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1、,第一章 单片机基础知识,1-1 单片机概述 1-2 数制及数码,内容提要:,1-1 单片机概述,一、什么是单片机 单片机就是单片微型计算机(Single-Chip Microcomputer)。 微型计算机系统的硬件部分通常由五部分组成:,输入设备,运算器,输出设备,控制器,存储器,这种计算机系统通常由多块印刷电路板制成：,CPU,CPU芯片,内存条,存储器接口,存储器芯片,输入输出接口,输入输出接口 芯片,定时计数器 芯片,A/D、D/A 芯片,单板机,印 刷 电 路 板,单 硅 晶 片,CPU,存储器,控制电路,定时器,时钟电路,I / O口,单片机,（1）体积小，重量轻； （2）可靠性
2、高，运行速度快，抗干扰能力强； （3）控制功能强，使用灵活，性价比高； （4）易扩展，易于开发； （5）受集成度限制，片内存储器容量较小，一般 内ROM在8KB以下，内RAM在256B以内。,单片机是应工业测控的需要而诞生的,它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的,故又称单片微控制器(Single Chip Microcontroller)。,单片机特点：,以单片机为核心的应用系统广泛应用于： 家用电器； 工业过程控制； 仪器仪表； 智能武器； 航空、汽车等领域。,二、单片机系统的组成,单片机系统,1-2 数制及数码,计算机只识别和处理数字信息，数字是以二进制数的形式表示的。它易于物理实
3、现，同时，资料存储、传送和处理简单可靠；运算规则简单，使逻辑电路的设计、分析、综合方便，使计算器具有逻辑性。 一、数制 1、常用数制 （1.）十进制数： 1985 = 1000+900+80+5 = 1103+9102+8101+5100 特点：有0 9 十个不同的符号。 逢十进一。 一般用下脚标 D 表示，如 1985D ,或无下脚标。,（ 2.）二进制数： 特点：有0，1两个不同的符号。 逢二进一。二进制数的下脚标为B 例如：对于整数， 1001B=123+022+021+120 = 9D 对于小数， 0.101B = 12-1 + 02-2 + 12-3 = 0.625D 二进制数每一位
4、的权是：以小数点分界， 24 , 23 , 22 , 2 1, 2 0 . 2 -1, 2 -2, 2 - 3, ,（ 3.）十六进制数： 有0 9 ，A,B,C,D,E,F 共十六个不同的符号。 逢十六进位。用下脚标 “H” 表示十六进制数。 例：327 H = 3162+2161+7160 = 807D 3AB . 11H = 3162+A161+B160+1161+116-2 =939 . 0664 D,2、数制的转换 （1.）二进制转换为十进制数 方法: 按权展开。 111.101B =122+12 1+12 0 +1 2 -1 +0 2 -2 +1 2 3 =4+2+1+0.5+0.
5、125 =7.625D （2.）十进制数转换为二进制数 方法： 整数部分除二取余，小数部分乘二取整,45 余数,22,1,11,0,5,1,2,1,1,0,0,1,2,2,2,2,2,2,即 45 = （101101）2,例1、将十进制数45转换成二进制数。,例2：十进制小数部分的转换: 乘二取整,0.6875, 2,最高位 取 1 1.3750,0.375, 2,取 0 0.750, 2,取 1 1. 50,0.5, 2,最低位 取 1 1. 0,从上至下写成从左至右,1011,0.6875D = 0.,B,二进制数转换成八进制数与上述类似。,（ 3.）十六进制数与二进制数之间的转换:,十六
6、进制数转换为二进制： 9 A B . 7 C 5 H,1001 1010 1011 . 0111 1100 0101B,二进制数转换十六进制数: 0001 1011 1110 0011 . 1001 0111 1000B,1 B E 3 . 9 7 8H,二、数码 1、机器数与真值 机器只认识二进制数：0、1。 这是因为，电路状态常常有两种情况， 如：电路的通、断； 高电平、低电平；可用0、1表示。 在机器中，这种0、1、0、1的表现形式称为机器数。 机器数分为无符号数、带符号数。 无符号数如：00000001、10010011、01010010、 等等，范围：00H FFH。 有符号数如：+
7、1010110B、-1101001B、等等,01010110B、,11101001B,2、机器数的编码及运算 对带符号数而言，有原码、反码、补码之分，计算机内一般使用补码。 （1）原码 将数“数码化”，原数前“+”用0表示，原数前“-”用1表示，数值部分为该数本身，这样的机器数叫原码。 设X原数；则X原 = X（X0） X原 = 2n-1 X （X0），n为字长的位数。 如，+3原 = 00000011B -3原 = 27 - （-3） = 10000011B 0有两种表示方法：00000000 +0 10000000 -0 原码最大、最小的表示：+127、-128,（2）反码 规定正数的反码
8、等于原码；负数的反码是将原码的数值位各位取反。 X反 = X （X0） X反 =（2n 1）+ X （X0）如， +4反 = +4原 = 00000100 B -4反=(281)+(-5)=11111111-00000101= 11111010 B 反码范围：-128 +127 两个0： +0 00000000 B -0 11111111 B,运用补码可使减法变成加法。 规定：正数的补码等于原码。 负数的补码求法：1）反码 + 1 2）公式：X补 = 2n + X （X0） 如，设X = - 0101110 B ， 则X原 = 10101110 B 则X补 = X反 + 1 = 1101000
9、1 + 00000001 = 11010010 B 如，+6补 = +6原 = 00000110 B -6补 = 28 + （-6） = 10000000 00000110 = 11111010 B 8位补码的范围 128 +127。 0 的个数：只一个，即00000000 而10000000 B是-128的补码。 原码、反码、补码对照表：见下表,（3）补码 补码的概念：现在是下午3点，手表停在12点，可正拨3点，也可倒拨9点。即是说-9的操作可用+3来实现，在12点里：3、-9互为补码。,八位二进制数所能表示的数据范围 机器数 无符号数 原码 反码 补码 00000000 0 +0 +0 +
10、0 00000001 1 +1 +1 +1 . . . . . 01111111 127 +127 +127 +127 10000000 128 -0 -127 -128 10000001 129 -1 -126 -127 . . . . . . . . . . 11111110 254 -126 -1 -2 11111111 255 -127 -0 -1,（4）补码的运算 当X0时，X补= X反=X原 X补补 = X原 X补+ Y补 = X+Y 补 X-Y 补= X+（-Y）补 例：已知 X=52 Y=38 求X-Y 方法1： 减法： X-Y = 52-38 =14 0 0 1 1 0 1
11、0 0 -） 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0,方法2： 加法 X-Y = X-Y补补 = X补+-Y补补 = 52补+ -38补补 = 14 补 =14 52补： 0 0 1 1 0 1 0 0 -38补：+） 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0,自然丢失 计算机在做算术运算时，必需检查溢出，以防止发生错误,(5) 运算的溢出问题 由于计算机中表示数据的字长（位数）有一定限制，所以数据的表示应有一个范围。 如字长8位时； 补码范围-128+127 若运算结果超出这个范围，便溢出。 例： 98补： 0 1 1 0 0 0 1 0 2
12、5补：+）0 0 0 1 1 0 0 1 123补 0 0 1 1 1 1 0 1 1 未溢出 0 0 Cs+1 Cs（未溢出）,85补： 0 1 0 1 0 1 0 1 47补：+）0 0 1 0 1 1 1 1 132补： 1 0 0 0 0 1 0 0 溢出 0 1 Cs+1 Cs （溢出） 错：两个正数相加和为负数。 - 85补： 1 0 1 0 1 0 1 1 - 47补：+）1 1 0 1 0 0 0 1 - 132补：1 0 1 1 1 1 1 0 0 溢出 1 0 Cs+1 Cs 错：两个负数相加和为正数。,- 19补： 0 1 0 1 0 1 0 1 - 79补：+）1 0
13、1 1 0 0 0 1 - 98补： 1 1 0 0 1 1 1 1 未溢出 1 1 Cs+1 Cs 错：两个负数相加和为正数。 总之：结果正确（无溢出）时，Cs+1 = Cs 结果错误（溢出）时，Cs+1 Cs 溢出判断：溢出 = Cs+1Cs（即结果是0为无溢出；1为有溢出）,1、 （6） 十进制数的编码 对机器：二进制数方便， 对人 ：二进制数不直观，习惯于十进制数。 在编程过程中，有时需要采用十进制运算，但机器不认识十进制数。 怎么办？ 可以将十进制的字符用二进制数进行编码： 0 0000 5 0101 1010 1111 1 0001 6 0110 1011 2 0010 7 011
14、1 1100 3 0011 8 1000 1101 4 0100 9 1001 1110 这叫做二进制数对十进制编码BCD码。 上述每4位二进制数表示一个十进制字符，这4位中各位的权依次是： 8、4、2、18421 BCD码。,BCD码的运算： 例、 1 8 +） 3 2 1,0 0 0 1 1 0 0 0 +）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 B是非BCD码（错）,需进行十进制调整： 0 0 0 1 1 0 0 0 +）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 （个位大于9，应进1） +） 0 1 1 0 （加6使进1） 0 0 1 0 0
15、 0 0 1 （结果形如21）,BCD码加法规则： 两个BCD数相加时，“某位”的和小于10则保持不变； 两个BCD数相加时，“某位”的和大于9，则和数应加6修正。 BCD码减法规则： 两个BCD数相减时，“某位”的差未发生借位，则差数保持不变； 两个BCD数相减时，“某位”发生了借位，其差应减6修正。 这里“某位”指BCD数中的“个位”、“十位”、“百位”、,加法举例： 0 1 1 0 0 1 0 1 （6 5） +）1 0 0 1 0 1 1 1 （97） 1 1 1 1 1 1 0 0 +）0 1 1 0 0 1 1 0 （加66调整） 1 0 1 1 0 0 0 1 0 （162） 减
16、法举例： 0 0 1 1 0 1 0 0 （3 4） -） 0 0 0 1 0 1 0 1 （15） 0 0 0 1 1 1 1 1 -） 0 1 1 0 （减6调整） 0 0 0 1 1 0 0 1 （29）,（7）字符信息的表示 计算机能识别0、1、0、1、；这些0、1、0、1、有的 代表数值，有的仅代表要处理的信息（如字母、标点符号、 数字符号等文字符号），所以，计算机不仅要认识各种数字， 还要能识别各种文字符号。人们事先已对各种文字符号进行 二进制数编码。 如，美国信息交换标准码ASCII码，用一个字节表示一个 字符。低7位是字符的ASCII码值；最高位是通信时的 校验位。,综上所述, 计算机中的数可以有各种不同的表示方法, 计算机中以一个字节为一个单元保存数据, 一个字节为8位二进制数,可以有256种组合, 也就是可以表示256个数据, 我们称它为机器数,每一个机器数实际表示的是什么, 要看采用的是那种表示方法。,