最新單片機(jī)培訓(xùn)微型計算機(jī)基礎(chǔ)

最新單片機(jī)培訓(xùn)微型計算機(jī)基礎(chǔ)第一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用2課程目標(biāo)1.掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件原理及分析、設(shè)計方法。2.掌握軟件設(shè)計與調(diào)試的基本技能。具體的說：以MCS-51系列單片機(jī)為例，詳細(xì)介紹MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理和單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)，通過學(xué)習(xí)本課程，學(xué)生能夠掌握有關(guān)單片機(jī)的基礎(chǔ)知識，基本掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的基本技能第二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用3課程特點(diǎn)本課程介紹單片機(jī)的基本知識和單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，其內(nèi)容與工程實際緊密相聯(lián)系，實用性很強(qiáng)，是一門在理論指導(dǎo)下,偏重于實際應(yīng)用的課程。要求學(xué)生在首先學(xué)好單片機(jī)原理的基礎(chǔ)上，重視實驗環(huán)節(jié)，具有一定的實際動手操作能力。本課程中既有硬件的原理和組成，又有針對硬件的軟件編程，因此本課程具有實用性強(qiáng)、理論和實踐結(jié)合、軟硬件結(jié)合等特點(diǎn)。第三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用4參考書目［1］趙曉安主編，《MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用》，天津大學(xué)出版社，2005［2］張毅剛主編，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》，高等教育出版社，2005［3］朱勇主編，《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》，清華大學(xué)出版社，2006第四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用5考核方式平時成績：20%（出勤和作業(yè)）期末成績：80%第五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用6微型計算機(jī)概述第六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用7我們常見的計算機(jī)微型計算機(jī)的常見外形：臺式機(jī)筆記本服務(wù)器第七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用8計算機(jī)的發(fā)展計算機(jī)發(fā)展歷程

1946年2月，人類歷史上第一臺電子數(shù)字計算機(jī)ENIAC在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生。在同年，著名美籍匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾依曼（Neumann，Johnvon）提出了“存儲程序”和“程序控制”的思想，這一卓越的思想為電子計算機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了基礎(chǔ)，已成為計算機(jī)設(shè)計的基本原則。

第八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用9

第一代計算機(jī)（1946年～1957年），采用電子管作為邏輯元件，因此稱為電子管計算機(jī)。使用機(jī)器語言作為編程語言，應(yīng)用范圍主要是科學(xué)計算。其體積較大，運(yùn)算速度較低，存儲容量不大，而且價格昂貴，使用也不方便。第二代計算機(jī)（1958年～1964年），采用晶體管作為邏輯元件。開始使用匯編語言進(jìn)行程序設(shè)計，應(yīng)用范圍擴(kuò)展到數(shù)據(jù)處理和事務(wù)處理及工業(yè)控制。其運(yùn)算速度比第一代計算機(jī)的速度提高了近百倍，體積為原來的幾十分之一。2.計算機(jī)大致經(jīng)歷了四個階段計算機(jī)的發(fā)展第九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用10

第三代計算機(jī)（1965年～1970年），這一時期的主要特征是以中、小規(guī)模集成電路為電子器件，并且出現(xiàn)了操作系統(tǒng)，使計算機(jī)的功能越來越強(qiáng)，應(yīng)用范圍越來越廣。它們不僅用于科學(xué)計算，還用于文字處理、企業(yè)管理、自動控制等領(lǐng)域，出現(xiàn)了計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的信息管理系統(tǒng)，可用于生產(chǎn)管理、交通管理、情報檢索等領(lǐng)域。第四代計算機(jī)（1971年至今），采用大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)模集成電路（VLSI）為主要電子器件制成的計算機(jī)。例如80386微處理器，在面積約為10mm×l0mm的單個芯片上，可以集成大約32萬個晶體管，使計算機(jī)的體積大大縮小，出現(xiàn)了微型化的計算機(jī)。操作系統(tǒng)不斷完善，出現(xiàn)了Windows操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件層出不窮，逐步形成軟件產(chǎn)業(yè)。計算機(jī)的發(fā)展第十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用11

微型計算機(jī)大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段是1971～1973年，微處理器有4004、4040、8008。1971年Intel公司研制出MCS4微型計算機(jī)（CPU為4040，4位機(jī)）。第二階段是1974～1977年，微型計算機(jī)的發(fā)展和改進(jìn)階段。微處理器有8080、8085、M6800、Z80。第三階段是1978～1983年，16位微型計算機(jī)的發(fā)展階段，微處理器有8086、8088、80186、80286、M68000、Z8000。微型計算機(jī)代表產(chǎn)品是IBM-PC（CPU為8086）。本階段的頂峰產(chǎn)品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC／AT286(1986年)微型計算機(jī)。第四階段是從1983年開始為32位微型計算機(jī)的發(fā)展階段。微處理器相繼推出80386、80486。1993年，Intel公司推出了Pentium或稱P5（中文譯名為“奔騰”）的微處理器，它具有64位的內(nèi)部數(shù)據(jù)通道。由此可見，微型計算機(jī)的性能主要取決于它的核心器件——微處理器（CPU）的性能。計算機(jī)的發(fā)展第十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用12計算機(jī)的組成馮·諾依曼思想的核心要點(diǎn)是：1)計算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)由五大部件組成：運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。2)計算機(jī)中應(yīng)采用二進(jìn)制形式表示數(shù)據(jù)和指令。3)采用“存儲程序”和“程序控制”的工作方式。第十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用13計算機(jī)的組成計算機(jī)硬件系統(tǒng)均由運(yùn)算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備五大部分構(gòu)成。他們之間的邏輯關(guān)系如下圖所示:第十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用14下面分別簡述這五大部件的基本功能：1.運(yùn)算器又名“算術(shù)邏輯部件”，簡稱“邏輯部件ALU(ArithmaticLogicUnit)”。它是實現(xiàn)各種算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)行的實際執(zhí)行部件。算術(shù)運(yùn)算是指各種數(shù)值運(yùn)算；邏輯運(yùn)算則是指因果關(guān)系判斷的非數(shù)值運(yùn)算。運(yùn)算器的核心部件就是加法器和高速寄存器，前者用于實施運(yùn)算，后者用于存放參加運(yùn)算的各類數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果。計算機(jī)的組成第十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用152．控制器控制器是分析和執(zhí)行指令的部件，也是統(tǒng)一指揮和控制計算機(jī)各部件按時序協(xié)調(diào)操作的部件。計算機(jī)之所以能自動、連續(xù)地工作就是依靠控制器的統(tǒng)一指揮?？刂破髋c運(yùn)算器都集成在一塊超大規(guī)模的芯片中，形成整個計算機(jī)系統(tǒng)的核心，這就是我們常說的中央處理器－CPU（CentralProcessingUnit）,微型計算機(jī)的中央處理器又稱為微處理器。計算機(jī)的組成第十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用163．存儲器一般是指內(nèi)部存儲器，或稱“主存儲器”。內(nèi)部存儲器是計算機(jī)的記憶部件，用于存放正在運(yùn)行的程序及數(shù)據(jù)。內(nèi)部存儲器通常由許許多多的記憶單元組成，各種數(shù)據(jù)存放在這一個個存儲單元中，當(dāng)需要存入或取出時，可通過該數(shù)據(jù)所在單元的地址對該數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。內(nèi)部存儲器按其存儲信息的方式可以分為只讀存儲器ROM(ReadOnlyMemory)、隨機(jī)存儲器RAM(RandomAccessMemory)和高速緩沖存儲器Cache三種。計算機(jī)的組成第十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用174．輸入設(shè)備輸入設(shè)備是計算機(jī)用來接收外界信息的設(shè)備，人們利用它送入程序、數(shù)據(jù)和各種信息。輸入設(shè)備一般是由兩部分組成，即：輸入接口電路和輸入裝置。輸入接口電路是輸入設(shè)備中將輸入裝置(外設(shè)的一類)與主機(jī)相連的部件，如鍵盤、鼠標(biāo)接口，通常集成于計算機(jī)主板上。也就是說輸入裝置一般必須通過輸入接口電路掛接在計算機(jī)上才能使用。最常見的輸入設(shè)備當(dāng)然就是鍵盤和鼠標(biāo)。計算機(jī)的組成第十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用185．輸出設(shè)備輸出設(shè)備的功能與上面所介紹的“輸入設(shè)備”相反，它是將計算機(jī)處理后的信息或中間結(jié)果以某種人們可以識別的形式表示出來。輸出設(shè)備與輸入設(shè)備一樣，也包括兩個部分，即輸出接口電路和輸出裝置。輸出接口電路是用來連接計算機(jī)系統(tǒng)與外部輸出設(shè)備的，如顯卡是用來連接顯示器這樣一種輸出設(shè)備的，聲卡可以連接主機(jī)與音箱之類的輸出設(shè)備；打印機(jī)接口則是用來連接打印機(jī)與主機(jī)系統(tǒng)的。輸出裝置就是上面所說的顯示器、音箱、打印機(jī)、繪圖儀等。計算機(jī)的組成第十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用19計算機(jī)的基本工作原理指令和程序指令的兩個部份：操作碼操作數(shù)操作碼操作數(shù)第十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用20計算機(jī)的基本工作原理指令系統(tǒng)：數(shù)據(jù)傳輸指令數(shù)據(jù)處理指令程序控制指令輸入/輸出指令其它指令第二十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用213.計算機(jī)的工作原理計算機(jī)的工作過程是快速執(zhí)行指令的過程。指令的執(zhí)行過程：（1）取指令（2）分析指令（3）執(zhí)行指令（4）程序計數(shù)器加1或?qū)⑥D(zhuǎn)移地址碼送入程序計數(shù)器，返回（1）第二十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用22計算機(jī)發(fā)展的兩個主要方向要是計算機(jī)能放進(jìn)我的口袋里多好??！計算機(jī)能比現(xiàn)在的運(yùn)算速度快10000倍嗎？第二十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用23單片機(jī)

CPU

存儲器定時器/計數(shù)器

中斷系統(tǒng)P0-P3TxDRxD

TINT并行I/O口串行I/O口把CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器，以及輸入輸出（I/O）接口電路等計算機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上第二十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用24單片機(jī)的定義把CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器，以及輸入輸出（I/O）接口電路等計算機(jī)的主要部件集成在一塊芯片上。這樣組成芯片級的微型計算機(jī)直譯為單片微型計算機(jī)（Singlechipmicrocomputer）或單片機(jī)，在我國，我們習(xí)慣上稱其為單片機(jī)。單片機(jī)雖然只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具備微機(jī)系統(tǒng)的含義。更為準(zhǔn)確地反映單片機(jī)本質(zhì)的叫法應(yīng)是微控制器（Microcontroller,MCU）。根據(jù)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和微電子設(shè)計的特點(diǎn)，應(yīng)用系統(tǒng)中雖然往往以單片機(jī)為核心，但是它已完全融入應(yīng)用系統(tǒng)中，故而也有把單片機(jī)稱作嵌入式微控制器（EmbeddedMicrocontroller）。第二十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用25（單片機(jī)）嵌入式控制器“嵌入式系統(tǒng)”也有嚴(yán)格的定義和它的特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)的定義：嵌入到對象體系中的專用計算機(jī)系統(tǒng)。“嵌入式”、“專用性”、“計算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與定義不同，是由其定義的三個要素衍生出來的，不同形式的嵌入式其特點(diǎn)會有所不同。與“嵌入式”相關(guān)的特點(diǎn)：由于是嵌入到對象中，必須滿足對象系統(tǒng)對環(huán)境的要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣候環(huán)境（可靠）、成本（廉價）等要求。與“計算機(jī)系統(tǒng)”的相關(guān)特點(diǎn)：嵌入式系統(tǒng)必須能滿足對象系統(tǒng)要求的計算機(jī)系統(tǒng)。與以上兩特點(diǎn)相呼應(yīng)。與“專用性”相關(guān)的特點(diǎn)：軟、硬件的裁剪性，滿足對象系統(tǒng)要求的最小軟硬件系統(tǒng)。第二十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用26單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)＋接口電路及外設(shè)等＋軟件硬件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng):由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成硬件是應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)軟件是在硬件的基礎(chǔ)上對其資源進(jìn)行合理調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要求的任務(wù)，二者相互依賴，缺一不可第二十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用27單片機(jī)的發(fā)展過程原始階段1971年1月，INTEL公司的特德·霍夫在與日本商業(yè)通訊公司合作研制臺式計算器時，將原始方案的十幾個芯片壓縮成三個集成電路芯片。其中的兩個芯片分別用于存儲程序和數(shù)據(jù)，另一芯片集成了運(yùn)算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel4004）。第二十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用28單片機(jī)的發(fā)展過程發(fā)展階段Intel公司于1980年推出的增強(qiáng)型通用8位單片機(jī)系列產(chǎn)品，有8031/8032、8051/8052、8751/8752等型號。之后不久，Intel公司開放了MCS-51系列單片機(jī)的核心技術(shù)，加之51系列機(jī)已經(jīng)成為8位通用單片機(jī)的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，因此，許多著名的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家，如：Atmel、Philips、Cygnal、Dallas、Winboard等紛紛推出以80C51為內(nèi)核的各具特色、性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大的單片機(jī)，形成了龐大的8051系列單片機(jī)家族。第二十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用29單片機(jī)的發(fā)展過程單片機(jī)現(xiàn)狀單片機(jī)經(jīng)過約30年的發(fā)展，已經(jīng)形成有幾千種型號上百種品牌的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，對電子信息技術(shù)、工業(yè)控制技術(shù)、軍事技術(shù)的發(fā)展起到巨大的推動作用。目前主流的單片機(jī)：51內(nèi)核的系列單片機(jī)Microchip公司的PIC系列單片機(jī)Motorola公司的68系列TexasInstrument公司的MSP16bit系列單片機(jī)ARM內(nèi)核的32bit系列單片機(jī)第二十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用30MCS-51家族MCS51是什么？

MCS是Intel公司單片機(jī)的系列符號。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列單片機(jī)。MCS-51系列包括三個基本型8031、8051、8751，以及對應(yīng)的低功耗型號80C31、80C51、87C51，因而MCS-51特指Intel的這幾種型號。第三十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用31MCS-51家族在計算機(jī)領(lǐng)域，系列機(jī)是指同一廠家生產(chǎn)的具有相同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)器。20世紀(jì)80年代中期以后，Intel以專利轉(zhuǎn)讓的形式把8051內(nèi)核給了許多半導(dǎo)體廠家，如AMTEL、PHILIPS、ANANOGDEVICES、DALLAS等。這些廠家生產(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)與8051的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（只要是指令系統(tǒng)）相同，采用CMOS工藝，因而常用80C51系列來稱呼所有具有8051指令系統(tǒng)的單片機(jī)。他們對8051一般都作了一些擴(kuò)充，更有特點(diǎn)、功能更強(qiáng)、市場競爭力更強(qiáng)第三十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用32MCS-51家族Atmel公司的FLASH80C51單片機(jī)按程序存儲器的類型，ATMEL的8051系列可分為Flash、OTP和掩模ROM三種類型。其中，AT89c/89lp/89s系列等FLASH單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛。Philips公司的增強(qiáng)型80C51單片機(jī)

Philips公司的80C51單片機(jī)，從片內(nèi)資源、運(yùn)行速度、功率消耗到外形尺寸和封裝形式等多方面提升80C51。Cygnal公司的系統(tǒng)級C8051F系列單片機(jī)

Cygnal公司的C8051F系列單片機(jī)是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片SoC(systemonChip)，采用了與MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51內(nèi)核，大力提升了CISC（復(fù)雜指令集計算機(jī)）結(jié)構(gòu)運(yùn)行速度第三十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用33單片機(jī)的應(yīng)用軍事技術(shù)：通常在這些電子系統(tǒng)的集中顯示系統(tǒng)、動力監(jiān)測控制系統(tǒng)、自動駕馭系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)視器（黑匣子）都會用到單片機(jī)技術(shù)。第三十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用34單片機(jī)的應(yīng)用人工智能：工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)由中央控制器、感覺系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、擒拿系統(tǒng)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的單機(jī)或多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。而其中的每一個小系統(tǒng)（如數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)）都是由單片機(jī)進(jìn)行控制的。第三十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用35單片機(jī)的應(yīng)用工業(yè)控制：單片機(jī)的應(yīng)用為傳統(tǒng)的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)品“更新?lián)Q代”提供了非常理想的條件。目前各種變送器、電器測量儀表普遍采用單片機(jī)系統(tǒng)代替原來的測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)的各種功能如存儲、數(shù)據(jù)處理、查找、判斷、聯(lián)網(wǎng)和語音等功能得以實現(xiàn)。第三十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用36單片機(jī)的應(yīng)用電訊方面

消費(fèi)類電子產(chǎn)品第三十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用37組成：

CPU(進(jìn)行運(yùn)算、控制)RAM(數(shù)據(jù)存儲器)I/O口(串口、并口等)ROM(程序存儲器)PC機(jī)：上述部件以芯片形式安裝在主板上。單片機(jī)：上述部件被集成到單芯片中。通用PC包括：鍵盤、顯示器、鼠標(biāo)、硬/軟/光驅(qū)、音箱、打印機(jī)、掃描儀…等外設(shè)。單片機(jī)則只是一片集成電路。（……100、48、40、32、28、20、16、8條引腳）。小結(jié)：單片機(jī)與計算機(jī)之異同第三十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用38小結(jié)：單片機(jī)與計算機(jī)之異同功能：PC機(jī)：數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲、傳輸；單片機(jī)：控制（或受控于）外設(shè)。通用計算機(jī)擅長于數(shù)據(jù)運(yùn)算、采集、處理、存儲和傳輸；單片機(jī)的專長則是測控，往往嵌入某個儀器/設(shè)備/系統(tǒng)中，使其達(dá)到智能化的效果。第三十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用39小結(jié)：單片機(jī)與計算機(jī)之異同應(yīng)用特點(diǎn)：個人計算機(jī)（微機(jī)）：體積大，功耗大，價格高，用途較固定，屬通用計算機(jī)。易于學(xué)習(xí)掌握和使用，但用于控制時必須制作或購買專用的接口卡，并編制專門的應(yīng)用軟件。單片機(jī)：體積小，功耗小，價格低，用途靈活，無處不在，屬專用計算機(jī)。是一種特殊器件，需經(jīng)過專門學(xué)習(xí)方能掌握應(yīng)用，應(yīng)用中要設(shè)計專業(yè)的硬件和軟件。第三十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用40數(shù)的表示與運(yùn)算第四十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用41數(shù)的表示與運(yùn)算數(shù)值數(shù)據(jù)的表示1.數(shù)制及其轉(zhuǎn)換（1）計數(shù)符號與基數(shù)

每一種進(jìn)制都有固定數(shù)目的計數(shù)符號，基數(shù)是指某計數(shù)制中數(shù)字符號的個數(shù)，進(jìn)位規(guī)則是指何時向高一位進(jìn)位。

十進(jìn)制數(shù)：有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9共10個數(shù)字符號，基數(shù)是十，進(jìn)位規(guī)則是逢十進(jìn)一。二進(jìn)制：有0和1共2個數(shù)字符號，基數(shù)是二，進(jìn)位規(guī)則是逢二進(jìn)一。八進(jìn)制：有0、1、2、3、4、5、6、7共8個數(shù)字符號，基數(shù)是八，進(jìn)位規(guī)則是逢八進(jìn)一。十六進(jìn)制：有0~9，A，B，C，D，E，F(xiàn)共16個數(shù)字符號，基數(shù)是十六，進(jìn)位規(guī)則是逢十六進(jìn)一。第四十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用42數(shù)的表示與運(yùn)算（2）位權(quán)

處在不同位上的數(shù)字所代表的值不同，一個數(shù)字在某個固定位置上所代表的值是固定的，這個固定位上的值稱為位權(quán)或權(quán)值。位權(quán)與基數(shù)的關(guān)系是：各進(jìn)位制中位權(quán)的值恰巧是基數(shù)的若干次冪。因此，任何一種數(shù)制表示的數(shù)都可以寫成按位權(quán)展開的多項式之和。例如，下列數(shù)制的位權(quán)展開式：(56789)10=5×104+6×103+7×102+8×101+9×100(1011.11)2=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2(FDE.5)16=15×162+13×161+14×160+5×16-1

任意進(jìn)制數(shù)（用R表示）從小數(shù)點(diǎn)以左，每一位對應(yīng)的權(quán)值分別為R0、R1、R2、R3、R4、……；以小數(shù)點(diǎn)以右，每一位對應(yīng)的權(quán)值分別為R－1、R－2、R－3、……。第四十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用43數(shù)的表示與運(yùn)算(3)數(shù)制的表示方法為了區(qū)別各種計數(shù)制的數(shù)，通常采用在括號外面加下標(biāo)的方法或在數(shù)字后面加寫相應(yīng)的英文字母的方法來加以區(qū)分。二進(jìn)制數(shù)：用B（Binary）表示。如二進(jìn)制數(shù)1101可寫成1101B或(1101)2八進(jìn)制數(shù)：用O（Octal）表示。如八進(jìn)制數(shù)675可寫成675O或(675)8十進(jìn)制數(shù)：用D（Decimal）表示。如十進(jìn)制數(shù)291可寫成291D或(291)10十六進(jìn)制數(shù)：用H（Hexadecimal）表示。如十六進(jìn)制數(shù)FDE8可寫成FDE8H或（FDE8)16第四十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用44數(shù)的表示與運(yùn)算不同數(shù)制的相互轉(zhuǎn)換(1)非十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制將非十進(jìn)制數(shù)按“權(quán)”展開成多項式求和，整數(shù)和小數(shù)同時進(jìn)行，即得相應(yīng)結(jié)果。如二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制，將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，注意權(quán)是2的冪，最后求和，就得到了十進(jìn)制數(shù)；八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，將八進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，注意權(quán)是8的冪，最后求和；十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，將十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開，注意權(quán)是16的冪，最后求和，依次類推，這樣總能將任意進(jìn)制的數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)。第四十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用45數(shù)的表示與運(yùn)算【例】將二進(jìn)制數(shù)(11011.101)2、八進(jìn)制數(shù)(26.2)8和六進(jìn)制數(shù)(34DE.FC)16分別轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。(11011.101)2=1×24+1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=(27.625)10(26.2)8=2×81+6×80+2×8-1=(22.25)10(34DE.FC)16=3×163+4×162+13×161+14×160+15×16-1+12×16-2=(13534.9849)10第四十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用46數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成非十進(jìn)制將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為其他進(jìn)制數(shù)時，整數(shù)部分和小數(shù)部分需分別轉(zhuǎn)換，然后合并。①整數(shù)轉(zhuǎn)換：用“除R取余”法。注：R表示轉(zhuǎn)換結(jié)果為R進(jìn)制的數(shù)（如將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)R就為2，轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)R就為8，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)R就為16）。②小數(shù)轉(zhuǎn)換：用“乘R取整”法。注意：這種方法可能產(chǎn)生取不完的情況，也就是說一個十進(jìn)制數(shù)可能無法精確地轉(zhuǎn)換成R進(jìn)制數(shù)，這就是“存儲誤差”，可根據(jù)要求保留若干位第四十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用47數(shù)的表示與運(yùn)算【例】將(91.453)10轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)（取4位小數(shù)）。

得(91.453)10=(1011011.0111)2第四十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用48數(shù)的表示與運(yùn)算例：將十進(jìn)制數(shù)100.015轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)(小數(shù)保留前4位)解：100.015分成整數(shù)100和小數(shù)0.015，對整數(shù)進(jìn)行除8取余運(yùn)算：除式商余數(shù)

100/812412/8141/801根據(jù)從下往上的排列順序，整數(shù)部分的八進(jìn)制形式是144；第四十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用49數(shù)的表示與運(yùn)算對小數(shù)部分進(jìn)行乘8取整運(yùn)算：乘式積的小數(shù)部分積的整數(shù)部分

0.015*80.1200.12*80.9600.96*80.6870.68*80.445保留前4位小數(shù)，運(yùn)算結(jié)束，小數(shù)部分的八進(jìn)制形式是0.0075因此，十進(jìn)制數(shù)100.015的八進(jìn)制數(shù)是144.0075第四十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用50數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算（3）非十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非十進(jìn)制（二、八、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換）因為23=8，24=16，所以3位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位八進(jìn)制數(shù)，4位二進(jìn)制數(shù)對應(yīng)1位十六進(jìn)制數(shù)。因此在將任意二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為八、十六進(jìn)制數(shù)時，需以小數(shù)點(diǎn)為中心分別向兩邊進(jìn)行分組，轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)，每3位為一組，轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)，每4位為一組，不足位數(shù)補(bǔ)0，這樣就將一個二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成了八（或十六）進(jìn)制數(shù)；將八、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)時，過程正好相反，將每1位八進(jìn)制數(shù)表示為3位二進(jìn)制數(shù)或每1位十六進(jìn)制數(shù)表示為4位二進(jìn)制數(shù)即轉(zhuǎn)換成了二進(jìn)制數(shù)。第五十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用51數(shù)據(jù)的表示與運(yùn)算【例】將二進(jìn)制數(shù)(11101011100.1101)2分別轉(zhuǎn)換為八、十六進(jìn)制數(shù)。(11101011100.1101)2

=(011,101,011,100.110,100)2=(3534.64)8

(11101011100.1101)2

=(0111,0101,1100.1101)2=(75C.D)16

【例】將八進(jìn)制數(shù)

(732.54)8

，十六進(jìn)制數(shù)

(D397A.BC)16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。(732.54)8=(111011010.1011)2(D397A.BC)16=(11010011100101111010.101111)2第五十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用52數(shù)值數(shù)據(jù)的表示

通常數(shù)學(xué)中在一個數(shù)字的前面加上符號“+”或“-”來表示這個數(shù)是正數(shù)還是負(fù)數(shù)。而在計算機(jī)中“+”或“-”計算機(jī)無法識別，解決的辦法只能用數(shù)字化信息來表示數(shù)的正、負(fù)，規(guī)定將數(shù)的最高位設(shè)置為符號位，用“0”代表正號，用“1”代表負(fù)號。在計算機(jī)內(nèi)部，數(shù)字和符號都是用二進(jìn)制編碼表示的，兩者合在一起構(gòu)成數(shù)的機(jī)內(nèi)表示形式，稱為機(jī)器數(shù)，而把原來的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)的真值。第五十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用53（1）機(jī)器數(shù)在計算機(jī)中，通常用若干個二進(jìn)制位表示一個數(shù)或一條指令，把它們作為一個整體來處理、存儲和傳送。這種作為一個整體來處理的二進(jìn)制位串，稱為計算機(jī)字，表示數(shù)據(jù)的字稱為數(shù)據(jù)字，表示指令的字稱為指令字。計算機(jī)是以字為單位進(jìn)行處理、存儲和傳送的，所以運(yùn)算器中的加法器、累加器以及寄存器，都選擇與字長相同位數(shù)。字長一定，則計算機(jī)數(shù)據(jù)字所能表示的數(shù)的范圍也就確定了。例如使用8位字長計算機(jī)，它可表示無符號整數(shù)的最大值是(255)10=(11111111)2

。運(yùn)算時，若數(shù)值超出機(jī)器數(shù)所能表示的范圍，就會停止運(yùn)算和處理，這種現(xiàn)象稱為溢出。

數(shù)值數(shù)據(jù)的表示第五十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用54（2）定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)計算機(jī)中運(yùn)算的數(shù)，有整數(shù)，也有小數(shù)，如何確定小數(shù)點(diǎn)的位置呢？通常有兩種約定：一種是規(guī)定小數(shù)點(diǎn)的位置固定不變，這時機(jī)器數(shù)稱為定點(diǎn)數(shù)。另一種是小數(shù)點(diǎn)的位置可以浮動的，這時的機(jī)器數(shù)稱為浮點(diǎn)數(shù)。（3）原碼、反碼和補(bǔ)碼

計算機(jī)對有符號的數(shù)有三種表示方法：原碼、反碼和補(bǔ)碼。對正數(shù)這三種碼的形式都相同。

數(shù)值數(shù)據(jù)的表示第五十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用55①原碼用符號位來表示一個數(shù)的正負(fù)，數(shù)值部分按二進(jìn)制數(shù)表示。【例】X1=+1011010[X1]原=01011010X2=-1011010[X2]原=11011010X3=+0.101[X3]原=0.101X4=-0.101[X4]原=1.101

符號位用“0”表示正號，用“1”表示負(fù)號。數(shù)值數(shù)據(jù)的表示第五十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用56②反碼正數(shù)的反碼和原碼一樣。負(fù)數(shù)的反碼符號位為“1”，數(shù)值部分的數(shù)碼與原碼中的數(shù)碼相反，即“0”變?yōu)椤?”，“1”變?yōu)椤?”?！纠縓1=+1001010[X1]原=01001010[X1]反=01001010X2=-1001010[X2]原=11001010[X2]反=10110101數(shù)值數(shù)據(jù)的表示第五十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用57③補(bǔ)碼正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼就是它的反碼在末位加“1”。（+64）10的補(bǔ)碼01000000（-64）10的補(bǔ)碼11000000

總之，正數(shù)的原碼、反碼、補(bǔ)碼都相同，就是它的原碼；負(fù)數(shù)的原碼符號位取1，其余不變；負(fù)數(shù)的反碼符號位取1，其余部分求反；負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼就是它的反碼在末位加“1”?！纠慷M(jìn)制數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼+1011010010110100101101001011010-1011010110110101010010110100110

數(shù)值數(shù)據(jù)的表示第五十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用58BCD碼快速進(jìn)行十進(jìn)制數(shù)據(jù)與二進(jìn)制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。以4位二進(jìn)制數(shù)表示1位十進(jìn)制數(shù)最常用的BCD編碼，就是使用“0”至“9”這十個數(shù)值的二進(jìn)碼來表示。這種編碼方式，在中國大陸稱之為“8421碼”

0＝0000

1＝0001

2＝0010

3＝0011

4＝0100

5＝0101

6＝0110

7＝0111

8＝1000

9＝1001第五十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用59BCD碼舉個例子：十進(jìn)制數(shù)321的8421碼就是

001100100001第五十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用60數(shù)據(jù)的存儲(1)位（Bit）每一個能代表0和1的電子線路稱為一個二進(jìn)制位，是數(shù)據(jù)的最小單位。(2)字節(jié)（Byte）通常每8個二進(jìn)制位組成一個字節(jié)，字節(jié)是最基本的存儲單位。字節(jié)的容量一般用KB、MB、GB、TB來表示，它們之間的關(guān)系如下：1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB

第六十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用61（3）字（Word）在計算機(jī)中作為一個整體被存取、傳送、處理的二進(jìn)制數(shù)字串叫做一個字或單元，每個字中二進(jìn)制位數(shù)的長度，稱為字長。一個字由若干個字節(jié)組成，不同的計算機(jī)系統(tǒng)的字長是不同的，常見的有8位、16位、32位、64位等，字長越長，存放數(shù)的范圍越大，精度越高，字長是性能的一個重要指標(biāo)。（4）地址(Address)

為了便于存取，每個存儲單元必須有唯一的編號，這個編號就稱為地址，通過地址可以找到所需的存儲單元，取出或存入信息。數(shù)據(jù)的存儲第六十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用62字符數(shù)據(jù)的表示1．字符編碼EBCDIC碼：8bit表示一個字符Unicode碼：16bit表示一個字符ASCII碼：7bit表示一個字符目前國際上通用的字符編碼是ASCII碼，即美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換代碼。ASCII碼用七位二進(jìn)制數(shù)表示一個字符，可表示27共128個字符。包括：32個通用控制符、10個十進(jìn)制數(shù)字、52個大小寫英文字母和34個專用符號。在一個字節(jié)（8個Bit）中后七位用于表示字符的編碼，最高位為奇偶校驗位，一般作0看待。第六十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用632.漢字編碼

ASCII碼把數(shù)字、字母、符號用特定的七位二進(jìn)制數(shù)表示，同樣，要想處理漢字，也要對漢字進(jìn)行統(tǒng)一編碼，給每個漢字一個惟一的編碼。漢字?jǐn)?shù)量龐大，用一個字節(jié)無法區(qū)分，故漢字編碼采用2個字節(jié)。字符數(shù)據(jù)的表示第六十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用64

國標(biāo)漢字（GB2312-80）字符集構(gòu)成:字符數(shù)據(jù)的表示第六十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期三2023/6/10單片機(jī)原理與應(yīng)用65

在國標(biāo)碼中，全部國標(biāo)漢字與圖形符號組成一個