你问的问题，本质是软件和电子硬件是如何结合的问题，相信很多写软件的人都对这个单片机底层的工作情况很困惑的，我也一度没有想明白这个问题，查了很多资料，似乎也没有什么人专门说道这个东西了，后来仔细想想，然后咨询了一些朋友，单片机里边不外是存放了很多三极管，二极管，电阻和电阻这些器件而已，所谓的寄存器，也是这些东西组成的，本质上还是很多个数字电路的结合体而已，然后就是靠晶振产生的标准脉冲来驱动这些电路在工作，请关注：容济点火器
单片机编译到最后，就是二进制代码，在电路上就是高低电平，而寄存器，是可以用来存放这种高低电平的器件，寄存器是由具有存储功能的触发器组合起来构成的。一个触发器可以存储一位二进制代码，存放上N位二进制代码的寄存器，需用n个触发器来构成。所以寄存器分解到最后，就是单个触发器。
简单的触发器，是RS的，通过三极管和一些阻容器件来完成两种高低状态的控制了，具体电路就不分析了，可以知道，它可以完成下边的状态功能
也就是R和S分别是置位和复位指令，会影响输出Q的状态了，这样理论上就形成了简单的可控输出了，那些软件的指令最终给到R和S端，就会直接控制了Q上的状态。具体如下：
1、当R端无效(1)，S端有效时(0)，则Q=1，Q非=0，触发器置1。
2、当R端有效(0)、S端无效时(1)，则Q=0，Q非=1，触发器置0。
3、当RS端均无效时(0)，触发器状态保持不变。
4、当RS端均有效时(1)，触发器状态不确定。
所谓的二进制代码，就是以上边的高低电平体现在触发器上，然后触发器再经过多种组合，会变成一种寄存器的东西，寄存器里边，有一种叫移位寄存器的，可以在移位脉冲作用下依次逐位右移或左移，数据既可以并行输入、并行输出，也可以串行输入、串行输出，还可以并行输入、串行输出，串行输入、并行输出，所以通过晶振产生的脉冲，控制移位寄存器的状态，就能控制高低电平的各种状态变化了，所谓的软件，最后就变成了这些高低电平的状态了。
一般的计算机系统，包括CPU，内存，外存（硬盘），输入输出（显示器，键盘，各种接口），电源等组成。安装在一个主板上。单片机也包括这些东西，但他是集成在一个芯片中，相对容量和运算速度要小一点，但可以通过外围芯片扩充。这些单片机大量存在于显卡，网卡，打印机，声卡，显示器，键盘，硬盘，U盘中，组成单片机系统和主机通过各种接口或总线交换数据，也可单独使用，完成大量机电一体化工作。
存储程序与程序控制。在系统时钟的统一步调下，译码器，移位寄存器，累加器，D触发器，数据选择器，协同工作，就构成了执行程序指令的基本硬件。执行完一条指令，指令指针PC加一，就可以自动执行下一条指令，直到执行完一段完整程序。程序在哪里？在ROM里。开机执行哪条指令？一般默认执行地址0的指令。数据放在RAM里。
单片机就是多片机集于一片的机，俗称“微处理器”。
多片指的是：处理器、存储器、ROM（FLASH）、RAM、I/O、定时器、时钟电路、复位电路等等。
首先，我们想实现一些功能，用编程语言（例如c语言）来编写实现这些功能的程序代码（编写程序的软件可以不是编译软件），其次，用编译软件（例如KEIL等）把程序代码编译成机器代码（例如bin、hex等格式），最后，用下载器（线）通过下载接口把代码写入单片机的ROM（FLASH）（包括内部EEPROM内容）。
单片机工作状态：
首先需要时钟电路提供时钟信号，然后运行ROM（FLASH）中的机器代码，采集输入口的信号，通过内部运算，控制输出口的电平。
内部定时器，中断，ADC等等模块都按照机器代码的内容工作。
以上简单描述了简单单片机的简单工作原理。如要弄清不简单单片机的不简单工作原理，则需要海量的学习。
这个问题非常有代表性，我相信很多初学者都会有这个疑问：为什么只是简单地将对应寄存器的相应位设置一下，就可以让单片机做不同的动作（例如，端口输出高低电平、定时器定时溢出等等）。今天我们就来简单了解一下这方面的知识。
一、单片机的基础电路
单片机内部主要由数字电路组成。所以如果我们想要了解单片机的内部结构及工作原理，还是需要学一些数字电路方面的知识的。这里简单介绍一下单片机中常用的基础电路。
1、与门电路原理介绍
与门电路如下图所示。
它是一个由二极管和电阻构成的电路，其中A、B为输入端，Y为输出端，+5V电压经R1、R2分压，在E点得到3V的电压。
工作原理：
当A、B两端同时输入低电平（0V）时，由于E点电压为3V，所以二极管VD1、VD2都导通，E点电压马上下降到0.7V（低电平），即当A、B端均输入低电平“0”时，Y端输出低电平“0”。
当A端输入低电平（0V）、B端输入高电平（5V）时，由于E点电压为3V，所以二极管VD1马上导通，E点电压下降到0.7V。此时VD2正端电压为0.7V，负端电压为5V，VD2处于截止状态，即当A端输入低电平“0”、B端输入高电平“1”时，Y端输出低电平“0”。
当A端输入高电平（5V）、B端输入低电平（0V）时，VD1截止，VD2导通，E点电
压为0.7V（低电平），即当A端输入高电平“1”、B端输入低电平“0”时，Y端输出低电平“0”。
当A、B端同时输入高电平（5V）时，VD1、VD2均不能导通，E点电压为3V（高电平），即当A、B两端都输入高电平“1”时，Y端输出“1”。
由此可见，与门的特点是：只有输入端都输入高电平时，输出端才会输出高电平；只要有一个输入端输入低电平，输出端就会输出低电平。
二、单片机内部的触发器、寄存器、锁存器
单片机内部有大量寄存器，寄存器是一种能够存储数据的电路，由触发器构成。
1、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。如下图所示。
从图中可以看出，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”。
2、寄存器
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。下图所示是一种由D触发器构成的4位寄存器。
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。
3、锁存器
锁存器也是一种能存储数据的电路。其特点是当锁存信号没有到来时，输出端的状态随输入端状态的变化而变化；当锁存信号来到时，输入端的数据被锁存到输出端，即当输入端的信号再变化时输出端也不会发生变化。
以下图为例来说明锁存器的工作原理。
当锁存器的控制端EN=1时，锁存器输出端Y与输入端A的状态保持一致，即A端数据变化时，Y端数据也变化；当锁存器的控制端EN由“1”变为“0”时，输入端此刻的数据马上被锁存到输出端，在EN=0期间，输出端的数据始终保持不变，不会随输入端而变化；当EN又变为“1”时，即取消锁存，输出端又会随输入端的变化而变化。
三、单片机端口的工作原理
有了上面的知识铺垫，现在我们就以51单片机的P3端口为例来介绍一下端口的工作原理。
P3端口有P3.0～P3.7共8个引脚，P3端口可作为I/O接口，还可以用于其他方面。P3端口每个引脚的内部电路结构都相同，其内部电路结构如下图所示
1、当P3端口用作I/O接口时
如果要将P3端口用作I/O接口，应让与非门的选择输出功能端为“1”，以开通与非门。当将P3端口用作输出端口时，给锁存器的CL端送写脉冲信号，内部总线送来的数据就可以通过D端进入锁存器并从Q端输出，再通过与非门和场效应管从P3端口引脚输出。
当将P3端口用作输入端口时，应先通过内部总线向锁存器写“1”，让Q=1，场效应管截止，P3端口输入的信号就可以通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。
2、当P3端口用作第二功能时
P3端口用作第二功能（又称复用功能）时，实际上也是在该端口输入或输出信号，只不过输入、输出的是一些特殊功能的信号。所以当P3端口用作第二功能时，其内部电路的工作原理与用作I/O接口时是一样的，在用作输入功能时，端口的锁存器同样要先置“1”。
P3端口8个引脚的第二功能详见下表。例如P3.2引脚用作第二功能时，该端口可输入由外部设备送到的中断请求信号，该信号通过缓冲器、输入三态门送到内部总线。
P3端口除了可以接收外界的输入信号外，还可以接收内部的替代输入功能端送来的信号，该信号通过输入三态门送到内部总线。