第1章单片微型计算机概述

1、第第1章章 单片微型计算机概述单片微型计算机概述 n1.1 单片微型计算机发展概况单片微型计算机发展概况 n1.2 微计算机系统概念微计算机系统概念 n1.3 单片机的特点单片机的特点 n1.4 计算机中的数和编码计算机中的数和编码 什么是单片机？什么是单片机？ 将构成计算机的五大组成将构成计算机的五大组成 部分集成在一个芯片上就构部分集成在一个芯片上就构 成单芯片微型计算机，简称成单芯片微型计算机，简称 单片机单片机 1.1 1.1 单片机及其发展应用单片机及其发展应用 1.1 单片微型计算机发展概况单片微型计算机发展概况 n单片机经历了一位、单片机经历了一位、4位、位、8位、位、16位及位

2、及32位的发位的发 展阶段，世界上一些著名的半导体器件厂家都开展阶段，世界上一些著名的半导体器件厂家都开 发了单片机如发了单片机如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。等。 n1974年，美国仙童（年，美国仙童（Fairchild）公司研制出世界）公司研制出世界 上第一台单片微型计算机。上第一台单片微型计算机。 n单片机的品种日益增加，在众多的通用型单片单片机的品种日益增加，在众多的通用型单片 机里，以机里，以Intel公司的公司的MCS系列单片机最为著名，系列单片机最为著名， 尤其是尤其是MCS-51系列。（系列。（8051） 返回本章首页 单片机的发展方向及具体表现单

3、片机的发展方向及具体表现 n大力发展综合控制功能；发展功能系列芯片；大力发展综合控制功能；发展功能系列芯片； 提高系统运行可靠性提高系统运行可靠性 nCPU功能增强，内部资源增多，引脚的多功能化，功能增强，内部资源增多，引脚的多功能化， 低电压和低功耗等。低电压和低功耗等。 n微型计算机是指由中央处理器、半导体存微型计算机是指由中央处理器、半导体存 储器、接口和中断系统等集装在同一块或储器、接口和中断系统等集装在同一块或 数块印刷电路板上所构成的计算机。数块印刷电路板上所构成的计算机。 n微型计算机通常包括以下几种：微型计算机通常包括以下几种： n单片微型计算机（单片微型计算机（Single

4、Chip Computer） n单板微型计算机（单板微型计算机（Singe Board Microcomputer） n多板微型计算机（多板微型计算机（Multiboard Microcomputer） 1.2 微计算机系统概念微计算机系统概念 图1-1 微处理器、微计算机和微计算机系统的关系 输入输入/输出外围设备（显示器、键盘、磁盘、磁带、打印机等）输出外围设备（显示器、键盘、磁盘、磁带、打印机等） 微计算机（微计算机（C） 微处理器（微处理器（P）算术逻辑部件（算术逻辑部件（ALU） （单片、单板）（单片、单板） 寄存器寄存器 控制电路控制电路 系统软件系统软件 系统总线系统总线地址总线

5、地址总线 存储器存储器 输入输入/输出电路输出电路 数据总线数据总线 控制总线控制总线 电源电源 ROM、PROM RAM 串行输入串行输入/输出接口输出接口 并行输入并行输入/输出接口输出接口 微微 计计 算算 机机 系系 统统 1.3 单片机的特点单片机的特点 n（1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价 比高。比高。 n（2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，）数据大都在单片机内部传送，运行速度快， 抗干扰能力强，可靠性高。抗干扰能力强，可靠性高。 n（3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。 n（4）应用广

6、泛，既可用于工业自动控制等场合，）应用广泛，既可用于工业自动控制等场合， 可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。 返回本章首页 1.4 计算机中的数和编码计算机中的数和编码 n1.4.1 计数制计数制 n1.4.2 二进制数（用二进制数（用B表示）表示） n1.4.3 十六进制数（用十六进制数（用H表示）表示） n1.4.4 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换 n1.4.5 数制书写约定数制书写约定 n1.4.6 计算机中数的表示计算机中数的表示 n1.4.7 计算机常用编码计算机常用编码 返回本章首页 1.4.1 计数制计数制 n日常生活中

7、广泛使用的数为十进制数，这是一种逢十进日常生活中广泛使用的数为十进制数，这是一种逢十进 一的计数方法。常用的数制还有二进制、八进制和十六一的计数方法。常用的数制还有二进制、八进制和十六 进制等。进制等。 n基数小于基数小于10的计数制，可用十进制相应的数码为它的数的计数制，可用十进制相应的数码为它的数 字符号。基数大于字符号。基数大于10的计数制，除的计数制，除09外，其余数码由外，其余数码由 英文字母英文字母ABCDEF等充当。等充当。 n一个数一般由多个数码组成。一个数一般由多个数码组成。 数码在数中的位置不同数码在数中的位置不同 ，其权也不同。，其权也不同。 返回本节 按进位原则进行计数

8、的方法, 称为进位计数制。十进制 数有两个主要特点: （1） 有 10 个不同的数字符号: 0、 1、 2、 、 9; （ 2 ） 低 位 向 高 位 进 位 的 规 律 是 “ 逢 十 进 一 ” 。 因此, 同一个数字符号在不同的数位所代表的数值是不 同的。如555.5中 4 个 5分别代表500、 50、 5 和 0.5, 这个数 可以写成555.5=5102+5101+5100+510-1 式中的10称为十进制的基数, 10、101、100、10-1称为各 数位的权。 任意一个十进制数N都可以表示成按权展开的多项式: i n mi i m m n n n n ddd dddN 1010

9、.10 10.1010 1 1 1 0 0 2 2 1 1 其中, di是09共10个数字中的任意一个, m是小数点右边 的位数, n是小数点左边的位数, i是数位的序数。例如, 543.21可 表示为 543.21=5102+4101+3100+210-1+110-2 一般而言, 对于用 R 进制表示的数 N , 可以按权展开为 i n mi i m m n n n n RaRaRa RaRaRaN 1 1 1 0 0 2 2 1 1 . . 式中, ai 是 0、1、 、 （R-1）中的任一个, m、 n是正整数, R是基数。在 R 进制中, 每个数字所表示的值是该数字与它 相应的权Ri的

10、乘积, 计数原则是“逢 R进一”。 1.4.2 二进制数（用二进制数（用B表示）表示） n以以2为基数的数制称为二进位计数制，它只包括为基数的数制称为二进位计数制，它只包括 0和和1两个数码，很容易用电子元件的两种不同两个数码，很容易用电子元件的两种不同 的状态来表示，例如，用高电平表示的状态来表示，例如，用高电平表示1，用低电，用低电 平表示平表示0。所以，计算机中通常采用二进制数。所以，计算机中通常采用二进制数。 n二进制数的计数特征：逢二进一，借一当二。二进制数的计数特征：逢二进一，借一当二。 n在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是 做移位加法

11、，除法则是移位减法。做移位加法，除法则是移位减法。 返回本节 1.4.3 十六进制数（用十六进制数（用H表示）表示） n为了书写和阅读方便，经常采用十六进制数作为了书写和阅读方便，经常采用十六进制数作 为二进制的缩写形式。十进制数、二进制数、为二进制的缩写形式。十进制数、二进制数、 十六进制数的对照表如表十六进制数的对照表如表1-1所示。所示。 n在计数时，逢十六进一，这样书写长度短，且在计数时，逢十六进一，这样书写长度短，且 可方便将十六进制数转换为二进制数或将二进可方便将十六进制数转换为二进制数或将二进 制数转换为十六进制数。制数转换为十六进制数。 表1-1 十进制数、二进制数、十 六进制

12、数对照表 返回本节 1.4.4 不同进制数之间的转换不同进制数之间的转换 n二进制转换为十进制二进制转换为十进制 基本方法：将二进制数按权展开式，利用十进制基本方法：将二进制数按权展开式，利用十进制 数的运算法则求和，即可得到等值的十进制数。数的运算法则求和，即可得到等值的十进制数。 n八进制或十六进制转换为十进制八进制或十六进制转换为十进制 按权展开（包括整数转换和小数部分转换）按权展开（包括整数转换和小数部分转换） n2十进制到二进制的转换十进制到二进制的转换 l l 十进制整数转换为二进制整数十进制整数转换为二进制整数 除基取余，倒余即得除基取余，倒余即得 。如（。如（25）=11001

13、B l l 十进制小数转换为二进制小数十进制小数转换为二进制小数 乘基取整，顺取即得乘基取整，顺取即得 。如。如0.3125=0.0101B l l 带小数的十进制数转换为二进制数带小数的十进制数转换为二进制数 分别转换，组合即得。分别转换，组合即得。如如25.3125=11001.0101B n将二进制数转换为十六进制数，从低位开始，每将二进制数转换为十六进制数，从低位开始，每 四位一组，然后将其转换为对应的十六进制数。四位一组，然后将其转换为对应的十六进制数。 如最后一组不足四位，需在左边补如最后一组不足四位，需在左边补0。 n用同样方法可将二进制小数转换为十六进制小数。用同样方法可将二进

14、制小数转换为十六进制小数。 只是分组应从小数点右边开始分成四位一组。只是分组应从小数点右边开始分成四位一组。 n十六进制数转换为二进制数，将每位十六进制数十六进制数转换为二进制数，将每位十六进制数 直接转换成相应的二进制数。直接转换成相应的二进制数。 返回本节 3二进制、十六进制之间的相互转换二进制、十六进制之间的相互转换 举例举例 n二进制转换成十六进制二进制转换成十六进制 四位合一法四位合一法:1110 0011.1001 0100B=E3.94H n十六进制转换成二进制十六进制转换成二进制 一分四位法一分四位法:3B.7AH=0011 1011.0111 1010B 十进制转换成十六进制

15、十进制转换成十六进制 n十进制整数转换成十六进制整数十进制整数转换成十六进制整数 方法方法:除基取余，倒余即得除基取余，倒余即得 (此时的基是此时的基是16) n十进制小数转换成十六进制小数十进制小数转换成十六进制小数 方法方法:乘基取整，顺取即得乘基取整，顺取即得 1.4.5 数制书写约定数制书写约定 n在书写计算机程序时，一般不用基数作为下标在书写计算机程序时，一般不用基数作为下标 来区分各种进制，而是用相应的英文字母作后来区分各种进制，而是用相应的英文字母作后 缀来表示各种进制的数。缀来表示各种进制的数。 例如：例如：B（Binary）表示二进制数。表示二进制数。 D（Decimal）表

16、示十进制数，一般表示十进制数，一般D可可 省略，即无后缀的数字为十进制数。省略，即无后缀的数字为十进制数。 H（Hexadecimal）表示十六进制数。表示十六进制数。 返回本节 (练习见课后习题练习见课后习题1-3，1-4) 1.4.6 计算机中数的表示计算机中数的表示 n微型计算机不仅要能处理无符号整数，还要能微型计算机不仅要能处理无符号整数，还要能 处理有符号数和小数。处理有符号数和小数。 n计算机中把计算机中把“”“”“”号数据化。号数据化。“0”表示表示 正号，正号，“1”表示负号。表示负号。 n把一个数及其符号在机器中的表示加以数字化把一个数及其符号在机器中的表示加以数字化 ，这样

17、的数称为机器数。，这样的数称为机器数。 n而把机器数所代表的数的实际值称为真值。而把机器数所代表的数的实际值称为真值。 1原码、反码和补码原码、反码和补码 l 原码：原码：在符号位中用在符号位中用0表示正、用表示正、用1表示负的二表示负的二 进制数，称为原码。进制数，称为原码。 例如，例如， x1=1110111B， x1原 原=01110111B x2=1110111B， x2原 原=11110111B 数数0可是可是0或或0。因此，。因此，0在原码中形式：在原码中形式： 0原 原=0000 0000B， ， 0原 原=1000 0000B l l 反码：反码：正数的反码正数的反码=原码；负

18、数的反码原码；负数的反码=原码原码 的符号位不变而数值按位取反。所谓按位取反，的符号位不变而数值按位取反。所谓按位取反， 即将各位的即将各位的1变成变成0，0变成变成1。 例如，例如，x1=13， x1反 反= 13原 原=0 0001101B 。 。 又如，又如，x2=13， x2原 原= 13原 原=1 0001101B， ， x2反 反= 13反 反=1 1110010B。 。 l 补码：补码：正数的补码正数的补码=原码；原码； 负数的补码负数的补码=反码反码1。 例如，例如， x1=1101101B， x1补 补=0 1101101B 。 。 又如，又如， x2=1101101B， x

19、2反 反=10010010B， ， x2补 补=10010011B。 。 在补码表示中，在补码表示中，“0”是唯一的。即是唯一的。即0补 补 =00000000B 举例举例 n3524？ 35补补=35原原=0010 0011B -24补补=-24反反+1=1110 1000B 35补补+-24补补=1 0000 1011B ，11 溢出溢出1，自然丢失，自然丢失 n3356=？ n2数的小数点表示方法数的小数点表示方法 l定点表示法：定点表示法：表示小数点的位置是固定不表示小数点的位置是固定不 变的。分为纯整数和纯小数两类。变的。分为纯整数和纯小数两类。 数符数符尾数尾数 纯整数表示方法纯整

20、数表示方法 纯小数表示方法纯小数表示方法 数符数符尾数尾数 其格式如下所示：其格式如下所示： 例如，定点纯整数例如，定点纯整数 N=0110 1011B，即即N=1101011B。 又如，定点纯小数又如，定点纯小数 N=0110 1011B，即即N=0.1101011B。 浮点表示法中小数点的位置是不固定的。任意二进制数N一般 可表示为： N=2PS 阶符阶 码数符尾 数 一个浮点数分为阶码和尾数两部分 : u浮点表示法 在微计算机中常用的浮点数表示有四字节和三字节两种表示方法。 (2）三字节浮点数格式 D7 D6 D5D0 第一字节 第二字节 第三字节 数符Sf阶符Pf 阶 码 尾 数 高

21、字 节 尾 数 低 字 节 D7 D6 D0 第一字节 第二字节 第三字节 第四字节 阶符Pf 阶 码 数符S f 尾 数 高 字 节 尾 数 中 字 节 尾 数 低 字 节 (1) 四字节浮点数格式: 第一步： 124.75D=1111100.11B,转换方法为：整数部分直接转换，小数 部分则乘2取整，得到上面结果。 第二步： 1111100.11B=1.11110011*26,计算方法为：将结果的小数点向 右移6次得到初值。注意：尾数的整数部分永远为1，因此不 予保存，但它是隐含的。 第三步： 尾数为11110011，指数为6，（整数部分不予保留）。 00000110 00000000 0000000011110011 (06 00 00 F3H) D7 D6 D0 第一字节 第二字节 第三字节 第四字节 阶符阶码 数符尾数高字节 尾数中字节 尾数低字节 1