个 (6)串⾏接⼝:全双⼯，1个 (7)定时器/计数器:16位，2个(8)⽚内时钟电路:1个2.89C51的EA端有何⽤途？答：/EA端接⾼电平时，CPU只访问⽚内/doc/c312e1f309a1284ac850ad02de80d4d8d15a01a8.html 并执⾏内部程序，存储器。

/EA端接低电平时，CPU只访问外部ROM，并执⾏⽚外程序存储器中的指令。

/EA端保持⾼电平时，CPU执⾏内部存储器中的指令。

3. 89C51的存储器分哪⼏个空间?如何区别不同空间的寻址?答：ROM（⽚内ROM和⽚外ROM统⼀编址）（使⽤MOVC）（数据传送指令）（16bits地址）（64KB）⽚外RAM（MOVX）（16bits地址）（64KB）⽚内RAM（MOV）（8bits地址）（256B）4. 简述89C51⽚内RAM的空间分配。

答：⽚内RAM有256B ，低128B是真正的RAM区，⾼128B是SFR（特殊功能寄存器）区5. 简述布尔处理存储器的空间分配，⽚内RAM中包含哪些可位寻址单元。

答：⽚内RAM区从00H~FFH（256B），其中20H~2FH（字节地址）是位寻址区，对应的位地址是00H~7FH7. 89C51如何确定和改变当前⼯作寄存器组?答：PSW（程序状态字）（Program Status Word）中的RS1和RS0可以给出4种组合，⽤来从4组⼯作寄存器组中进⾏选择，PSW属于SFR（Special Function Register）（特殊功能寄存器）9. 读端⼝锁存器和“读引脚”有何不同？各使⽤哪种指令？答：读锁存器（ANL P0,A）就是相当于从存储器中拿数据，⽽读引脚是从外部拿数据（如MOV A,P1 这条指令就是读引脚的，意思就是把端⼝p1输⼊数据送给A）传送类MOV，判位转移JB、JNB、这些都属于读引脚，平时实验时经常⽤这些指令于外部通信，判断外部键盘等；字节交换XCH、XCHD算术及逻辑运算 ORL、CPL、ANL、ADD、ADDC、SUBB、INC、DEC控制转移CJNE、DJNZ都属于读锁存器。

习题和思考题答案习题和思考题答案第⼀章单⽚机概述1. 第⼀台电⼦数字计算机发明的年代和名称。

1946年、ENIAC。

2. 根据冯·诺依曼提出的经典结构，计算机由哪⼏部分组成？运算器、控制器、存储器、输⼊设备和输出设备组成。

3. 微型计算机机从20世纪70年代初问世以来，经历了哪四代的变化？经历了4位、8位、16位、32位四代的变化。

4. 微型计算机有哪些应⽤形式？系统机、单板机、单⽚机。

5. 什么叫单⽚机？其主要特点有哪些？单⽚机就是在⼀⽚半导体硅⽚上，集成了中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、并⾏I／O、串⾏I／O、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的⽤于测控领域的微型计算机，简称单⽚机。

单⽚机技术易于掌握和普及、功能齐全，应⽤⼴泛、发展迅速，前景⼴阔、嵌⼊容易，可靠性⾼。

6. 举例说明单⽚机的应⽤？略7. 当前单⽚机的主要产品有哪些？各⾃有何特点？MCS是Intel公司⽣产的单⽚机的系列符号，MCS-51系列单⽚机是Intel公司在MCS-48系列的基础上于20世纪80年代初发展起来的，是最早进⼊我国，并在我国应⽤最为⼴泛的单⽚机机型之⼀，也是单⽚机应⽤的主流品种。

其它型号的单⽚机：PIC单⽚机、TI公司单⽚机、A VR系列单⽚机。

8. 简述单⽚机应⽤系统的开发过程。

（1）根据应⽤系统的要求进⾏总体设计总体设计的⽬标是明确任务、需求分析和拟定设计⽅案，确定软硬件各⾃完成的任务等。

总体设计对应⽤系统是否能顺利完成起着重要的作⽤。

（2）硬件设计根据总体设计要求设计并制作硬件电路板（即⽬标系统），制作前可先⽤仿真软件（如Proteus软件）进⾏仿真，仿真通过后再⽤硬件实现并进⾏功能检测。

（3）软件设计软件编程并调试，⽬前⼀般⽤keil软件进⾏设计调试。

调试成功后将程序写⼊⽬标单⽚机芯⽚中。

（4）综合调试进⾏硬软件综合调试，检测应⽤系统是否达到设计的功能。

9. 说明单⽚机开发中仿真仪的作⽤。

一、51单片机的硬件结构1. 硬件结构框图说明：○1微处理器(CPU)：51单片机含一个8位CPU，与通用的CPU功能基本相同，含运算器和控制器，不仅可以字节处理，还可以位处理。

例如：未处理、查表、状态检测、中断处理等。

○2数据存储器(RAM)：51为128B，52为256B；片外最大可扩展到64K。

○3程序存储器(ROM/EPROM)：8031没有，8051有4K的ROM，8751有4K的EPROM；片外可扩展至64K。

○4中断系统：5个中断源，2级优先权。

○5定时器/计数器：2个16位定时/计数器，四种工作方式。

○6串行口：1个全双工串行口，四种工作方式。

可进行串口通信，扩展并行I/O口，多机通信等。

○7P1、P2、P3、P0口：四个8位并行I/O口。

○8特殊功能寄存器(SFR):共21个，对片内部件进行管理、控制、监视；实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。

2. 引脚排列(1)电源及时钟引脚○1电源引脚：Vcc(40脚)解5V电源、Vss(20脚)接地。

○2时钟引脚：两个始终引脚XTAL1、XTAL2外接晶振，或接晶体与片内反相放大器构成振荡器。

XTAL1(19脚)：内部反相放大器的输入端。

若接晶振则应接地；XTAL2(18脚)：内部反相放大器的输出端。

若采用外部时钟振荡器，该引脚接收时钟振荡信号。

(2)控制引脚○1RST/Vpd(9脚)：复位信号输入，高电平有效。

单片机运行时，此脚持续2个机器周期(24个时钟振荡周期)的高电平，就可复位。

平时应为0.5V低电平；Vpd为第二功能，备用电源输入端。

○2:ALE为地址锁存允许，正常工作时，ALE不断输出正脉冲信号。

当访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳变沿用作低8位地址的锁存信号；PROG’为编程脉冲输入端。

○3PSEN’(Program Strobe Enable,29脚)：程序存储器允许输出控制端。

低电平是外部程序存储器选通。

MCS-51单片机存储器结构MCS-51的存储器可分为四类：程序存储器一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。

那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。

程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。

其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。

只是程序代码则存放于程序存储器中。

MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。

对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。

强制CPU从外部程序存储器读取程序。

对于内部有ROM的8051等单片机，正常运行时，则需接高电平，使CPU先从内部的程序存储中读取程序，当PC值超过内部ROM的容量时，才会转向外部的程序存储器读取程序。

8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH，单片机启动复位后，程序计数器的内容为0000H，所以系统将从0000H 单元开始执行程序。

但在程序存储中有些特殊的单元，这在使用中应加以注意：其中一组特殊是0000H—0002H单元，系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序，如果程序不是从0000H单元开始，则应在这三个单元中存放一条无条件转移指令，让CPU直接去执行用户指定的程序。

另一组特殊单元是0003H—002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：0003H—000AH 外部中断0中断地址区。

000BH—0012H 定时/计数器0中断地址区。

0013H—001AH 外部中断1中断地址区。

001BH—0022H 定时/计数器1中断地址区。

0023H—002AH 串行中断地址区。

可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元，中断响应后，按中断的类型，自动转到各自的中断区去执行程序。

思考题：【2-1】80C51单片机由哪几部分组成，试说明ROM和RAM的功能分别是什么?【2-2】在程序运行中，PC的值是。

（）A）当前正在执行指令的前一条指令的地址B）当前正在执行指令的地址C）当前正在执行指令的下一条指令的首地址D）控制器中指令寄存器的地址【2-3】判断下列说法是否正确。

（1）PC可以存放一个16位二进制数，因此其寻址范围为0000H~7FFFH。

（）（2）单片机系统复位时PC的内容为0000H，因此CPU从程序存储器0000H地址单元取指令，开始执行程序。

（）（3）PC可以看成是程序计时器（）（4）PC可以看成是程序存储器的地址指针。

（）【2-4】试计算当振荡频率为12 MHz和6 MHz时，一个机器周期的长度？试辨析振荡周期、状态周期、机器周期、指令周期之间的关系。

【2-5】单片机的ROM必须具有掉电存储功能，这句话是否正确？【2-6】单片机对RAM的根本要求是快，但掉电可丢失数据，这个表述正确吗？【2-7】试说出80C51的两种时钟电路模式，如果是只有一个单片机工作常使用的是哪一种？如果是两个以上的单片机工作使用哪一种？【2-8】80C51单片机的EA信号有何功能？在使用8031时，EA信号引脚应如何处理？现在使用的80C51系列单片机内部一般均含有ROM，其EA引脚应该怎么接？【2-9】80C51系列单片机的三总线结构包括哪三种？其中作地址总线指的是？作数据总线指的是？属于控制总线的有？P0口的分时复用功能需要依靠锁存器的锁存功能，试举1种常用的低功耗锁存器并将其与单片机正确连接？【2-10】片内RAM低128单元一般划分为哪三个主要部分？对应的字节地址空间是？内部RAM中，可作为工作寄存器区的单元地址为（）H～（）H。

【2-11】80C51单片机任何一个时间4组通用工作寄存器中只能有一组工作，具体哪一组工作由什么来决定？如何设置才能选用0组通用寄存器？【2-12】80C51单片机具有很强的位（布尔）处理功能，内部RAM中共有多少单元可以位寻址，试写出其字节范围和位地址范围？【2-13】位地址00H与字节地址00H在内存中的位置有什么区别？片内字节地址为2AH单元最低位的位地址是（）；片内字节地址为88H单元的最低位的位地址为（）。

1.2 单片机内部主要部件单片机内部电路比较复杂，MCS-51系列的8051型号单片机的内部电路根据功能可以分为CPU、RAM、ROM/EPROM、并行口、串行口、定时/计数器、中断系统及特殊功能寄存器（SFR）等8个主要部件，如图1-2-1所示。

这些部件通过片内的单一总线相连，采用CPU加外围芯片的结构模式，各个功能单元都采用特殊功能寄存器集中控制的方式。

其他公司的51系列单片机与8051结构类似，只是根据用户需要增加了特殊的部件，如A/D转换器等。

在设计程序过程中，寄存器的使用非常频繁。

本节内容在了解单片机内部的组成机构基础上，重点介绍单片机内部常用的寄存器的作用。

图1-2-1 MCS-51架构1.2.1中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，主要功能是产生各种控制信号，根据程序中每一条指令的具体功能，控制寄存器和输入/输出端口的数据传送，进行数据的算术运算、逻辑运算以及位操作等处理。

MCS-51系列单片机的CPU字长是8位，能处理8位二进制数或代码，也可处理一位二进制数据。

单片机的CPU从功能上一般可以分为运算器和控制器两部分。

一、控制器控制器由程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、定时控制与条件转移逻辑电路等组成。

其功能是对来自存储器中的指令进行译码，通过定时电路，在规定的时刻发出各种操作所需的全部内部和外部的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的功能。

各部分功能部件简述如下。

1．程序计数器PC（Program Counter）程序计数器是一个16位的专用寄存器，用来存放下一条指令的地址，具有自动加1的功能。

当CPU要取指令时，PC的内容送地址总线上，从存储器中去取出一个指令码后，PC 内容自动加1，指向下一个指令码，以保证程序按顺序执行。

PC是用来指示程序的执行位置，在顺序执行程序时，单片机每执行一条指令，PC就自动加1，以指示出下一条要取的指令的存储单元的16位地址。

也就是说，CPU总是把PC 的内容作为地址，根据该地址从存储器中取出指令码或包含在指令中的操作数。

51单片机堆栈深入剖析用C语言进行MCS51系列单片机程序设计是单片机开发和应用的必然趋势。

Keil公司的C51编译器支持经典8051和8051派生产品的版本，通称为Cx51。

应该说，Cx51是C语言在MCS51单片机上的扩展，既有C语言的共性，又有它自己的特点。

本文介绍的是Cx51程序设计时堆栈的计算方法。

1.堆栈的溢出问题。

MCS51系列单片机将堆栈设置在片内RAM中，由于片内RAM资源有限，堆栈区的范围也是有限的。

堆栈区留得太大，会减少其他数据的存放空间，留得太少则很容易溢出。

所谓堆栈溢出，是指在堆栈区已经满了的时候还要进行新的压栈操作，这时只好将压栈的内容存放到非堆栈区的特殊功能寄存器（SFR）中或者堆栈外的数据区中。

特殊功能寄存器的内容影响系统的状态，数据区的内容又很容易被程序修改，这样一来，之后进行出栈操作（如子程序返回）时内容已变样，程序也就乱套了。

因此，堆栈区必须留够，宁可大一些。

要在Cx51程序设计中防止堆栈的溢出，要解决两个问题：第一，精确计算系统分配给用户的堆栈大小，假设是M；第二，精确计算用户需要堆栈的大小，假设是N。

要求M≥N，下面分别分析这两个问题。

2.计算系统分配给用户的堆栈大小Cx51程序设计中，因为动态局部变量是长驻内存中的，实际上相当于局部静态变量，即使在函数调用结束时也不释放空间（这一点不同于标准C语言）。

Cx51编译器按照用户的设置，将所有的变量存放在片内和片外的RAM中。

片内变量分配好空间后，将剩下的空间全部作为堆栈空间，这个空间是最大可能的堆栈空间。

当然，因为Cx51是一种可以访问寄存器的C语言（特殊功能寄存器），因此可在程序中访问SP，将堆栈空间设置得小一点。

不过，一般没有人这么做。

本文只是讨论放在片内RAM的变量。

我们把变量分为两种情况：①用作函数的参数和函数返回值的局部变量。

这种变量尽量在寄存器组中存放。

为了讨论方便，假设统一用寄存器组0，具体的地址为0x00~0x07。