第1章 单片微型计算机概述

第1章

单片微型计算机概述1.1单片微型计算机发展概况1.2微计算机系统概念1.3单片机的特点1.4计算机中的数和编码什么是单片机？

将构成计算机的五大组成部分集成在一个芯片上就构成单芯片微型计算机，简称单片机1.1单片机及其发展应用1.1单片微型计算机发展概况单片机经历了一位、4位、8位、16位及32位的发展阶段，世界上一些著名的半导体器件厂家都开发了单片机如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。1974年，美国仙童（Fairchild）公司研制出世界上第一台单片微型计算机Ｆ８。单片机的品种日益增加，在众多的通用型单片机里，以Intel公司的MCS系列单片机最为著名，尤其是MCS-51系列。（8051）返回本章首页单片机的发展方向及具体表现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CPU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。微型计算机是指由中央处理器ＣＰＵ、半导体存储器、Ｉ／Ｏ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。微型计算机通常包括以下几种：单片微型计算机（SingleChipComputer）单板微型计算机（SingeBoardMicrocomputer）多板微型计算机（MultiboardMicrocomputer）1.2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/输出外围设备（显示器、键盘、磁盘、磁带、打印机等）

微计算机（μC）微处理器（μP）算术逻辑部件（ALU）（单片、单板）

寄存器

控制电路

系统软件

系统总线地址总线

存储器输入/输出电路

数据总线

控制总线电源ROM、PROM

RAM

串行输入/输出接口并行输入/输出接口微计算机系统1.3单片机的特点（1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。（2）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。（3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。（4）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。返回本章首页1.4计算机中的数和编码1.4.1计数制 1.4.2二进制数（用B表示）1.4.3十六进制数（用H表示）1.4.4不同进制数之间的转换1.4.5数制书写约定1.4.6计算机中数的表示1.4.7计算机常用编码返回本章首页1.4.1计数制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、八进制和十六进制等。基数小于10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10的计数制，除0~9外，其余数码由英文字母ABCDEF等充当。一个数一般由多个数码组成。数码在数中的位置不同，其权也不同。返回本节按进位原则进行计数的方法,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=5×102+5×101+5×100+5×10-1

式中的10称为十进制的基数,10２、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:其中,di是0～9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=5×102+4×101+3×100+2×10-1+1×10-2

一般而言,对于用R进制表示的数N,可以按权展开为式中,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的乘积,计数原则是“逢R进一”。1.4.2二进制数（用B表示）以2为基数的数制称为二进位计数制，它只包括0和1两个数码，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1，用低电平表示0。所以，计算机中通常采用二进制数。二进制数的计数特征：逢二进一，借一当二。在加、减、乘、除四则运算中，乘法实质上是做移位加法，除法则是移位减法。返回本节1.4.3十六进制数（用H表示）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、十六进制数的对照表如表1-1所示。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、十六进制数对照表返回本节1.4.4不同进制数之间的转换二进制转换为十进制基本方法：将二进制数按权展开式，利用十进制数的运算法则求和，即可得到等值的十进制数。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）2．十进制到二进制的转换l

十进制整数转换为二进制整数 除基取余，倒余即得。如（25）=11001Bl

十进制小数转换为二进制小数 乘基取整，顺取即得。如0.3125=0.0101Bl

带小数的十进制数转换为二进制数

分别转换，组合即得。如25.3125=11001.0101B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。如最后一组不足四位，需在左边补0。用同样方法可将二进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。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。返回本节3．二进制、十六进制之间的相互转换举例二进制转换成十六进制四位合一法:11100011.10010100B=E3.94H十六进制转换成二进制一分四位法:3B.7AH=00111011.01111010B十进制转换成十六进制十进制整数转换成十六进制整数方法:除基取余，倒余即得

(此时的基是16)十进制小数转换成十六进制小数方法:乘基取整，顺取即得

1.4.5数制书写约定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缀来表示各种进制的数。例如：B（Binary）——表示二进制数。

D（Decimal）——表示十进制数，一般D可省略，即无后缀的数字为十进制数。

H（Hexadecimal）——表示十六进制数。返回本节(练习见课后习题1-3，1-4)1.4.6计算机中数的表示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。计算机中把“＋”“－”号数据化。“0”表示正号，“1”表示负号。把一个数及其符号在机器中的表示加以数字化，这样的数称为机器数。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l

原码：在符号位中用0表示正、用1表示负的二进制数，称为原码。例如，x1=＋1110111B，[x1]原=01110111Bx2=－1110111B，[x2]原=11110111B

数0可是＋0或－0。因此，0在原码中形式：[＋0]原=00000000B，[－0]原=10000000Bl反码：正数的反码=原码；负数的反码=原码的符号位不变而数值按位取反。所谓按位取反，即将各位的1变成0，0变成1。例如，x1=＋13，[x1]反=[＋13]原=00001101B。又如，x2=－13，[x2]原=[－13]原=10001101B，[x2]反=[－13]反=11110010B。补码：正数的补码=原码；负数的补码=反码＋1。例如，x1=＋1101101B，[x1]补=01101101B。又如，x2=－1101101B，[x2]反=10010010B，[x2]补=10010011B。在补码表示中，“0”是唯一的。即[±0]补=00000000B举例35－24＝？[35]补=[35]原=00100011B[-24]补=[-24]反+1=11101000B[35]补+[-24]补=100001011B，11溢出1，自然丢失33－56=？

2．数的小数点表示方法

l

定点表示法：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。数符尾数·纯整数表示方法纯小数表示方法数符·尾数其格式如下所示：例如，定点纯整数N=01101011B，即N=1101011B。又如，定点纯小数N=01101011B，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=2P×S阶符阶码数符尾数一个浮点数分为阶码和尾数两部分

: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

D7D6D5……D0第一字节第二字节第三字节数符Sf阶符Pf阶码

尾数高字节尾数低字节

D7D6……D0第一字节第二字节第三字节第四字节阶符Pf阶码

数符Sf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

00000000

11110011

(06

00

00F3H)

D7D6……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

1.4.7计算机常用编码常见的编码有BCD码、ASCII码等。1．二—十进制编码是一种用二进制编码的十进制数，称BCD码。BCD码用标准的8421的纯二进制码的十六个状态中的十个（如表1-2所示）。用BCD码表示十进制数，只要将每位十进制数用适当的四位二进制码代替即可。表1-2BCD编码2．字母和符号的编码微机普遍采用的是ASCII码（如表1-3所示）。ASCII码是一种八位代码，最高位一般用于奇偶校验，其余七位二进制码对128个字符进行编码。表1-3ASCII(美国标准信息交换码)表返回本节0

空

1

头标开始

2

正文开始

3

正文结束

4

传输结束

5

查询

6

确认

7

震铃

8

b