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第一章单片机入门知识概述1.1 单片机的发展历程单片机的应用在后PC时代得到了前所未有的发展，但对处理器的综合性能要求也越来越高。
综观单片机的发展，以应用需求为目标，市场越来越细化，充分突出以“单片”解决问题，而不像多年前以MCS51/96等处理器为中心，外扩各种接口构成各种应用系统。
单片机系统作为嵌入式系统的一部分，主要集中在中、低端应用领域（嵌入式高端应用主要由DSP、ARM、MIPS等高性能处理器构成），在这些应用中，目前也出现了一些新的需求，主要体现在以下几个方面：（1）以电池供电的应用越来越多，而且由于产品体积的限制，很多是用钮扣电池供电，要求系统功耗尽可能低，如手持式仪表、水表、玩具等。
（2）随着应用的复杂，对处理器的功能和性能要求不断提高。
既要外设丰富、功能灵活，又要有一定的运算能力，能做一些实时算法，而不仅仅做一些简单的控制。
（3）产品更新速度快，开发时间短，希望开发工具简单、廉价、功能完善。
特别是仿真工具要有延续性，能适应多种MCU，以免重复投资，增加开发费用。
（4）产品性能稳定，可靠性高，既能加密保护，又能方便升级。
1. 单片机技术的发展特点自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。
纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。
（1）单片机寿命长这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。
随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有20岁以上，产量仍是上升的。
这一方面是由于其对相应应用领域的适应性，另一方面是由于以该类CPU为核心，集成以更多I/O功能模块的新单片机系列层出不穷。
一、项目背景随着科技的不断发展，单片机技术在各个领域得到了广泛应用。
为了提高学生的实践能力和创新意识，本课程设计旨在让学生掌握单片机的基本原理、硬件设计和软件编程方法，培养学生的动手能力和团队合作精神。
二、设计目标1. 熟悉单片机的基本原理和组成；2. 掌握单片机的硬件设计方法；3. 掌握单片机的软件编程技巧；4. 培养学生的动手能力和创新意识；5. 培养学生的团队合作精神。
三、设计内容1. 单片机基础知识（1）单片机的概念、发展历程和分类；（2）单片机的内部结构及功能；（3）单片机的编程语言及编译器；（4）单片机的接口技术。
2. 单片机硬件设计（1）单片机系统设计原则；（2）单片机外围电路设计；（3）单片机电源电路设计；（4）单片机时钟电路设计；（5）单片机通信接口设计。
3. 单片机软件设计（1）单片机程序设计方法；（2）单片机程序结构及流程；（3）单片机中断系统设计；（4）单片机定时器/计数器设计；（5）单片机A/D和D/A转换设计。
4. 单片机综合应用（1）单片机在智能家居中的应用；（2）单片机在工业控制中的应用；（3）单片机在物联网中的应用；（4）单片机在汽车电子中的应用。
四、设计步骤1. 确定设计主题和目标；2. 进行市场调研和需求分析；3. 设计单片机系统方案；4. 选择合适的单片机型号；5. 设计硬件电路图；6. 编写程序代码；7. 调试和优化系统性能；8. 撰写设计报告。
五、评价标准1. 设计方案的合理性、创新性和实用性；2. 硬件电路图的规范性、正确性和美观性；3. 软件代码的规范性、正确性和可读性；4. 设计报告的完整性、条理性和逻辑性；5. 项目答辩的表现。
六、设计时间安排1. 前期准备（1周）：确定设计主题、进行市场调研和需求分析；2. 设计方案（2周）：设计单片机系统方案、选择单片机型号；3. 硬件设计（3周）：设计硬件电路图、绘制原理图和PCB板；4. 软件设计（3周）：编写程序代码、调试和优化系统性能；5. 项目答辩（1周）：准备答辩材料、进行项目答辩。
单片机教案(讲稿)第一章：单片机概述1.1 单片机的定义与发展历程介绍单片机的概念及其发展历程讲解单片机在我国的应用与发展现状1.2 单片机的组成与结构介绍单片机的组成结构，包括CPU、存储器、输入/输出接口等讲解单片机的硬件系统设计与应用1.3 单片机的特点与分类讲解单片机的主要特点，如体积小、成本低、功耗低等介绍单片机的分类及应用领域第二章：单片机编程基础2.1 计算机组成原理与数制转换讲解计算机组成原理，包括二进制、八进制、十六进制等数制转换方法介绍ASCII码、GB2312等字符编码标准2.2 单片机指令系统与编程语法讲解单片机的指令系统，包括数据传输、逻辑运算、算术运算等指令介绍单片机编程语法，如寄存器、立即寻址、间接寻址等2.3 程序设计方法与技巧讲解程序设计方法，包括顺序结构、分支结构、循环结构等介绍编程技巧，如变量命名、代码优化、模块化设计等第三章：单片机接口技术3.1 并行接口设计与应用讲解并行接口的原理与设计方法介绍并行接口在单片机中的应用案例，如键盘、LED显示等3.2 串行接口设计与应用讲解串行接口的原理与设计方法介绍串行接口在单片机中的应用案例，如串口通信、USB接口等3.3 其他接口技术介绍讲解ADC、DAC、PWM等接口技术的原理与应用介绍这些接口技术在单片机中的应用案例第四章：单片机应用系统设计4.1 系统设计流程与方法讲解单片机应用系统设计的流程，包括需求分析、硬件选型、软件设计等介绍系统设计方法，如模块化设计、层次化设计等4.2 硬件系统设计与调试讲解硬件系统设计的方法与技巧介绍硬件调试工具与方法，如示波器、逻辑分析仪等4.3 软件系统设计与调试讲解软件系统设计的方法与技巧介绍软件调试工具与方法，如调试器、仿真器等第五章：单片机项目实践5.1 项目实践概述讲解项目实践的目的与意义介绍项目实践的内容与要求5.2 项目实践案例一：温度控制系统讲解温度控制系统的原理与设计方法介绍使用单片机实现温度控制的具体步骤与技巧5.3 项目实践案例二：智能家居系统讲解智能家居系统的原理与设计方法介绍使用单片机实现智能家居的具体步骤与技巧5.4 项目实践案例三：小型讲解小型的原理与设计方法介绍使用单片机控制小型的具体步骤与技巧展望单片机技术在未来的发展趋势与应用前景第六章：单片机中断与定时器/计数器6.1 中断系统讲解单片机的中断系统概念、类型及优先级介绍中断服务程序的编写方法与中断响应过程6.2 定时器/计数器原理讲解定时器/计数器的结构、工作模式及编程方法介绍定时器/计数器在工业控制中的应用案例6.3 中断与定时器/计数器应用实例结合具体案例，讲解中断与定时器/计数器在实际项目中的应用第七章：单片机串行通信技术7.1 串行通信基础讲解串行通信的概念、分类及标准介绍串行通信的物理层、数据链路层及网络层协议7.2 单片机串行通信接口讲解单片机串行通信接口的原理与编程方法介绍单片机串行通信在各种应用场景中的案例7.3 串行通信技术应用实例结合具体案例，讲解串行通信技术在实际项目中的应用第八章：单片机接口扩展技术8.1 并行扩展技术讲解并行扩展芯片的选型及接口设计方法介绍并行扩展在存储器、IO接口等方面的应用8.2 串行扩展技术讲解串行扩展芯片的选型及接口设计方法介绍串行扩展在ADC、DAC、显示模块等方面的应用8.3 接口扩展技术应用实例结合具体案例，讲解接口扩展技术在实际项目中的应用第九章：单片机嵌入式系统设计9.1 嵌入式系统概述讲解嵌入式系统的概念、特点及分类介绍嵌入式系统的设计流程与方法9.2 嵌入式操作系统讲解嵌入式操作系统的概念、特点及分类介绍常见的嵌入式操作系统及其应用案例9.3 嵌入式系统设计实例结合具体案例，讲解嵌入式系统在实际项目中的应用第十章：单片机技术发展趋势与应用前景10.1 单片机技术发展趋势讲解单片机技术的发展趋势，如性能提升、集成度增加等介绍新兴的单片机技术，如片上系统（SoC）、物联网（IoT）等10.2 单片机应用前景探讨单片机技术在各个领域的应用前景，如工业控制、智能家居、医疗设备等分析单片机技术对我国经济社会发展的重要意义重点和难点解析重点环节一：单片机的定义与发展历程单片机作为微控制器的核心，其定义和发展历程是理解微控制器应用的基础。
单片机实训项目在当今高科技发展迅猛的社会中，单片机作为微处理器技术的代表，在各行各业得到了广泛应用。
单片机实训项目是培养学生在单片机设计与开发方面技能的重要环节，对于提升学生的实践能力和创新意识具有重要作用。
本文将介绍单片机实训项目的意义、目标和内容，以及如何进行实践，帮助读者了解并参与到这一有趣而具有挑战的领域中。
一、实训项目的意义单片机是实现许多电子产品控制功能的核心部件，如家用电器、通信设备等。
而单片机实训项目可以帮助学生深入理解单片机的工作原理和应用，提高动手能力和解决问题的能力。
通过实践项目，学生能够将理论知识与实际操作相结合，掌握实际工程技术中的实际应用，提高创新能力和团队合作能力，为将来的工作和学习打下坚实的基础。
二、实训项目的目标单片机实训项目的目标是培养学生的实践技能和解决问题的能力。
通过实训项目，学生可以实现以下目标：1.理解单片机的基本工作原理及其应用领域。
2.掌握单片机的编程技巧和调试方法，能够独立进行单片机的程序设计与调试。
3.利用单片机实现一些实际应用项目，如智能家居控制系统、温度监测系统等。
4.培养学生的团队合作能力和创新意识，通过合作完成项目，提高解决问题的能力。
三、实训项目的内容单片机实训项目的内容根据不同的学校和专业有所不同，但一般包括以下几个方面：1.单片机基础知识：介绍单片机的基本组成、工作原理和常用的单片机系列，如51系列、AVR系列等。
2.汇编语言编程：学习单片机的汇编语言编程，了解各种指令的功能和使用方法。
3.C语言编程：学习单片机的C语言编程，掌握C语言在单片机开发中的应用。
4.外设驱动：学习如何通过单片机控制各种外围设备，如LED灯、蜂鸣器、数码管等。
5.通信技术：学习单片机与计算机或其他设备之间的通信方法，如串口通信、SPI通信等。
6.项目设计与实现：通过合作完成一些实际应用的项目设计和实现，如电子钟、智能浇花系统等。
四、实训项目的实施方式单片机实训项目可以采用以下几种方式进行实施：1.课堂教学与实践相结合：通过理论教学与实践操作相结合的方式进行单片机实训项目。
单片机应用技术教案教案标题：单片机应用技术教学教学目标：1. 了解单片机的基本原理和结构。
2. 掌握单片机的基本编程语言和开发环境。
3. 学习单片机的常用应用技术，如IO口控制、定时器、中断等。
4. 能够基于单片机完成简单的应用项目。
教学内容和教学步骤：第一课：单片机基础知识1. 单片机的基本概念和应用领域介绍。
2. 单片机的基本结构和工作原理。
3. 单片机的发展历程和分类。
第二课：单片机编程语言和开发环境1. 常用的单片机编程语言介绍，如C语言和汇编语言。
2. 单片机的开发环境介绍，如Keil C和Proteus等。
3. 编写简单的单片机程序，如LED闪烁和按键检测。
第三课：单片机IO口控制1. 单片机的IO口介绍和使用方法。
2. 学习如何控制LED和数码管等外设。
3. 编写程序实现LED的亮灭和数码管的显示。
第四课：单片机定时器应用1. 单片机定时器的基本原理和使用方法。
2. 学习如何使用定时器生成延时和产生PWM信号。
3. 编写程序实现LED呼吸灯和舵机的控制。
第五课：单片机中断应用1. 单片机中断的基本原理和使用方法。
2. 学习如何使用中断处理器件的事件。
3. 编写程序实现外部中断触发LED亮灭和按键检测。
第六课：单片机应用实例1. 综合应用前面所学的知识，设计并实现一个简单的单片机应用项目。
2. 学生自主选择应用项目，如温度测量、蜂鸣器控制等。
3. 学生展示并讲解自己的应用项目。
教学评价：1. 小组讨论：学生分组讨论并解决单片机应用中遇到的问题。
2. 上机实验：学生在实验室中完成一系列的单片机应用实验。
3. 课堂测试：对学生课堂掌握的知识进行检测。
4. 项目评估：评估学生完成的单片机应用项目的功能和设计思路。
教学资源：1. 教材：单片机应用技术教程。
2. 实验器材：单片机开发板、LED、数码管、按键、电机等。
3. 软件：Keil C、Proteus等单片机开发工具。
教学参考：1. 单片机技术与应用教程，刘美前等。
引言概述：正文内容：1.硬件设备与基本概念1.1单片机基础知识1.1.1单片机的定义和分类1.1.2单片机的结构和工作原理1.1.3单片机的常用引脚功能与连接方法1.2单片机开发板选型与使用1.2.1不同型号单片机开发板的特点和功能1.2.2单片机资源配置与接口扩展1.2.3单片机开发环境的搭建和使用方法2.嵌入式C语言编程基础2.1C语言基本语法2.1.1数据类型与变量2.1.2运算符和表达式2.1.3控制结构与循环语句2.2单片机C语言编程入门2.2.1I/O口配置与控制2.2.2延时和定时器控制2.2.3中断处理3.单片机外设驱动3.1数码管与LED显示驱动3.1.1数码管的原理与显示方法3.1.2数码管驱动电路设计与编程实现3.2液晶显示屏驱动3.2.1液晶显示驱动的原理3.2.2液晶显示屏驱动电路设计与编程实现3.3三轴加速度传感器驱动3.3.1三轴加速度传感器基本原理3.3.2传感器接口与数据读取4.串口通信与通信协议4.1串口通信基础4.1.1串口通信协议与通信波特率4.1.2串口通信硬件连接与配置4.2单片机与PC的串口通信4.2.1串口通信的原理与方法4.2.2串口通信协议的设计与实现4.3单片机与其他设备的串口通信4.3.1串口通信的硬件连接与配置4.3.2串口通信协议的设计与实现5.单片机应用开发5.1温湿度监测系统5.1.1温湿度传感器的原理和接口设计5.1.2数据采集与显示控制的编程实现5.2无线通信系统5.2.1无线通信模块与单片机的接口设计5.2.2数据传输与接收的编程实现5.3蜂鸣器音乐播放系统5.3.1蜂鸣器的基本工作原理和控制方法5.3.2音乐资源的存储与播放控制的编程实现总结：本教学大纲以逻辑顺序将单片机教学内容进行了详细介绍，从硬件设备与基本概念开始，逐步向学生展示了单片机开发的全过程。
通过掌握单片机编程的基本原理和实践技巧，学生将能够应用单片机实现各种嵌入式应用。
项目一单片机基础知识【教学目标要求】1、知识目标：使学生了解单片机的组成原理及应用，掌握单片机的结构与引脚使用。
2、技能目标：掌握单片机开发的软件应用技能（任务），初步掌握WAVE、PROTUES软件的使用。
3、情感目标：以学习小组形式，进行讨论、学习、演练，完成认识单片机的结构与引脚项目任务；养成良好的学习习惯，增强学生的分析、操作、研究创新的能力以及与小组合作、沟通能力。
4、节能、环保，健康、安全教育目标：要求学生爱护实验、实训设备，节约用电；培养学生良好的学习、生活习惯，拥有健康的身心；要求学生安全用电，做好防止触电和防止火灾的安全教育。
【教学内容分析】本项目主要让学生了解单片机的发展应用，认识单片机的内部组成原理，掌握单片机的引脚功能和使用，指令的格式和寻址方式，学会使用WAVE、PROTUES软件。
项目学习包括以下的学习任务：任务一：单片机概述（2课时）任务二：上机实训——学习WAVE软件使用（2课时）任务三：信息编码与指令格式（2课时）任务四：上机实训——学习PROUTES软件使用（2课时）任务五：A T89S51单片机知识（2课时）任务六：单片机控制的广告灯电路（2课时）【教学重点与难点】1、单片机的结构及引脚功能；2、单片机存储器的编址；3、WAVE软件中各窗口的使用4、PROTUES软件的使用。
【教学方法和策略】布置学生6人为一组，分成6个学习小组。
采用实物演示、现场操作、小组合作探究、讲授等教学方法，具体教学策略是：任务一单片机概述（2课时）【教学重点】认识单片机的功能与应用，单片机芯片的内部结构与管脚认识。
【前置作业】1、你能讲出单片机在生活中应用有哪些例子？2、请写出单片机的内部组成有哪些主要结构？3、请画出单片机89C51芯片的引脚分布图？【课堂导入】MCS-51单片机具有品种多、兼容性强、价格低，开发技术成熟等特点已经广泛应用于工业领域，日常生活的家电中包含成熟的单片机控制电路。
下面我们就来观察一下上一届学生的作品，利用单片机控制64路LED的控制电路，体验一下单片机的神奇之处，观察完后请同学们讲讲你在生活中见到的有关单片机的应用。
【课堂活动】一、什么是单片机所谓单片机就是将计算机的CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和各种I/O口（如并行口、串行口等）集成在一片芯片上而制成的大规模集成电路。
形成芯片级的计算机。
因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，简称为单片机（Single Chip Microcomputer）。
CPU：是计算机的核心，叫做中央处理单元（Center Process Unit）。
所有的数学运算和逻辑控制都由它完成。
RAM：随机存取存储器（Random Access Memory），存放运算过程中的数据。
ROM：只读存储器（Read Only Memory）。
定时器/计数器：计算机内部重要部件。
I/O：输入/输出口（Input/Output），包括并行口、串行口等。
二、单片机的发展概况1、第一代单片机 1976～1978Intel公司的MCS-48系列；Zilog公司的Z8系列；Motorola公司的6801系列，8位单片机，属于Single Chip Microcomputer的范围。
2、第二代单片机 1978～1982Intel公司的MCS-51系列，其他公司等。
这时的单片机功能已非常完善，确立了单片机的控制功能，超出了Single Chip Microcomputer的范围，属于Microcontroller。
3、第三代单片机 1982～全面发展单片机的控制功能，不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同客户的要求。
另外还产生了16单片机和专用单片机。
MCS-96系列。
4、单片机的未来仍将以8位单片机为主流。
8位单片机价格低廉，并能满足绝大部分应用场合。
我们学习单片机也以MCS-51系列，现在市面上的许多单片机也都和MCS-51兼容。
三、单片机的特点1、灵活，成本低，易于产品化。
2、面向控制，能针对性解决从简单到复杂的各类控制任务，因而能获得最佳性能价格比。
3、抗干扰能力强，能在恶劣的环境下可靠工作。
四、单片机的应用1、工业方面：电机控制、过程控制、智能传感器等2、仪器仪表方面：智能仪器、医疗器械等3、民用方面：电子玩具、家电产品、游戏机等4、军事方面：导弹控制、智能武器装置等5、其它五、单片机课程的学习方法单片机是一门应用性很强的课程，并且它的应用涉及硬件和软件，因此学习过程中有不同与其它课程的方法。
1、加强单片机应用的训练；2、多做实验，探索单片机应用的新领域；3、应用时要注意硬件和软件相结合；4、一般情况下尽可能减少硬件电路，提高系统可靠性；5、在老师指导下循序渐进；6、大胆创新，主动提出课题用单片机去解决。
六、典型单片机AT89S51的内部结构1、一个个8位的CPU；2、一个片内振荡器及时钟电路；3、4KB Flash ROM（不同型号内容不同，看书P4）；4、128B 内部RAM；5、可寻址64KB的外部ROM和外部RAM的控制电路；6、两个16位定时器/计数器（Timer/Counter）；7、26个特殊功能寄存器（Special Function Register）；8、4个8位并行（Parallel）I/O口；9、一个串行口（Series）；10、5个中断源（Interrupt）；11、内部硬件看门狗电路；12、一个SPI串行接口,用于芯片的在系统编程。
七、典型单片机AT89S51的引脚【课堂小结】掌握单片机的功能、认识单片机芯片的内部结构与管脚。
【课后作业】1、单片机由哪几部分组成？2、以简略形式标画处89C51的管脚示意图。
【教学反思】___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________ ______任务二上机实训——学习WAVE软件使用（2课时）【教学重点】正确使用软件进行数据的输入与调试。
【前置作业】如何使用软件打开、新建、保存文件。
【实训目的】1、熟悉软件的启动与关闭；2、熟练的各项操作；3、能正确使用软件进行数据的输入与调试；4、通过软件正确观察各项数据。
【实训设备及要求】1、计算机设备一套（安装W A VE6000软件）；2、学生必须遵守实训室的相关要求；3、注意安全，认真训练；4、听从老师指挥，完成相关实训内容。
【实训内容】一、W A VE6000软件的熟悉1、W A VE6000的功能WA VE6000仿真开发软件把源程序编辑、编译、下载、调试等操作全部集中在一个环境下进行，支持MCS-51、PIC两大系列、不同种类的单片机。
具有软件模拟执行功能，除输入、输出操作外，均可在软件模拟环境下完成绝大部分应用程序的调试。
WA VE6000编译器支持过程汇编，这样在程序编写、总装、调试过程中不会遇到标号重定义问题，方便了大型程序编写、调试。
2、W A VE6000的启动及界面认识（1）启动WAVE可以通过两种方式：①桌面上WAVE快捷方式。
②安装目录下的WAVE6000\BIN\WAVE.EXE（2）首次启动看到的界面（根据界面介绍各个菜单）（3）调试环境的设置在使用该软件调试程序之前需要对调试环境进行设置，设置好了之后如果没有什么改变以后就不要再设置了。
选择菜单仿真器（O）项下的仿真器设置，其中包括四项设置：语言、目标文件、仿真器、通信设置。
①“语言”如下图：如果用汇编语言编程，只要选择伟福汇编器即可；如果选择C语言编程，需要设置图中上面的内容。
②目标文件如下左图：选择生成BIN、HEX文件，未用的存储器为0FFH。
③仿真器项如上右图所示：选择合适的仿真器、仿真头、CPU，并选择是否“使用伟福软件模拟器”，设置晶体频率。
④通信设置通信设置是在不“使用伟福软件模拟器”时才需要设置，如下图所示。
确定仿真器和PC机之间的连接口、波特率，并可以对串口进行测试。
（4）新建一个文件新建一个文件是创建一个源程序。
①在文件（F）项菜单下选择“新建文件（N）”，如下左图：在光标处可以输入源程序，如右图：②在文件（F）项菜单下选择“保存文件（S）”，如下左图所示：需要确定文件的名字（注意：文件的扩展名一定是ASM）并确定保存的文件夹。
保存后出现如上右图：（5）新建一个项目（略）（6）编译编译的目的是检查源程序的语法错误，如果没错误将产生机器文件并存放在ROM中；如果有错误将给出错误信息。
编译有以下两种方式。
①使用项目（P）菜单下的编译（M）项；②使用快捷按纽，如下图：编译信息可以通过菜单窗口（W）下的信息窗口（M）查看。
如无错误，信息窗口如下：在信息中给出产生的目标文件的名字。
如有错误，信息窗口如下左：在信息中给出错误的地方（那一行）、错误类型。
（7）执行如果编译通过，将可以执行了。
执行的目的是为了得到结果。
执行操作有以下几种基本的操作：全速执行、执行但断点处、单步执行。
每种形式有两种启动选择。
①全速执行可以通过执行（R）菜单下的全速执行（R）、快捷按钮如上右图：②单步执行可按F8。
全速执行需要停止才能查看结果，查看的是整个程序的结果；单步执行每步都可以查看结果，查看的是每步执行的结果；执行到断点处可以在断点处查看结果，查看的断点之上程序的结果。
全速执行图如下左图，下面有“正在执行”和“执行时间”的提示。
单步执行如右图。
图中横线表示下面要执行的指令。
（8）查看结果结果是存放在寄存器和某个地址中的。
寄存器中通过窗口（W）菜单中的CPU项，可以查看某个寄存器中的值。
