《單片機(jī)原理及應(yīng)用(第2版)》教學(xué)課件-第1章-單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)

單片機(jī)原理與接口技術(shù)2單片機(jī)概述1.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成1.2微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)知識(shí)1.3第1章單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)31.1單片機(jī)概述什么是單片機(jī)?單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的關(guān)系常用的單片機(jī)系列單片機(jī)的應(yīng)用

初識(shí)單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板

4單片機(jī)是指在一塊半導(dǎo)體芯片上，集成了微處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及中斷系統(tǒng)等功能部件，構(gòu)成一臺(tái)完整的微型計(jì)算機(jī)。1.1.1

什么是單片機(jī)?單片機(jī)實(shí)物5單片機(jī)可通過執(zhí)行使用者編寫的程序，控制芯片的各個(gè)引腳在不同的時(shí)間輸出不同的電平，從而控制與單片機(jī)各個(gè)引腳相連的外圍電路的電氣狀態(tài)。所以又被稱為微控制器。6單片機(jī)為什么可以根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)靈活的運(yùn)算及控制？依賴于其內(nèi)部精妙的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在塑料基底的中央有一個(gè)微型的芯片，還有連接芯片和單片機(jī)管腳的細(xì)導(dǎo)線。

單片機(jī)起主要作用的是芯片部分，細(xì)導(dǎo)線只是起到了在芯片和管腳之間傳遞信號(hào)的作用。71.1.2單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的關(guān)系計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管、晶體管、集成電路到大規(guī)模集成電路四代的演變。微型計(jì)算機(jī)屬于第四代計(jì)算機(jī)。

微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展以微處理器的發(fā)展為特征，主要表現(xiàn)：

(1)芯片集成度的提高(從最初的約2000個(gè)晶體管/片發(fā)展到目前的幾百萬個(gè)晶體管/片)；

(2)處理器位數(shù)的增加（從4位增加到64位）；

(3)時(shí)鐘頻率的加快(從1MHz到約幾個(gè)GHz)；

(4)價(jià)格的逐漸降低等方面。

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微型計(jì)算機(jī)有兩個(gè)主要發(fā)展方向：一是向高速度、高性能、大容量的高檔微型計(jì)算機(jī)方向發(fā)展；二是向穩(wěn)定可靠、小而廉、能適應(yīng)各種控制領(lǐng)域需要的單片機(jī)方向發(fā)展。

單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要分支！

1.1.2單片機(jī)與微型計(jì)算機(jī)的關(guān)系單片機(jī)是智能控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)“信息采集與處理”的核心工具，它是“麻雀雖小,五臟俱全”的微型計(jì)算機(jī)。91.1.3常用的單片機(jī)系列

MCS-51系列及與之兼容的8051系列單片機(jī)Atmel公司的AVR系列Microchip公司的PIC系列Motorola公司的單片機(jī)

TI公司的MSP430系列單片機(jī)基于ARM核的32位單片機(jī)

11:04101.8051單片機(jī)MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司在1980年推出的高性能單片機(jī)。

型號(hào)：8051、8751、8031、8032、8052等。其中8051是最典型的產(chǎn)品，其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減改變而來的，所以人們習(xí)慣于用8051來稱呼MCS-51系列單片機(jī)。20世紀(jì)80年代中期Intel公司將MCS-51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其他公司，如：Atmel、Philips、STC、Siemens、Winbond等，這些廠商生產(chǎn)的芯片是MCS-51系列的兼容產(chǎn)品，準(zhǔn)確地說是與MCS-51指令系統(tǒng)兼容的單片機(jī)，這些單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與8051相同，并且都采用CHMOS工藝，因而常用80C51系列來稱呼它們。11制造廠商單片機(jī)型號(hào)AT(Atmel)AT89C51，AT89C52，AT89C53，AT89C55，AT89LV52，AT89S51，AT89S52，AT89LS53等Philips(飛利浦)P80C54，P80C58，P87C54，P87C58，P87C524，P87C528等STCSTC89C51RC，STC89C52RC，STC89C53RC，STC89LE51RC，STC89LE52RC，STC12C5412AD等Winbond(華邦)W78C54，W78C58，W78E54，W78C58等Intel(英特爾)i87C54，i87C58，i87L54，i87C51FB，i87C51FCSiemens(西門子)C501-1R，C501-1E，C513A-H，C503-1R，C504-2R表1-1不同制造廠商的80C51單片機(jī)型號(hào)列表12Atmel單片機(jī)實(shí)物圖單片機(jī)芯片AT89C51AT89S51AT89S52AT89C2051雙列直插式(DualIn-linePackage)封裝13STC單片機(jī)實(shí)物圖塑料扁平式PQFP/TQFP(PlasticQuadFlatPackage)封裝

帶引線的塑料芯片封裝PLCC44(PlasticLeadedChipCarrier)雙列直插式DIP40(DualIn-linePackage)封裝11:0414STC公司8051單片機(jī)芯片的命名規(guī)則

152.Atmel公司的AVR系列AVR系列單片機(jī)是1997年Atmel公司為了充分發(fā)揮其Flash的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而推出的全新配置的精簡(jiǎn)指令集(ReducedInstructionSetComputer，簡(jiǎn)稱RISC)單片機(jī)。

該系列單片機(jī)一進(jìn)入市場(chǎng)，就以其卓越的性能而大受歡迎。通過這幾年的發(fā)展，AVR單片機(jī)已形成系列產(chǎn)品，其Attiny系列、AT90S系列與Atmega系列分別對(duì)應(yīng)為低、中、高檔產(chǎn)品(高檔產(chǎn)品含JTAGICE仿真功能)。

163.Microchip公司的PIC系列

Microchip單片機(jī)是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)。它的主要產(chǎn)品是PIC系列8位單片機(jī)，它的CPU是采用了精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流LCD驅(qū)動(dòng)能力和低價(jià)位OTP技術(shù)等都體現(xiàn)出單片機(jī)產(chǎn)業(yè)的新趨勢(shì)。PIC8位單片機(jī)產(chǎn)品共有3個(gè)系列，即基本級(jí)、中級(jí)和高級(jí)。用戶可根據(jù)需要選擇不同檔次和不同功能的芯片。

11:04174.Motorola公司的單片機(jī)

(→飛思卡爾公司→

恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司)Motorola公司是世界上最大的單片機(jī)廠商，該公司的特點(diǎn)是品種全、選擇余地大、新產(chǎn)品多，在8位機(jī)方面有68HC05和升級(jí)產(chǎn)品68HC08，68HC05有30多個(gè)系列，200多個(gè)品種，產(chǎn)量已超過20億片。8位增強(qiáng)型單片機(jī)68HC11也有30多個(gè)品種，年產(chǎn)量在1億片以上。升級(jí)產(chǎn)品有68HC12。16位機(jī)68HC16也有10多個(gè)品種。32位單片機(jī)的683XX系列也有幾十個(gè)品種。Motorola單片機(jī)特點(diǎn)之一是在同樣速度下所用的時(shí)鐘頻率較Intel類單片機(jī)低很多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強(qiáng)，更適合用于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。Motorola8位單片機(jī)過去的策略是以掩膜為主，最近推出了OTP計(jì)劃以適應(yīng)單片機(jī)發(fā)展新趨勢(shì)。在32位機(jī)上，M.CORE在性能和功耗方面都勝過ARM7。由于Motorola單片機(jī)產(chǎn)品以前主要是以掩膜為主，不太適合于教學(xué)，所以沒有被選做教學(xué)用機(jī)型。11:04184.Motorola公司的單片機(jī)

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恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司)11:04194.Motorola公司的單片機(jī)

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恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司)11:04204.Motorola公司的單片機(jī)

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恩智浦(NXP)半導(dǎo)體公司)/tjcwt2011/article/details/72636862恩智浦+飛思卡爾后你需要知道的十件事重點(diǎn)：汽車

恩智浦實(shí)現(xiàn)汽車互聯(lián)

恩智浦一直專注于汽車互聯(lián)上應(yīng)用，包括：汽車娛樂、車聯(lián)網(wǎng)、安全汽車接入、安全V2X通信（車對(duì)車信息交互）、雷達(dá)。

NXP在汽車電子上做了些什么呢？簡(jiǎn)明扼要是汽車各個(gè)部件都可以用的模擬器件，繁雜地來表述就有：收發(fā)信機(jī)、RF、RFID的可追溯性、計(jì)時(shí)設(shè)備、汽車MOSFET(446)、音頻放大器、汽車門禁與防盜IC、多媒體、調(diào)幅/調(diào)頻收音機(jī)和音頻、多標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字收音機(jī)(8)、傳感器、汽車照明、分立器件、邏輯、顯示器和儀表盤。215.TI公司MSP430系列單片機(jī)

TI公司MSP430系列單片機(jī)是超低功耗Flash型單片機(jī)，有“綠色微控制器(GreenMCUs)”稱號(hào)，是目前單片機(jī)業(yè)界所有內(nèi)部集成閃速存儲(chǔ)器(FlashROM)產(chǎn)品中功耗最低的，消耗功率僅為其他閃速微控制器(FlashMCUs)的1/5。在3V工作電壓下其耗電電流低于350μA/MHz，待機(jī)模式僅為1μA/MHz，具有5種節(jié)能模式。MSP430微控制器可廣泛地應(yīng)用于煤氣表、水表、電子電度表、醫(yī)療儀器、火警智能探頭、通信產(chǎn)品、家庭自動(dòng)化產(chǎn)品、便攜式監(jiān)視器及其他低耗能產(chǎn)品。由于MSP430微控制器的功耗極低，可設(shè)計(jì)出只需一塊電池就可以使用長(zhǎng)達(dá)10年的儀表應(yīng)用產(chǎn)品。MSP430Flash系列的確是不可多得的高性價(jià)比單片機(jī)。

226.基于ARM核的32位單片機(jī)

ARM(AdvancedRISCMachine)是一種通用的32位RISC處理器。32位是指處理器的外部數(shù)據(jù)總線是32位的，與8位和16位的相同主頻處理器相比性能更強(qiáng)大。ARM是一種功耗很低的高性能處理器，如ARM7TDMI具有每瓦生產(chǎn)690MIPS(MillionsInstructionPerSecond，百萬條指令/秒)的能力，已被證明在工業(yè)界處于領(lǐng)先水平。ARM公司并不生產(chǎn)芯片，而是將ARM的技術(shù)授權(quán)其他公司生產(chǎn)。ARM本質(zhì)并不是一種芯片，而是一種芯片結(jié)構(gòu)技術(shù)，不涉及芯片生產(chǎn)工藝。授權(quán)生產(chǎn)ARM結(jié)構(gòu)芯片的公司采用不同的半導(dǎo)體技術(shù)，面對(duì)不同的應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展和集成，標(biāo)有不同的系列號(hào)。236.基于ARM核的32位單片機(jī)

目前可以提供含ARM核CPU芯片的著名半導(dǎo)體公司有：Intel、TI、三星半導(dǎo)體、摩托羅拉、飛利浦半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、億恒半導(dǎo)體、科勝訊、ADI公司、安捷倫、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、CirrusLogic、Linkup、Parthus、LSILogic、Micronas等。ARM的應(yīng)用范圍非常廣泛，如嵌入式控制—汽車、電子設(shè)備、保安設(shè)備、大容量存儲(chǔ)器、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)，數(shù)字消費(fèi)產(chǎn)品—數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字式電視機(jī)、游戲機(jī)、GPS、機(jī)頂盒、便攜式產(chǎn)品—手提式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話、PDA、靈巧電話。

241.1.4單片機(jī)的應(yīng)用

單片機(jī)屬于數(shù)字控制類芯片，目前其應(yīng)用領(lǐng)域已非常廣泛，典型應(yīng)用如下：

1.工業(yè)自動(dòng)化。如數(shù)據(jù)采集、測(cè)控技術(shù)。2.智能儀器儀表。如數(shù)字示波器、數(shù)字信號(hào)源、數(shù)字萬用表、感應(yīng)電流表等。3.消費(fèi)類電子產(chǎn)品。如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、微波爐、IC卡、汽車電子設(shè)備等。4.通信方面。如調(diào)制解調(diào)器、程控交換技術(shù)、手機(jī)等。5.武器裝備。如飛機(jī)、軍艦、坦克、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、魚雷制導(dǎo)、智能武器等。單片機(jī)應(yīng)用1：消費(fèi)類電子產(chǎn)品單片機(jī)應(yīng)用2：工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)控車床單片機(jī)應(yīng)用3：通信設(shè)備單片機(jī)應(yīng)用4：醫(yī)療系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用5：機(jī)器人單片機(jī)應(yīng)用6：軍事裝備311.1.5初識(shí)單片機(jī)控制系統(tǒng)

通過一個(gè)單片機(jī)最簡(jiǎn)應(yīng)用項(xiàng)目——使一個(gè)發(fā)光二極管閃爍的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作，引導(dǎo)大家認(rèn)識(shí)單片機(jī)控制系統(tǒng)，初步了解單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。1.項(xiàng)目分析

使單片機(jī)控制一個(gè)發(fā)光二極管點(diǎn)亮500ms，熄滅500ms，再點(diǎn)亮500ms，再熄滅500ms，……如此循環(huán)，如下圖所示。項(xiàng)目分析系統(tǒng)框圖32

(1)單片機(jī)

(2)電源(+5V)

(3)晶振

(4)復(fù)位電路

構(gòu)成了真正可使用的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)一個(gè)發(fā)光二極管閃爍的單片機(jī)控制系統(tǒng)33#include<reg52.h>//52系列單片機(jī)頭文件sbitD1=P1^0;//聲明單片機(jī)P1口的第一位unsignedinti,j;//聲明無符號(hào)整型變量i，jvoidmain()//主函數(shù){while(1)//大循環(huán){D1=0;//點(diǎn)亮發(fā)光二極管

D1for(i=50;i>0;i--)//延時(shí)500ms

for(j=125;j>0;j--);D1=1;//關(guān)閉發(fā)光二極管D1for(i=50;i>0;i--)延時(shí)500msfor(j=125;j>0;j--);}}3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)34(1)軟件程序需通過專用軟件(如第2章2.2節(jié)介紹的keil軟件)在PC機(jī)上進(jìn)行編輯、調(diào)試，編譯后生成二進(jìn)制代碼程序。(2)再采用USB轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)換器及ISP軟件(本書2.4節(jié)詳細(xì)介紹)完成二進(jìn)制代碼程序從PC機(jī)到單片機(jī)的下載。4.軟件下載步驟程序從PC機(jī)到單片機(jī)的下載示意圖(3)然后程序在單片機(jī)中運(yùn)行，就會(huì)得到二極管D1亮滅閃爍的效果。355.實(shí)物制作過程361.1.6單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板1.1.5節(jié)介紹了單片機(jī)控制一個(gè)發(fā)光二極管閃爍的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制作過程，這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制系統(tǒng)，各類復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)都可以看成在這個(gè)系統(tǒng)上擴(kuò)展而成的。

后續(xù)各章會(huì)介紹許多單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例，如LED流水燈、數(shù)碼管控制、交通燈、鍵盤控制、液晶顯示等，為了看到單片機(jī)的真實(shí)運(yùn)行效果，提高學(xué)習(xí)效率，本課程組老師開發(fā)了可以完成各章實(shí)例的印刷電路實(shí)驗(yàn)板。371.1.6單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板

實(shí)驗(yàn)板的電路原理圖見教材附圖B-1，實(shí)驗(yàn)板實(shí)物見教材附圖B-2所示。在實(shí)驗(yàn)板上運(yùn)行一個(gè)發(fā)光二極管閃爍的效果圖38單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站http:///spoc/course/YCIT-1002100002

中國(guó)大學(xué)MOOC/share/link?shareid=90108&uk=1227362545

Proteus從入門到精通

天祥電子http：//51單片機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)http：///廣州周立功單片機(jī)http：///Philips公司http：//Intel公司http：//Motorola公司http：//凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃

39單片機(jī)原理與接口技術(shù)課程學(xué)習(xí)方法1學(xué)習(xí)本課程應(yīng)硬件、軟件兼顧并重，既要注意單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理，也要注意其語句和程序，做到兩者融會(huì)貫通，能夠?qū)烧呦嗷B透。2會(huì)組成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)單片機(jī)擴(kuò)展用到的芯片、接口、以及各種應(yīng)用實(shí)例(環(huán)節(jié))須給予足夠的重視。3學(xué)習(xí)本課程時(shí)，宜結(jié)合習(xí)題、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)，以提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，鞏固和擴(kuò)大學(xué)習(xí)收獲。4總學(xué)時(shí)56+S16周學(xué)時(shí)4（1-13周、15周）40考核方法和成績(jī)?cè)u(píng)定說明

考試采用統(tǒng)一命題，閉卷考試，考試時(shí)間為120分鐘。成績(jī)?cè)u(píng)定：閉卷筆試（70％）＋實(shí)驗(yàn)（20％）＋平時(shí)成績(jī)（10％）其中：平時(shí)成績(jī)含作業(yè)及課堂學(xué)習(xí)情況。41教材與參考文獻(xiàn)[1]張?zhí)m紅，鄒華，劉純利等.單片機(jī)原理及應(yīng)用(第2版)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.6[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程——入門、提高、開發(fā)、拓展全攻略[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.[3]楊欣，張延強(qiáng)，張鎧麟.實(shí)例解讀51單片機(jī)完全學(xué)習(xí)與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.[4]王東峰陳圓圓郭向陽(yáng).單片機(jī)C語言應(yīng)用100例[M(第2版)].北京：電子工業(yè)出版社，2016[5]彭偉.單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例——基于8051+Proteus仿真(第2版)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.11:04421.2微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成

微型計(jì)算機(jī)硬件

微型計(jì)算機(jī)軟件11:04431.2.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)運(yùn)算器：是計(jì)算機(jī)處理信息的主要部件?？刂破鳎寒a(chǎn)生一系列控制命令，控制計(jì)算機(jī)各部件自動(dòng)地、協(xié)調(diào)一致地工作。存儲(chǔ)器：是存放程序與數(shù)據(jù)的部件。輸入設(shè)備：用來輸入程序與數(shù)據(jù)，常用的輸入設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)、光電輸入機(jī)等。輸出設(shè)備：將計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果用數(shù)字、圖形等形式表示出來。常用的輸出設(shè)備有顯示終端、數(shù)碼管、打印機(jī)、繪圖儀等。11:04441.2.1計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)中央處理單元CPU：運(yùn)算器、控制器合稱為中央處理單元CPU(CentralProcessingUnit)。主機(jī)：通常把運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器這三部分稱為計(jì)算機(jī)主機(jī)。外設(shè)：輸入、輸出設(shè)備稱為計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備(簡(jiǎn)稱“外沒”)。11:04451.2.2微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)將運(yùn)算器、控制器集成在一塊硅片上，成為獨(dú)立的器件，該芯片稱為微處理器或微處理機(jī)(Micro-processor)。

存儲(chǔ)器(Memory)也已經(jīng)成為一塊獨(dú)立的芯片。

微處理器芯片、存儲(chǔ)器芯片與輸入／輸出接口(Input/Output，簡(jiǎn)稱I／O接口)電路芯片構(gòu)成了微型計(jì)算機(jī)(Micro-computer)，芯片之間用總線(Bus)連接。微型計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)11:04461.微處理器微處理器是微型計(jì)算機(jī)的核心，它通常包括3個(gè)部分：(1)算術(shù)邏輯部件

(ArithmeticLogicUnit，簡(jiǎn)稱ALU)：對(duì)傳送到微處理器的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算，如執(zhí)行加法、減法運(yùn)算，邏輯與、邏輯或運(yùn)算等。

(2)工作寄存器組。CPU中有多個(gè)工作寄存器，用來存放操作數(shù)及運(yùn)算的中間結(jié)果等。

(3)控制部件：包括時(shí)鐘電路和控制電路。時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，用于計(jì)算機(jī)各部分電路的同步定時(shí)?？刂齐娐樊a(chǎn)生完成各種操作所需的控制信號(hào)。

11:04472.存儲(chǔ)器介紹存儲(chǔ)器有關(guān)概念之前，先介紹微型計(jì)算機(jī)中的幾個(gè)常用術(shù)語：

(1)位（bit）是計(jì)算機(jī)所能表示的最小的數(shù)據(jù)單位，即1位二進(jìn)制數(shù)

。它有兩種狀態(tài)：0和1。(2)字節(jié)（Byte）一個(gè)連續(xù)的8位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字節(jié)，即1Byte＝8bit。(3)字（Word）通常把16位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)字，32位二進(jìn)制數(shù)稱為一個(gè)雙字。(4)字長(zhǎng)

CPU一次能夠處理二進(jìn)制信息的位數(shù)稱為字長(zhǎng)，通常也指CPU與輸入/輸出設(shè)備或內(nèi)存儲(chǔ)器之間一次傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。11:0448計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)與處理能力和計(jì)算精度有關(guān)。

(1)字長(zhǎng)越長(zhǎng)，計(jì)算精度越高，處理能力越強(qiáng)，但計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)也變得更復(fù)雜。(2)CPU的字長(zhǎng)有1位、4位、8位、16位、32位和64位，對(duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)就是1位機(jī)、4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)。

本書所介紹的80C51系列單片機(jī)就是8位機(jī)，這意味著如果要處理16位數(shù)據(jù)的話就應(yīng)分兩次處理。

11:0449存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成，在8位字長(zhǎng)的微機(jī)中，每個(gè)存儲(chǔ)單元存放8位二進(jìn)制代碼，即存放一個(gè)字節(jié)(Byte)。11:0450存儲(chǔ)器的一個(gè)重要指標(biāo)是容量。假如存儲(chǔ)器有256個(gè)單元，每個(gè)單元存放8位二進(jìn)制數(shù)那么該存儲(chǔ)器容量為256字節(jié)，或256×8位。存儲(chǔ)容量單位：“KB”、“MB”、“GB”

、“TB”

1KB＝1024B＝210B，1MB＝1024KB＝220B，1GB＝1024MB＝230B，1TB＝1024GB＝240B。11:0451存儲(chǔ)器的讀寫操作：

(1)計(jì)算機(jī)工作時(shí)，將數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器的過程稱為“寫”操作。(2)CPU從存儲(chǔ)器中取數(shù)據(jù)的過程為“讀”操作。(3)寫入存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)取代了原有的數(shù)據(jù)，而且在下一個(gè)新的數(shù)據(jù)寫入之前一直保留著，即存儲(chǔ)器具有記憶數(shù)據(jù)的功能。(4)在執(zhí)行讀操作后，存儲(chǔ)單元中原有的內(nèi)容不變，即存儲(chǔ)器的讀出是非破壞性的。11:0452存儲(chǔ)單元的地址和容量的關(guān)系：

(1)為了便于讀、寫操作，要對(duì)存儲(chǔ)器所有單元按順

序編號(hào)，這種編號(hào)就是存儲(chǔ)單元的地址。(2)地址的二進(jìn)制位數(shù)N與存儲(chǔ)容量Q之間的關(guān)系是：

Q＝2N。11:04533.輸入/輸出接口電路(1)I/O接口是溝通CPU與外圍設(shè)備的不可缺少的重要部件。(2)外部設(shè)備種類繁多，其運(yùn)行速度、數(shù)據(jù)形式、電平等各不相同，常常與CPU不一致，所以要用I/O接口作橋梁，起到信息轉(zhuǎn)換與協(xié)調(diào)的作用。11:04544.總線

總線（Bus）是在微型計(jì)算機(jī)各芯片之間或芯片內(nèi)部各部件之間傳輸信息的一組公共通信線。各芯片之間的一組8位總線11:0455根據(jù)傳遞信息種類，總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。(1)地址總線AB（AddressBus）是CPU用于給存儲(chǔ)器或輸入/輸出接口發(fā)送地址信息的單向通信總線，以選擇相應(yīng)的存儲(chǔ)單元或寄存器。地址總線的寬度（根數(shù)）決定了CPU的尋址范圍（即CPU所能訪問的存儲(chǔ)單元的個(gè)數(shù)）。(2)數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）是用于實(shí)現(xiàn)CPU、存儲(chǔ)器及I/O接口之間數(shù)據(jù)信息交換的雙向通信總線。

(3)控制總線CB（ControlBus）是傳輸各種控制信號(hào)的單向總線，其中有的用于傳送從CPU發(fā)出的信息；有的是其它部件發(fā)給CPU的信息。11:04561.2.3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖11:04571.2.4微型計(jì)算機(jī)軟件1.軟件定義硬件：是在執(zhí)行任務(wù)過程中相對(duì)固定的一種物質(zhì)體現(xiàn)。軟件：則是在執(zhí)行任務(wù)過程中比較靈活的信息的體現(xiàn)，即指使用和管理計(jì)算機(jī)的各種程序(Program)。2.指令指令：控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種操作的命令稱為指令。操作碼：表示該指令執(zhí)行何種操作。操作數(shù)：表示參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)所在的地址3.程序

程序：一系列指令的有序集合稱為程序。程序設(shè)計(jì)：編制程序的過程稱為程序設(shè)計(jì)。

11:04584.機(jī)器語言、匯編語言和高級(jí)語言

(1)匯編語言：用助記符(通常是指令功能的英文縮寫)表示操作碼、用字符(字母、數(shù)字、符號(hào))表示操作數(shù)的指令稱為匯編指令。用匯編指令編制的程序稱為匯編語言程序。特點(diǎn)：①這種程序占用存儲(chǔ)器單元少，執(zhí)行速度較快，能夠準(zhǔn)確掌握?qǐng)?zhí)行時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制，因此特別適用于實(shí)時(shí)控制。

②然而匯編語言是面向機(jī)器的語言，各種計(jì)算機(jī)的匯編語言是不同的，必須對(duì)所用機(jī)器的結(jié)構(gòu)、原理和指令系統(tǒng)比較清楚，才能編寫出它的各種匯編語言程序，而且不能通用于其他機(jī)器，這是匯編語言的不足之處。59(2)高級(jí)語言：為使用戶編程容易，程序中所用的語句與實(shí)際更接近，而且使用戶不必了解具體的機(jī)器，就能編程，使編出的程序通用性更強(qiáng)，于是產(chǎn)生了高級(jí)語言。常用的高級(jí)語言有BASIC、FORTRAN、C等。

特點(diǎn)：高級(jí)語言是面向過程的語言，用高級(jí)語言編寫程序時(shí)主要著眼于算法，而不必了解計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，因此易學(xué)易用。高級(jí)語言是獨(dú)立于機(jī)器的，一般地說，同一個(gè)程序可在任何種類的機(jī)器中使用。應(yīng)用：高級(jí)語言適用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等方面。11:0460(3)機(jī)器語言：二進(jìn)制代碼形式的程序就是機(jī)器語言程序。二進(jìn)制代碼形式的指令又稱機(jī)器指令或機(jī)器碼。匯編指令與機(jī)器指令具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)最終執(zhí)行的都是機(jī)器語言程序。

機(jī)器語言只有0和1兩個(gè)符號(hào)，用它來直接編寫程序十分困難。因此，往往先用匯編語言或高級(jí)語言編寫程序，然后再轉(zhuǎn)換成目標(biāo)程序。11:0461(4)幾個(gè)概念：源程序：匯編語言程序與高級(jí)語言程序統(tǒng)稱為源程序目標(biāo)程序：機(jī)器語言程序又稱為目標(biāo)程序。匯編：將匯編語言程序翻譯成目標(biāo)程序的過程稱為匯編。手工匯編：由編程人員對(duì)照指令表，一條一條查找、翻譯的方法稱為手工匯編。機(jī)器匯編：由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成匯編語言轉(zhuǎn)換為機(jī)器語言的稱為機(jī)器匯編。匯編程序：機(jī)器匯編時(shí)用到的軟件稱為匯編程序。編譯程序：高級(jí)語言轉(zhuǎn)換成機(jī)器語言的工作只能由計(jì)算機(jī)完成，轉(zhuǎn)換時(shí)所用的軟件為編譯程序。11:04625、程序分類計(jì)算機(jī)軟件示意圖11:04631.3.1數(shù)制的概念1.3.2與計(jì)算機(jī)有關(guān)的數(shù)制1.3.3數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換1.3.4碼制的概念1.3微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)算基礎(chǔ)知識(shí)11:0464

在數(shù)字電子計(jì)算機(jī)中，無論是大型計(jì)算機(jī)還是單片微型計(jì)算機(jī)，都是將所有的信息作為數(shù)值進(jìn)行處理的，包括數(shù)字(如7、-8、4)，英文字符(如A、B、k、m)，各種符號(hào)(如+、-、%、@、>、<)。11:0465一個(gè)數(shù)值，可以用不同進(jìn)制的數(shù)表示。1.十進(jìn)制——日常習(xí)慣使用2.二進(jìn)制——數(shù)字計(jì)算機(jī)最終均是用二進(jìn)制數(shù)實(shí)現(xiàn)的3.十六進(jìn)制——和二進(jìn)制轉(zhuǎn)換很方便4.八進(jìn)制、十二進(jìn)制、六十進(jìn)制等

1.3.1

數(shù)制的概念11:0466為了表示不同的數(shù)制，可以在數(shù)的后面放一個(gè)英文字母作為標(biāo)識(shí)符。1.二進(jìn)制數(shù)用B(Binary)2.十六進(jìn)制數(shù)用H(Hexdecimal)3.十進(jìn)制數(shù)用D(Decimal)，D可以省略不用，即不帶標(biāo)識(shí)符的數(shù)是十進(jìn)制數(shù)。也可以在數(shù)的右下方加一個(gè)小數(shù)字說明，例：(1011011)2，(896)10，(896)16。如何區(qū)分不同進(jìn)位計(jì)數(shù)制的數(shù)字?jǐn)?shù)制的基：計(jì)數(shù)制中所具有的數(shù)碼的個(gè)數(shù)。數(shù)制的權(quán)：計(jì)數(shù)制中每一位所具有的值。11:04671、十進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：①有十個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)：0、1、2、3……9。②逢十進(jìn)位，即各位的權(quán)是以十為底的冪。一般表達(dá)式：1.3.2與計(jì)算機(jī)有關(guān)的數(shù)制其中m、n為正整數(shù)，i表示數(shù)字符號(hào)所在的位，Di是第i位的數(shù)碼，10i表示第i位的位權(quán)。11:0468十進(jìn)制數(shù)398.6可表示為：398.6＝3×102＋9×101＋8×100＋6×10-1

例：11:04692.二進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：(1)有兩個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)：0、1。(2)逢二進(jìn)位，即各位的權(quán)是以2為底的冪。一般表達(dá)式：其中m、n為正整數(shù)，i表示數(shù)字符號(hào)所在的位，Bi是第i位的數(shù)碼，2i表示第i位的位權(quán)。11:0470二進(jìn)制數(shù)111.1B可表示為：111.1B＝1×22＋1×21＋1×20＋1×2－1例：11:04713.十六進(jìn)制數(shù)特點(diǎn)：(1)有十六個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)：0～9、A～F。(2)逢十六進(jìn)位，即各位的權(quán)是以十六為底的冪。表達(dá)式：其中m、n為正整數(shù)，i表示數(shù)字符號(hào)所在的位，Hi是第i位的數(shù)碼，16i表示第i位的位權(quán)。11:0472十六進(jìn)制數(shù)18AF.CBH可表示為：18AF.CBH＝1×163＋8×162＋A×161＋F×160＋

C×16－1＋B×16－2

例：11:0473十、二、十六進(jìn)制數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F11:04741.

二進(jìn)制、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法是：將二進(jìn)制數(shù)或十六進(jìn)制數(shù)寫成按權(quán)展開式，然后各項(xiàng)相加，則得相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。1.3.3數(shù)制之間的相互轉(zhuǎn)換10101.1011B＝1×24+1×22+1×20+1×2-1+1×2-3

+1×2-4＝21.6875例1-1

把二進(jìn)制數(shù)10101.1011B轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。11:04750F3DH＝F×162＋3×161＋D×160＝15×256＋3×16＋13×1＝3901例1-2把十六進(jìn)制數(shù)0F3DH轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。11:04762.十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制數(shù)整數(shù)部分方法是：采用除2取余法小數(shù)部分方法是：采用乘2取整法先采用除2取余法將19轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)例1-3把十進(jìn)制數(shù)19.625轉(zhuǎn)換成為對(duì)應(yīng)二進(jìn)制數(shù)。所以

19=10011B11:0477再采用乘2取整法將0.625轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)所以0.625=0.101B因此十進(jìn)制數(shù)19.625＝10011.101B十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù)的方法:將基數(shù)2換成16即可。11:04784位二進(jìn)制數(shù)與1位十六進(jìn)制數(shù)一一對(duì)應(yīng)例1-4將二進(jìn)制數(shù)1111000111.100101B轉(zhuǎn)換成為十六進(jìn)制數(shù)。1111000111.100101B＝001111000111.10010100B＝3C7.94H

注意：位數(shù)不夠時(shí)要補(bǔ)03.二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)間的相互轉(zhuǎn)換例1-5將十六進(jìn)制數(shù)2FB5H轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制數(shù)2FB5H＝0010111110110101B＝10111110110101B11:04791.3.4碼制的概念1.計(jì)算機(jī)中帶符號(hào)數(shù)的表示在字長(zhǎng)為8位的微型計(jì)算機(jī)中，一個(gè)數(shù)用8位二進(jìn)制數(shù)表示。

如果計(jì)算機(jī)處理的是無符號(hào)數(shù)，8位二進(jìn)制數(shù)的8位數(shù)符都表示數(shù)值。從00000000B、00000001B…到11111111B，表示的無符號(hào)數(shù)數(shù)值從0、1…到255。8位二進(jìn)制數(shù)表示的無符號(hào)數(shù)范圍是0～255。11:0480很多場(chǎng)合，數(shù)有正負(fù)之分，稱為帶符號(hào)數(shù)。

在計(jì)算機(jī)中，符號(hào)“+”、“-”要用1位二進(jìn)制數(shù)表示。8位微型計(jì)算機(jī)中約定：最高位D7表示符號(hào)，其他7位表示數(shù)值。D7＝l表示負(fù)數(shù)，D7＝0表示正數(shù)。連同符號(hào)位一起數(shù)值化了的數(shù)，稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)所表示的真實(shí)的數(shù)值，稱為真值。

11:0481

真值

機(jī)器數(shù)

+1001B（+9）01001B

-1001B（-9）11001B計(jì)算機(jī)中的機(jī)器數(shù)有原碼、反碼與補(bǔ)碼三種。11:0482用最高位表示帶符號(hào)數(shù)的正負(fù)，其余各位表示該數(shù)的絕對(duì)值。例如：+74＝+1001010B，[+74]原＝01001010B-74＝-1001010B，[-74]原＝11001010B0的原碼表示有如下兩種，不是唯一的。[+0]原＝00000000B[-0]原＝10000000B８位二進(jìn)制數(shù)原碼表示范圍為-127～+127。(1)原碼11:0483

正數(shù)的反碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的反碼是原碼符號(hào)位不變，其余各位按位取反。例如：+74＝+1001010B，[+74]反＝01001010B-74＝-1001010B，[-74]反＝10110101B。８位二進(jìn)制數(shù)反碼表示范圍為-127～+127。0的反碼表示有如下兩種，不是唯一的。[+0]反＝00000000B[-0]反=11111111B(2)反碼11:0484

正數(shù)的補(bǔ)碼與反碼、原碼表示相同；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是原碼符號(hào)位不變，其余各位按位求反后再加1。微型計(jì)算機(jī)中所有帶有符號(hào)的數(shù)均是以補(bǔ)碼形式來存放的。例如：+74＝+1001010B，[+74]補(bǔ)＝01001010B＝4AH；-74＝-1001010B，[-74]補(bǔ)＝10110110B＝B6H。８位二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼表示范圍為-128～+127。0的補(bǔ)碼表示是唯一的。對(duì)于0：[+0]補(bǔ)＝[-0]補(bǔ)＝00000000B(3)補(bǔ)碼11:0485已知一個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼，求其原碼時(shí)，應(yīng)將其補(bǔ)碼再求補(bǔ)。即[[x]補(bǔ)]補(bǔ)=[x]原負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的簡(jiǎn)便求法：對(duì)負(fù)數(shù)的原碼，從最低位向左數(shù)，在遇到第一個(gè)1以前，包括第一個(gè)1，重寫每一位，其余各位取反，符號(hào)位置1。-74＝-1001010B，

[-74]原＝11001010B

=CAH

[-74]補(bǔ)＝10110110B＝B6H。11:0486[99]補(bǔ)＝01100011B

+[-58]補(bǔ)＝11000110B[99-58]補(bǔ)＝100101001B

用補(bǔ)碼運(yùn)算99-58=？x、y無論是正數(shù)還是負(fù)數(shù)，都有：[x±y]補(bǔ)＝[x]補(bǔ)+[±y]補(bǔ)

引入補(bǔ)碼的概念后，可將減法變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算。因此微機(jī)中帶符號(hào)數(shù)采用補(bǔ)碼表示后可只設(shè)置加法器，簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)。補(bǔ)碼運(yùn)算在8位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)中，第九位進(jìn)位自然丟失。所以[99-58]補(bǔ)＝[99]補(bǔ)+[-58]補(bǔ)＝00101001B，[99-58]原＝00101001B，因此99-58=41。11:0487[-99]補(bǔ)＝10011101B+[-58]補(bǔ)＝11000110B[-99-58]補(bǔ)＝101100011B

在8位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)中，第九位進(jìn)位自然丟失。所以[-99-58]補(bǔ)＝[-99]補(bǔ)+[-58]補(bǔ)＝01100011B，因符號(hào)位為正，所以[-99-58]原＝01100011B，則-99-58=99，這個(gè)結(jié)果自然是錯(cuò)誤的，原因在哪里呢？用補(bǔ)碼運(yùn)算-99-58=？11:0488由于受計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)的限制，補(bǔ)碼所能表示的數(shù)值范圍也有一定的限制。如8位字長(zhǎng)的計(jì)算機(jī)補(bǔ)碼所能表示的范圍是-128～+127。因此當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出此范圍時(shí)，將得到錯(cuò)誤的結(jié)果，這就是溢出現(xiàn)象。當(dāng)兩個(gè)同符號(hào)相加或兩個(gè)異號(hào)數(shù)相減時(shí)，結(jié)果可能會(huì)超出8位二進(jìn)制補(bǔ)碼所能表示的范圍，可能會(huì)發(fā)生溢出。帶符號(hào)數(shù)運(yùn)算的溢出現(xiàn)象11:0489兩個(gè)8位帶符號(hào)數(shù)(用補(bǔ)碼表示)相加(或相減)，設(shè)第7位向上的進(jìn)位(或借位)為C，D6向D7位的進(jìn)位(或借位)為C’，則當(dāng)C⊕C’=1時(shí)，產(chǎn)生溢出，否則無溢出。溢出的判別方法：11:0490解：10011001B

+11001101B101100110B

C=1，C’=0，C⊕C’=1，有溢出，結(jié)果錯(cuò)誤。兩個(gè)8位帶符號(hào)數(shù)10011001B+11001101B相加是否溢出？

11:0491兩個(gè)8位帶符號(hào)數(shù)10000001B+01110011B相加是否溢出？

解：10000001B

+01110011B11110100B

C=0，C’=0，C⊕C’=0，無溢出，結(jié)果正確。11:0492(1)二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)（BCD碼）有些場(chǎng)合，計(jì)算機(jī)輸入、輸出數(shù)據(jù)時(shí)仍使用十進(jìn)制數(shù)，以適應(yīng)人們的習(xí)慣。然而，計(jì)算機(jī)中只能采用二進(jìn)制數(shù)，只有0、1兩種狀態(tài)。為此，十進(jìn)制數(shù)的數(shù)符必須用二進(jìn)制碼表示，這就形成了二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，簡(jiǎn)稱二—十進(jìn)制數(shù)，又稱BCD碼(BinaryCodedDecimal)，用標(biāo)識(shí)符[…]BCD表示。2.二進(jìn)制編碼11:0493十進(jìn)制數(shù)、BCD碼、二進(jìn)制數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系十進(jìn)制數(shù)BCD碼二進(jìn)制數(shù)0[0000]BCD0000B1[0001]BCD0001B………9[1001]BCD1001B10[00010000]BCD1010B11[00010001]BCD1011B12[00010010]BCD1100B13[00010011]BCD1101B14[00010100]BCD1110B15[00010101]BCD1111B11:0494BCD碼的特點(diǎn)：BCD碼是十進(jìn)制數(shù)，逢十進(jìn)一，只是數(shù)符0～9用4位二進(jìn)制數(shù)0000～1001來表示。

十進(jìn)制數(shù)與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換十分方便，只要把數(shù)符0～9與對(duì)應(yīng)的0000～1001互換就行了。例如：[010010010001．01011000]BCD＝491.58BCD碼與二進(jìn)制數(shù)之間不能直接轉(zhuǎn)換，通常要先經(jīng)過十進(jìn)制數(shù)。例如：01000011B＝67D＝[01100111]BCD11:0495

計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器總是按二進(jìn)制運(yùn)算。在計(jì)算機(jī)輸入BCD碼時(shí)，由于標(biāo)識(shí)符不能進(jìn)入計(jì)算機(jī)，故運(yùn)算器依然按二進(jìn)制運(yùn)算。然而，4位二進(jìn)制數(shù)逢16進(jìn)一，對(duì)應(yīng)的1位BCD碼逢10進(jìn)一，這將產(chǎn)生差錯(cuò)。為此，計(jì)算機(jī)執(zhí)行BCD碼運(yùn)算時(shí)，對(duì)運(yùn)算結(jié)果須進(jìn)行調(diào)整。加法運(yùn)算的調(diào)整方法是：1)兩個(gè)BCD碼相加后，如和的高4位(或低4位)出現(xiàn)非法碼1010～1111，則高4位(或低4位)要加6修正。2)如果和的高4位(或低4位)的D7（或D3位）出現(xiàn)向高位的進(jìn)位