第一章廣東海洋大學(xué)單片機課件.ppt

1、1.1 數(shù)制 數(shù)制是人們利用符號來記數(shù)的科學(xué)方法，計算機科學(xué)中經(jīng)常使用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。 （1）十進(jìn)制(decimal system):有十個數(shù)碼09、逢十進(jìn)一。 十進(jìn)制是人們最熟悉的計數(shù)體制。 （2）二進(jìn)制(binary system):兩個數(shù)碼:0、1, 逢二進(jìn)一。 二進(jìn)制為計算機中的數(shù)據(jù)表示形式。 （3）八進(jìn)制(octave system)有八個數(shù)碼07、逢八進(jìn)一。 （4）十六進(jìn)制(hexadecimal system)十六個數(shù)碼:09, AF, 逢十六進(jìn)一。 不同進(jìn)位制數(shù)以下標(biāo)或后綴區(qū)別,十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo)。 如:101、101D、101B、101O、101H,

2、基與權(quán) 基：數(shù)制所使用的數(shù)碼的個數(shù) 權(quán)：數(shù)制每一位所具有的值 十進(jìn)制:使用的數(shù)碼為0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共有10個，它的基為10。十進(jìn)制各位的權(quán)是以10為底的冪。,一個十進(jìn)制數(shù)可以用它的按權(quán)展開表達(dá)式為： 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1,二進(jìn)制數(shù)的展開： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3 十六進(jìn)制數(shù)的展開： DFC.8H =13162+15161+12160+816-1,計數(shù)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換,r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),按照公式展開求和,例1. 分別把二進(jìn)制數(shù)1011.1010和十六進(jìn)制數(shù)DFC.8用十進(jìn)制表示

3、,1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625 DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制數(shù),整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換,1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法 “除基取余”：整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個余數(shù)，從低位排向高位。,2.小數(shù)轉(zhuǎn)換法 “乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。,39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （

4、 b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 208 = D0H 16 208 0 16 13 13 = DH 0,0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 0.625 2 1.25 1 (b-1) 0.25 2 0.50 0 (b-2) 0.50 2 1.00 1 (b-3) 所以0.625 = 0.101B,例2. 分別把十進(jìn)制3580.5表示為二進(jìn)制和十六進(jìn)制。,3580.5=110111111100.1B,3580.5=DFC.8H,二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換,從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時，從小數(shù)點位置開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每四位二進(jìn)制數(shù)為一組用

5、一位十六進(jìn)制的數(shù)字來表示，不足四位的用0補足，就是相應(yīng)十六進(jìn)制的表示。 從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制時，從小數(shù)點位置開始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每三位二進(jìn)制數(shù)為一組用一位八進(jìn)制的數(shù)字來表示，不足三位的用0補足，就是相應(yīng)八進(jìn)制的表示。,合三為一,合四為一,反之,拆一為四 或 拆一為三,3580.5=1101 1111 1100.1000B,3580.5=DFC.8H,計算機內(nèi)部采用二進(jìn)制的原因 計算機作為一種電子計算工具，是由大量的電子器件組成的，而具有兩種不同穩(wěn)定狀態(tài)的元件是容易實現(xiàn)的，電路通常也是有兩種穩(wěn)態(tài)，只要規(guī)定一種狀態(tài)表示1，另一種狀態(tài)表示0，就可以表示二進(jìn)制數(shù)。這樣，數(shù)碼的存儲、分析和

6、傳輸，就可以用最簡單而可靠的方式進(jìn)行。,采用十六進(jìn)制的原因:簡化書寫，便于記憶。,1.2 計算機中數(shù)的表示方法,定點數(shù) 和 浮點數(shù),在計算機中，小數(shù)和整數(shù)都是以二進(jìn)制形式表示的，但對于小數(shù)點通常有定點和浮點兩種表示。,定點數(shù)：小數(shù)點位置固定不變的,浮點數(shù)：小數(shù)點不是固定的。,定點整數(shù)：小數(shù)點固定在數(shù)值位之后，大多數(shù)計算機都采用定點整數(shù)法，MCS-51也是定點計算機。 因此：MCS-51只能對二進(jìn)制整數(shù)進(jìn)行直接運算和處理，它在遇到二進(jìn)制小數(shù)時，必須把該小數(shù)按比例擴大成二進(jìn)制整數(shù)后進(jìn)行處理，并在處理完畢后再按照同樣比例縮小后進(jìn)行輸出。,浮點數(shù),一個浮點數(shù)N兩個數(shù)P和S來表示：N = S bP。b為

7、記數(shù)系統(tǒng)的基，S為尾數(shù)，P為指數(shù)，如果S的第一位是非0，則S稱為規(guī)格化的。,單片機浮點數(shù)表示： 二進(jìn)制浮點數(shù) 十進(jìn)制浮點數(shù),一.二進(jìn)制浮點數(shù)（基為2） 用三個字節(jié)表示，第一個字節(jié)的最高位為符號位，其余七位為階碼（補碼形式），第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié)，第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)，尾數(shù)用雙字節(jié)純小數(shù)（原碼）來表示。當(dāng)尾數(shù)的最高位為時，便稱為規(guī)格化浮點數(shù)，簡稱操作數(shù)。 -6.000 二進(jìn)制浮點數(shù)表示為 1100000 0000 00000.110 0000 0000 000023 階碼為3，尾數(shù)1100 0000 0000 0000 83C000H,二十進(jìn)制浮點數(shù)（基為10） 用三個字節(jié)表示，第一個字節(jié)的

8、最高位為數(shù)符，其余七位為階碼（二進(jìn)制補碼形式），第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié)，第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)，尾數(shù)用雙字節(jié)碼純小數(shù)（原碼）來表示。 當(dāng)十進(jìn)制數(shù)的絕對值大于時，階碼就等于整數(shù)部分的位數(shù)，如 876.5 的階碼是03H；當(dāng)十進(jìn)制數(shù)的絕對值小于1 時，階碼就等于 80H 減去小數(shù)點后面零的個數(shù)，例如 0.00382 的階碼是 7EH。,0.003820.38210-2 階碼為-2 尾數(shù)為3820 則十進(jìn)制浮點數(shù)表示為 FE 38 20,876.5 表示為十進(jìn)制浮點數(shù)為 876.50.8765103 階碼為3 尾數(shù)為8765 則十進(jìn)制浮點數(shù)為 03 87 65,編碼方案：原碼、反碼、補碼。 ASCI

9、I碼 BCD碼,1.3 計算機中數(shù)的表示形式,1、原碼 原碼：用最高位表示符號，其中：0-正、1-負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對值。,【例】有符號數(shù)的原碼表示。 X=45=00101101B X原= 00101101B X=-45, X原=10101101B,0的表示形式（8位） +0原=00000000 -0原=10000000,特點 A、原碼與真值的對應(yīng)關(guān)系簡單。 B、0的編碼不唯一，處理運算不方便。 C、8位二進(jìn)制數(shù)，原碼可表示的范圍：+127-127,2、反碼 正數(shù)的反碼與原碼相同，符號位用0表示，數(shù)值位值不變。 負(fù)數(shù)的反碼符號位用1表示, 數(shù)值位由原碼數(shù)值位按位取反形成，即0變1、1變0。

10、 【例】有符號數(shù)的反碼表示。 X=45=00101101B, X反=00101101B X=-45, X反=11010010B A、0的表示有兩種形式（8位） +0反 = 0000 0000 -0反 = 1111 1111 B、8位二進(jìn)制數(shù)，反碼可表示的范圍：+127-127,3、補碼 正數(shù)的補碼和原碼相同。 負(fù)數(shù)的補碼=反碼+1。 【例】有符號數(shù)的補碼表示。 X=45=00101101B X補=00101101B X=-45 X補=11010011B,注： A、0補=+0補=-0補=00000000 B、8位二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)值范圍是：+127-128 C、知道補碼求原碼：X補補 = X原,例

11、：用補碼進(jìn)行下列運算 已知X=+18 Y=-15，求X+Y X+Y補=X補+Y補,解 0001 0010B +18補 + 1111 0001B -15補 10000 0011B +3補 符號位的進(jìn)位，舍棄,減法運算變?yōu)榧臃ㄟ\算，減去一個數(shù)等于加上這個數(shù)的補碼,已知X=+6、 Y=25，求X-Y X-Y補=X補+-Y補,解 0000 0110B +6補 + 1110 0111B -25補 1110 1101B -19補,溢出問題,運算結(jié)果超出了所能表示的數(shù)據(jù)范圍，就會產(chǎn)生溢出。,溢出檢測方法,單符號位檢測法,2.最高有效位產(chǎn)生進(jìn)位而符號位無進(jìn)位時，發(fā)生上溢。,最高有效位無進(jìn)位而符號位產(chǎn)生進(jìn)位時，

12、發(fā)生下溢。,最高有效位的進(jìn)位與符號位的進(jìn)位值相異時發(fā)生溢出。,1.同符號數(shù)相加，運算結(jié)果符號與加數(shù)符號相異，發(fā)生溢出。,雙符號位檢測法（變形補碼）,運算結(jié)果的兩符號位相異時發(fā)生溢出。,1 0 1 0 1 1 0 1 + 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0,1 0 1 0 1 1 0 1 + 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0,沒有溢出,溢出,數(shù)的表示方法,PS：計算機里的有符號數(shù)都是以補碼的形式來表示 的，引入原碼和反碼的概念只是加深大家對補碼的 理解。,常用的字符編碼方式為美國標(biāo)準(zhǔn)信息交換（American Standard C

13、ard for Information Interchange，ASCII碼）。 標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)編碼，共有128個。 計算機存儲器基本單位為8位，ASCII碼的最高位通常為0，通信時，最高位用作奇偶校驗位。 ASCII碼表中的前33個和最后1個編碼是不能顯示的控制字符，用于表示某種操作。 ASCII碼表中20H后的94個編碼是可顯示和打印的字符，其中包括數(shù)碼09，英文字母，標(biāo)點符號等。,2、ASCII碼,高位b6b5b4,低位b3b2b1b0,7位ASCII碼編碼表,3、BCD碼 雖然二進(jìn)制數(shù)實現(xiàn)容易,但不符合人們的使用習(xí)慣,且書寫閱讀不方便，所以在計算機輸入輸出時通常還是采用

14、十進(jìn)制來表示數(shù)，這就需要實現(xiàn)十進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。為了轉(zhuǎn)換方便,常采用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制,簡稱為BCD碼。,BCD碼是一種用4位二進(jìn)制數(shù)字來表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼，也成為二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)（Binary Code Decimal），簡稱BCD碼。下表示出了十進(jìn)制數(shù)0-9的BCD碼。,表 十進(jìn)制數(shù)字的8421BCD碼,BCD碼有兩種格式： （1）壓縮BCD碼格式，也叫組合式BCD碼 用4個二進(jìn)制位表示一個十進(jìn)制位，就是用0000B-1001B來表示十進(jìn)制數(shù)0-8。 例如：十進(jìn)制數(shù)4256的壓縮BCD碼表示為：0100 0010 0101 0110 B (即4256H) （2）非壓縮BC

15、D碼格式，也叫分離式BCD碼 用8個二進(jìn)制位表示一個十進(jìn)制位，其中，高四位無意義，我們一般用xxxx表示，低四位和壓縮BCD碼相同。,例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮BCD碼表示為： xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 有時，要求非壓縮BCD碼的高4位為0，這時，4256（10）的非壓縮BCD碼為04020506H。,1.4.2 漢字的編碼,國標(biāo)碼（GB 2312）,國標(biāo)碼共收集6763個漢字，還收集有202個一般字符，序號，數(shù)字等，共7445個圖形字符。 7445個圖形采用14位二進(jìn)制來編碼，14位中的高7位占一個字節(jié)（最高位不用），為第一字節(jié)；低7位占

16、一個字節(jié)（最高位不用），為第二字節(jié)。采用4位十六進(jìn)制數(shù)來表示一個漢字。,2. 區(qū)位碼及其向國標(biāo)碼的替換,區(qū)位碼和國標(biāo)碼的區(qū)別不大，共用一張編碼表，用4位十進(jìn)制區(qū)號和位來表示一個漢字。,1.4.3 校驗碼編碼,在計算機中信息的傳遞或存儲常常由于某種干擾而發(fā)生錯誤，為了確保信息的可靠性，希望能對存儲器中讀出的信息或接收端收到的信息自動作出判斷，并加以糾錯。因此，引入了對校驗碼的編碼和解碼問題。 校驗碼編碼發(fā)生在信息發(fā)送之前，校驗碼解碼發(fā)生在信息被接收后進(jìn)行。校驗位的位數(shù)越多，其查錯和糾錯能力越強。,奇偶校驗碼編碼,只有一個校驗位。 奇校驗：編碼后的校驗碼中1的個數(shù)（包括有效信息位和奇校驗位）保持為

17、奇數(shù)； 偶校驗：編碼后的校驗碼中1的個數(shù)（包括有效信息位和奇校驗位）保持為偶數(shù)；,奇校驗位 有效信息 1 100 0001 0 100 0011,發(fā)送：校驗位的狀態(tài)由發(fā)送端的奇偶校驗電路自動根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息中1的個數(shù)來確定 接收：接收端只要判斷每個字節(jié)是否有奇數(shù)個1（包括奇偶校驗位）就可以知道信息在傳輸?shù)倪^程中是否出錯。,2 海明碼編碼,海明碼即能發(fā)現(xiàn)錯誤又能糾正錯誤的校驗碼。,校驗位的位數(shù),n為有效信息的位數(shù)，k為校驗位位數(shù)，n和k要滿足關(guān)系：,海明碼結(jié)構(gòu),編碼中規(guī)定：位號等于2的權(quán)值的那些位（即第1、2、4、8等位）均可以作為校驗位，并命名為P1、P2、P3、P4，余下的為有效信息位。,

18、海明碼位號,第i位由校驗位位號之和等于i的那些校驗位所校驗,P1（1）：負(fù)責(zé)3、5、7、9、11位的校驗 P2（2）：負(fù)責(zé)3、6、7、10、11位的校驗 P3（4）：負(fù)責(zé)5、6、7位的校驗 P4（8）：負(fù)責(zé)9、10、11位的校驗,海明碼的編碼原理（采用偶校驗）,在發(fā)送端，根據(jù)有效信息位確定P1、P2、P3、P4的值，并填入對應(yīng)海明碼的碼位上 例如：62H（1100010B）,P1：3、5、7、9、11位對應(yīng)為11000，偶校驗結(jié)果為0 P2：3、6、7、10、11位對應(yīng)為10010，偶校驗結(jié)果為0 P3：5、6、7位對應(yīng)為100，偶校驗結(jié)果為1 P4：9、10、11位對應(yīng)為010，偶校驗結(jié)果為1 最中海明碼為00111001010B,海明碼的解碼和糾錯,有四個校驗位則分四組校驗，每組產(chǎn)生一位檢錯信息，四組共四位檢錯信息，構(gòu)成一個錯誤字E4E3E2E1,E1：1、3、5、7、9、11位，進(jìn)行偶校驗 E2：2、3、6、7、10、11位，進(jìn)行偶校驗 E3：4、5