單片微型計算機概述

1、1.1 單片微型計算機發(fā)展概況1.2 微計算機系統(tǒng)概念1.3 單片機的特點1.4 計算機中的數(shù)和編碼l單片微型計算機就是將CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。因此，一塊芯片就構成了一臺計算機。在工業(yè)、農業(yè)、軍事、保安、在工業(yè)、農業(yè)、軍事、保安、金融、金融、儀器儀表、儀器儀表、航空航天、航空航天、醫(yī)療、通訊、辦醫(yī)療、通訊、辦公設備、公設備、娛樂娛樂休閑、健身、體育競賽、服務領休閑、健身、體育競賽、服務領域域, ,大量單片機大量單片機- -嵌入式技術已經(jīng)無處不在嵌入式技術已經(jīng)無處不在。它已成為工業(yè)控制領域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使

2、用的計算機,并正迅正迅速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。單片機的發(fā)展歷史劃分為四階段：第二階段（19761976年）：低性能單片機的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結構，即在一塊芯片內含有8位CPU、定時/計數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領域。第一階段（19741976年）：單片機初級階段。功能簡單，只包括了8位CPU、64字節(jié)RAM和2個并行口。l第四階段：（1982年 ）：8位鞏固發(fā)展和16位單片機階段。16位單片機除CPU為16位外，片內RAM和ROM容量進一步增大，實時處理能力更強，體現(xiàn)了微控制器的特征。例

3、如Intel公司的MCS-96主振頻率為12M，片內RAM為232字節(jié)，ROM為8K字節(jié)，中斷處理能力為8級，片內帶有10位A/D轉換器和高速輸入/輸出部件等。l微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時，向高速、強運算能力、尋址范圍大以及小型廉價方面發(fā)展。l第三階段（19781982年）：高性能單片機階段，這一類單片機帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線、16位地址線可以尋址的范圍達到64K字節(jié)、控制總線、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類單片機的應用范圍較廣，并在不斷的改進和發(fā)展。l單片機體積小、功能強、功耗低、可靠性高和性價比高的特點，在過程控制、機電一體化產(chǎn)品、智能儀器、家用電器、計算機網(wǎng)絡及

4、通訊等方面得到廣泛應用。l單片機經(jīng)歷了一位、4位、8位、16位及32位的發(fā)展階段，世界上一些著名的半導體器件廠家都開發(fā)了單片機如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。l單片機的品種日益增加，在眾多的通用型單片機里，以Intel公司的MCS系列單片機最為著名。 返回本章首頁圖1-1 微處理器、微計算機和微計算機系統(tǒng)的關系返回本章首頁 （1）體積小、重量輕、功耗低、功能強、性價比高。 （2）數(shù)據(jù)大都在單片機內部傳送，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高。 （3）結構靈活，易于組成各種微機應用系統(tǒng)。（4）應用廣泛，既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于測量儀器、醫(yī)療儀器及家用電器等

5、領域。 返回本章首頁l 1.4.1 計數(shù)制l 1.4.2 二進制數(shù)（用B表示）l 1.4.3 十六進制數(shù)（用H表示）l 1.4.4 不同進制數(shù)之間的轉換l 1.4.5 數(shù)制書寫約定l 1.4.6 計算機中數(shù)的表示l 1.4.7 計算機常用編碼 返回本章首頁返回本節(jié) 基數(shù)小于10的計數(shù)制，可用十進制相應的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號，一個數(shù)一般由多個數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同，其值也不同。 日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進制數(shù)，這是一種逢十進一的計數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進制、八進制和十六進制等。l以2為基數(shù)的數(shù)制稱為二進位計數(shù)制，它只包括0和1兩個數(shù)碼，很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來表示，例如，用高

6、電平表示1，用低電平表示0。所以，計算機中通常采用二進制數(shù)。l二進制數(shù)的計數(shù)特征：逢二進一，運算簡單。 l在加、減、乘、除四則運算中，乘法實質上是做移位加法，除法則是移位減法。 返回本節(jié)l為了書寫和閱讀方便，經(jīng)常采用十六進制數(shù)作為二進制的縮寫形式。十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)的對照表如表1-1所示。l在計數(shù)時，逢十六進一，這樣書寫長度短，且可方便將十六進制數(shù)轉換為二進制數(shù)或將二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)。表1-1 十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)對照表 返回本節(jié) l 1二進制轉換為十進制基本方法：將二進制數(shù)按權展開式，利用十進制數(shù)的運算法則求和，即可得到等值的十進制數(shù)。l 2十進制到二進制的轉換十

7、進制整數(shù)轉換為二進制整數(shù)十進制小數(shù)轉換為二進制小數(shù)帶小數(shù)的十進制數(shù)轉換為二進制數(shù)3十進制、十六進制之間的相互轉換（1）十進制轉換成十六進制十進制轉換成十六進制整數(shù)整數(shù)和和十進制轉十進制轉換成二進制整數(shù)換成二進制整數(shù)類似，采用類似，采用“除除1616取余取余”的的方法。方法。（2）十進制轉換成十六進制十進制轉換成十六進制小數(shù)小數(shù)和和十進制轉十進制轉換成二進制小數(shù)換成二進制小數(shù)類似，采用類似，采用“乘乘1616取整取整”的的方法。方法。解：解： 余數(shù)（結果）寫作余數(shù)（結果）寫作 低位低位 16 3901 - 13 D 16 243 - 03 3 15 - 15 F 高位高位 最后結果： （3901

8、）10 =0F3DH解：解： 0.76171875 16 高位高位 12.18750000 - 整數(shù)為整數(shù)為12 0.1875 16 3.0000 - 整數(shù)為整數(shù)為3 低位低位最后結果： （0.76171875）10 =0.C3Hl 4二進制、十六進制之間的相互轉換將二進制數(shù)轉換為十六進制數(shù)，從低位開始，每四位一組，然后將其轉換為對應的十六進制數(shù)。如最后一組不足四位，需在左邊補0。用同樣方法可將二進制小數(shù)轉換十六進制小數(shù)。只是分組應從小數(shù)點右邊開始分成四位一組。十六進制數(shù)轉換為二進制數(shù)，將每位十六進制數(shù)直接轉換成相應的二進制數(shù)。例1-6將將1000110.01B轉換為十六進制數(shù)。轉換為十六進制

9、數(shù)。 10010001100110. .0101B = B = 0 0100100 01100110. .01010000 B B = 4 6 . 4 H = 4 6 . 4 H例例1-7：將：將352.6H轉換為二進制數(shù)。轉換為二進制數(shù)。 3 5 2 . 6 H 11 0101 0010 0110 =11 0101 0010 . 0110H下一頁二進制數(shù)轉換為十進制數(shù)二進制數(shù)轉換為十進制數(shù)方法：按二進制數(shù)的位權進行展開求和即可。方法：按二進制數(shù)的位權進行展開求和即可。例例1-1 將將11011.01B轉換成十進制數(shù)。轉換成十進制數(shù)。11011.01B=124+123+022+121+120+

10、02-1+12-2=16+8+0+2+1+0+0.25=27.25 返回l方法：方法：1）十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)有很多方法，）十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)有很多方法，但一般使用但一般使用“除除2取余法取余法”?！俺?取余法取余法”法則是：法則是： 用用2連續(xù)去除要轉換的十進制數(shù)，直到商連續(xù)去除要轉換的十進制數(shù)，直到商小于小于2為止，然后把各次余數(shù)按最后得到的為為止，然后把各次余數(shù)按最后得到的為最高位和最先得到的為最低位，依次排列起來最高位和最先得到的為最低位，依次排列起來便是所求的二進制數(shù)。便是所求的二進制數(shù)。解：解： 余數(shù)（結果）余數(shù)（結果） 低位低位 2 52 - 0 2 26 - 0

11、 2 13 - 1 2 6 - 0 2 3 - 1 2 1 - 1 高位高位轉換結果：（轉換結果：（52）D=（110100）B2）十進制小數(shù)轉換成二進制一般使用）十進制小數(shù)轉換成二進制一般使用“乘乘2取整取整法法”?！俺顺?取整法取整法”法則是：法則是： 用用2連續(xù)去乘要轉換的十進制小數(shù)，直到所連續(xù)去乘要轉換的十進制小數(shù)，直到所得積的小數(shù)部分為得積的小數(shù)部分為0或滿足所需精度為止，然后或滿足所需精度為止，然后把各次整數(shù)按最先得到的為最高位和最后得到的把各次整數(shù)按最先得到的為最高位和最后得到的為最低位，為最低位，“順序順序”依次排列起來所對應的數(shù)便依次排列起來所對應的數(shù)便是所求的二進制小數(shù)。是

12、所求的二進制小數(shù)。解：解： 0.1875 2 0.3750 - 整數(shù)為整數(shù)為0 高位高位 2 0.7500 - 整數(shù)為整數(shù)為0 2 1.5000 - 整數(shù)為整數(shù)為1 0.5000 2 1.0000 - 整數(shù)為整數(shù)為1 低位低位轉換結果：轉換結果：(0.1875)D = (0.0011)B返回l在書寫計算機程序時，一般不用基數(shù)作為下標來區(qū)分各種進制，而是用相應的英文字母作后綴來表示各種進制的數(shù)。 例如：B（Binary）表示二進制數(shù)。 D（Decimal）表示十進制數(shù)，一般D可省略，即無后綴的數(shù)字為十進制數(shù)。 H（Hexadecimal）表示十六進制數(shù)。l 1原碼、反碼和補碼原碼：在符號位中用0

13、表示正、用1表示負的二進制數(shù)，稱為原碼。例如， x1=1110111B， x1原=01110111B x2=1110111B， x2原=11110111B數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： 0原=0000 0000B 0原=1000 0000B反碼：正數(shù)的反碼=原碼；負數(shù)的反碼=原碼的符號位不變而數(shù)值按位取反。所謂按位取反，即將各位的1變成0，0變成1。例如，x1=13，x1反=13原=0 0001101B 。 若 x2=13， x2原=13原=1 0001101B， x2反=13反=1 1110010B。數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： +0反=00000000B -0反=1111

14、1111B 補碼：正數(shù)的補碼=原碼； 負數(shù)的補碼=反碼1。例如，x1=1101101B， x1補=13原=0 1101101B 。又如， x2=1101101B， x2反=10010010B， x2補=10010011B。在補碼表示中，“0”是唯一的。即 0補=00000000B l 2數(shù)的小數(shù)點表示方法 定點表示法：表示小數(shù)點的位置是固定不變的。分為純整數(shù)和純小數(shù)兩類。數(shù)符 尾數(shù)純整數(shù)表示方法純整數(shù)表示方法 純小數(shù)表示方法純小數(shù)表示方法數(shù)符 尾數(shù)其格式如下所示：其格式如下所示： 浮點表示法 浮點表示法中小數(shù)點的位置是不固定的。任意二進制數(shù)N一般可表示為：N=2PS 一個浮點數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，二者各有表示正負的階符和數(shù)符，常用存儲格式：階符階碼數(shù)符尾數(shù)返回本節(jié)l常見的編碼有BCD碼、ASCII碼等。1二 十進制編碼是