状态寄存器与堆栈指针寄存器

以下面首先介绍两个在AVR单片机中起着非常重要作用的I/O寄存器，它们是状态寄存器（SREG）和堆栈指针寄存器（SP）。

1.状态寄存器（SREG）

状态寄存器（SREG）是一个8位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态和结果的标志。SREG中各位状态通常是在指令的执行过程中自动形成，但也可以由用户根据需要用专用指令加以改变。

状态标志位的作用很大，每一位都代表着不同的含义。许多指令的运行将对寄存器中的某些位置1或清零，它反映了CPU运算、操作结果的状态。与状态寄存器（SREG）中的位操作有关的指令有置1、清零、为1转移、为0转移等，共有36条指令与状态寄存器（SREG）相关联。由此可见它的重要性。

AVR单片机的状态寄存器（SREG）在I/O空间的地址为$3F（$005F），其各标志位的意义如下：

（1）位7—Ⅰ：全局中断使能位

该标志位为AVR单片机中断总控制开关，当Ⅰ位被置位（“1”）时，表示CPU可以响应中断请求，而当Ⅰ位被清零（“0”），则所有的中断被禁止，CPU不响应任何的中断请求。除了该标志位用于AVR单片机中断的总控制，各个单独的中断触发控制还由其所在的中断屏蔽寄存器（GIMSK、TIMSK）控制。如果全局中断触发寄存器被清零（“0”），则全局（所有的）中断被禁止，但单独的中断触发控制在GIMSK和TIMSK中的值保持不变。在中断发生后，I位由硬件清除，并由RETI（中断返回）指令置位，从而允许子序列的中断响应。

（2）位6—T：位复制存储

位复制指令BLD和BST使用T标志位作为源和目标。通用寄存器组任何一个寄存器的一位可以通过BST指令被复制到T中，而用BLD指令则可将T中的位值复制到通用寄存器组的任何一个寄存器的一位中。

（3）位5—H：半进位标志位

半进位标志位H表示在一些运算操作过程中有无半进位（低4位向高4位进、借位）的产生，该标志对于BCD码的运算和处理非常有用。

（4）位4—S：符号标志位，S=N⊕V

S位是负数标志位N和2的补码溢出标志位V两者的异或值。在正常运算条件下（V=0，不溢出）S=N，即运算结果最高位作为符号是正确的。而当产生溢出时V=1，此时N已不能正确指示运算结果的正负，但S=N⊕V还是正确的。对于单（或多）字节有符号数据来说，执行减法或比较操作后，S标志能正确指示参与相减或比较的两个数的大小。

（5）位3—V：2补码溢出标志位

2的补码溢出标志位V，支持2的补码运算，为模2补码加、减运算溢出标志。溢出表示运算结果超过了正数（或负数）所能表示的范围。加法溢出表现为正+正=负，或负+负=正；减法溢出表现为正-负=负，或负-正=正。溢出时，运算结果最高位（N）取反才是真正的结果符号。(www.xing528.com)

（6）位2—N：负数标志位

负数标志位直接取自运算结果的最高位，N=1时表示运算结果为负，否则为正。但发生溢出时不能表示真实的结果（见上面对溢出标志位的说明）。

（7）位1—Z：零值标志位

零值标志位表明在CPU运算和逻辑操作之后，其结果是否为零，当Z=1时表示结果为零。

（8）位0-C：进/借位标志

进/借位标志位表明在CPU的运算和逻辑操作过程中有无发生进/借位。

以上这些标志位非常重要，对运算结果的判断处理，要以相应的标志位为依据。标志位也是分支、循环控制的依据。采用汇编语言编写程序时，要注意指令对标志位的影响，以及正确地使用判断指令。

2.堆栈指针寄存器（SP）

堆栈是数据结构中所使用的专用名词，它是由一块连续的SRAM空间和一个堆栈指针寄存器组成，主要应用于快速便捷地保存临时数据、局部变量和中断调用或子程序调用的返回地址。堆栈在系统程序的设计和运行中起着非常重要的作用，只要程序中使用了中断和子程序调用，就必须正确地设置堆栈指针寄存器（SP），在SRAM空间建立堆栈区。

堆栈是一种特殊的线性数据结构，数据的进出在堆栈的顶部进行，并遵循后进先出（Last in First out，LIFO）的原则。堆栈指针实际上就是堆栈顶部的地址，它随着堆栈中数据的进出而变化。堆栈指针寄存器（SP）中保存着堆栈指针，即堆栈顶部的地址。

处在I/O地址空间$3E（$005E）和$3D（$005D）的两个8位寄存器构成了AVR单片机的16位堆栈指针寄存器（SP）。AVR单片机复位后堆栈寄存器的初始值为SPH=$00、SPL=$00，因此建议用户程序必须首先对堆栈指针寄存器（SP）进行初始化设置。

AVR单片机的堆栈区是建立在SRAM空间的，16位的SP寄存器可以寻址的空间为64KB。但在实际应用中，还必须考虑所使用AVR单片机芯片SRAM空间的实际情况和所配备的SRAM容量的大小。首先，堆栈区应该避开寄存器区域所对应的SRAM空间，防止堆栈操作时改变了寄存器的设置。由于AVR单片机的堆栈是向下增长的，即新数据进入堆栈时栈顶指针的数据将减小（注意：这里与51单片机不同，51单片机的堆栈是向上增长的，即进栈操作时栈顶指针的数据将增加），所以尽管原则上堆栈可以在SRAM的任何区域中，但通常初始化时将SP的指针设在SRAM最高处。

对于具体的ATmega16芯片，堆栈指针必须指向高于$0060的SRAM地址空间，因为低于$0060的区域为寄存器空间。ATmega16片内集成有1KB的SRAM，不支持外部扩展SRAM，所以堆栈指针寄存器（SP）的初始值应设在SRAM的最高端$045F处（参考图2-10）。

AVR单片机的堆栈有自动硬件进栈（执行调用指令、响应中断）、自动硬件出栈（执行调用返回指令（RET）、执行中断返回指令（RETI））和人工进出栈（进栈（PUSH）、出栈（POP））等指令。AVR单片机堆栈采用SP-1或SP-2的进栈操作。