1、第1章 單片機基礎(chǔ)知識,教學(xué)目標(biāo) 1.1 單片機概述 1.2 數(shù)的表示方法及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換 1.3 二進(jìn)制的運算 1.4 微機的碼制與編碼 本章小結(jié) 思考題與習(xí)題,教學(xué)目標(biāo),通過本章教學(xué)，要求學(xué)生達(dá)到以下目標(biāo)： 1. 一般性的了解從微機單片機AT89C51的 發(fā)展概況，單片機技術(shù)未來發(fā)展趨勢以及單 片機廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域。 2. 建立二進(jìn)制和十六進(jìn)制的概念。學(xué)會二進(jìn)制、 十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換的方法，熟記 016之間二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的對 應(yīng)關(guān)系及相互轉(zhuǎn)換。,3. 熟悉二進(jìn)制和十六進(jìn)制數(shù)的算術(shù)運算及邏輯運算方法。 4. 了解二進(jìn)制數(shù)原碼、反碼和補碼的表示方法。 5. 了解BCD碼的編碼方

2、法、轉(zhuǎn)換關(guān)系和加減法運算時出錯修正的原因、條件和方法。 6. 了解ASCII碼和查表換算方法。,1.1 單片機概述,1.1.1 電子計算機的問世及其經(jīng)典結(jié)構(gòu),1946年2月15日，第一臺電子數(shù)字計算機問世，標(biāo)志著計算機時代的到來。,ENIAC,開創(chuàng)了計算機科學(xué)技術(shù)新紀(jì)元，對人類生產(chǎn)和生活方式產(chǎn)生了巨大的影響 。,馮諾依曼提出“程序存儲”和“二進(jìn)制運算”的思想，構(gòu)建了計算機經(jīng)典結(jié)構(gòu)，如圖1.1所示。,圖1.1 計算機經(jīng)典結(jié)構(gòu)示意圖,1.1.2 計算機經(jīng)歷的五個時代,(1) 電子管計算機 (2) 晶體管計算機 (3) 集成電路計算機 (4) 大規(guī)模集成電路計算機 (5) 超大規(guī)模集成電路計算機,結(jié)

3、構(gòu)仍然沒有突破馮諾依曼提出的計算機的經(jīng)典結(jié)構(gòu)框架,1.1.3 微機的組成及其應(yīng)用形態(tài),1. 微機的組成,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)，另一芯片集成了運算器和控制器及一些寄存器，稱為微處理器（即Intel 4004）。,圖1.2 4004微處理器,微處理器、存儲器加上I/O接口電路組成微型計算機。如圖1.3,圖1.3 微型計算機的組成框圖,2. 微型計算機的應(yīng)用形態(tài) 可以分為以下3種：,(1) 多板機（系統(tǒng)機） 工業(yè)PC機 也屬于多板機。,(2) 單板機,(3)

4、 單片機: 集成了CPU、 存儲器、I/O接口電路的單芯片微型計算機。,圖1.4 單板機,3. 三種應(yīng)用形態(tài)的比較,b)單板機,c) 單片機,a)系統(tǒng)機（多板機）,圖1.5 微機的三種應(yīng)用形態(tài),1)系統(tǒng)機（桌面應(yīng)用）屬于通用計算機，主要用于數(shù)據(jù)處理、辦公自動化及輔助設(shè)計。,2)單片機（嵌入式應(yīng)用）屬于專用計算機，主要用于智能儀表及傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍事電子設(shè)備等系統(tǒng)。,單片機體積小、價格低、可靠性高，其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對于滿足嵌入式應(yīng)用需求具有獨特的優(yōu)勢。,1.1.4 單片機的發(fā)展?fàn)顩r,1. 單片機的發(fā)展過程,(1) 單芯片微機形成階段 1976年，Intel公司推出了

5、MCS-48系列單片機 。8位CPU、1K字節(jié)ROM、64字節(jié)RAM、27根I/O線和1個8位定時/計數(shù)器。,特點：存儲器容量小，尋址范圍?。ú淮笥?K），無串行接口，指令系統(tǒng) 功能不強。,CHMOS(互補金屬氧化物HMOS)是CMOS和HMOS(高密度溝道MOS工藝)的結(jié)合,除了保持HMOS高速度和高密度之外,還有CMOS低功耗的特點.兩類器件的功能是完全兼容的,區(qū)別在CHMOS器件具有低功耗的特點.它所消耗的電流比HMOS器件少很多,主要在于其采用了兩種降低功耗的方式:空閑方式和掉電方式.CHMOS器件在掉電方式(CPU停止工作,片內(nèi)RAM的數(shù)據(jù)繼續(xù)保持)下時,消耗的電流可低于10A.采用

6、CHMOS的器件在編號中用一個C來加以區(qū)別:如80C51,80C31即為CHMOS芯片等.,目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機的主要發(fā)展趨勢。 CMOS化 近年，由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)小，大大地促進(jìn)了單片機的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片的原因。因為單片機芯片多數(shù)是采用CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點是低功耗、高密度、低速度、低價格。

7、采用雙極型半導(dǎo)體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達(dá)到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而，在單片機領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。,縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： 1.低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝

8、)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。 2.微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定,單片機的發(fā)展趨勢1制作工藝CMOS化(全盤CMOS化)出于對低功耗的普遍要求，目前各大廠商推出的各類單片機產(chǎn)品都采用了CHMOS工藝。

9、80C51系列單片機采用兩種半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。一種是HMOS工藝,即高密度短溝道MOS工藝。另外一種是CHMOS工藝，即互補金屬氧化物的HMOS工藝。CHMOS是CMOS和HMOS的結(jié)合，除保持了HMOS的高速度和高密度的特點之外，還具有CMOS低功耗的特點。例如8051的功耗為630mw，而80C51的功耗只有120mw。在便攜式、手提式或野外作業(yè)儀器設(shè)備上低功耗是非常有意義的。因此，在這些產(chǎn)品中必須使用CHMOS的單片機芯片。2盡量實現(xiàn)單片化盡管我們常說，單片機是將中央處理器CPU、存儲器和I/O接口電路等主要功能部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機，但由于工藝和其它方面的原因，很多功能

10、部件并未集成在單片機芯片內(nèi)部。于是，用戶通常的做法是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的需要在外圍擴展功能芯片。隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展和“以人為本”思想在單片機設(shè)計上的體現(xiàn)，很多單片機生產(chǎn)廠家充分考慮到用戶的需求，將一些常用的功能部件，如A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)、D/A(數(shù)/模轉(zhuǎn)換器)、PWM(脈沖產(chǎn)生器)以及LCD(液晶)驅(qū)動器等集成到芯片內(nèi)部，盡量做到單片化；同時，用戶還可以提出要求，由廠家量身定作(SOC設(shè)計)或自行設(shè)計。,3共性與個性共存如今的市場上為我們提供了豐富多彩的單片機產(chǎn)品。從宏觀上講，有RISC和CISC兩大類型；從微觀上說，有Intel、Motorola、Philips、Microchip、E

11、MC、NEC等公司的相關(guān)產(chǎn)品。在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)，都將維持這種群雄并起、共性與個性共存的局面。究其原因，主要有以下兩點。首先，以80C51為代表的單片機的基礎(chǔ)地位不會動搖。這是因為80C51的架構(gòu)和指令系統(tǒng)為后來的單片機提供了參考基準(zhǔn)和強大支持，凡是學(xué)過80C51單片機的人再去學(xué)用其它類型的單片機易如反掌，借梯子爬坡何樂而不為呢？有關(guān)這方面的教材建設(shè)在出版界也得到了共識，取得了斐然的成果；這足以解釋為制么在課堂上大家都以80C51的教材來進(jìn)行教與學(xué)了。其次，個性化的產(chǎn)品如專用單片機等在滿足用戶需求方面得到了大家的認(rèn)可，在應(yīng)用領(lǐng)域大有后來趕上的架勢；它們由于先天的優(yōu)勢，在80C51的基礎(chǔ)上揚長

12、避短，以用戶需要為根本，在市場上受到丁歡迎?？傊?0C51作為共性的代表會與個性化的產(chǎn)品相互依存，共同發(fā)展，將會給用戶帶來更大的實惠與方便。,特點：結(jié)構(gòu)體系完善，性能已大大提高，面向控制的特點進(jìn)一步突出。現(xiàn)在MCS-51已成為公認(rèn)的單片機經(jīng)典機種 。,(2) 性能完善提高階段 1980年，Intel公司推出了MCS-51系列單片機：8位CPU、4K字節(jié)ROM、128字節(jié)RAM、4個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K，并有控制功能較強的布爾處理器。,(3) 微控制器化階段,特點：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)電路增強，使之可以方便靈活地用于復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。“微控制器

13、”的稱謂更能反應(yīng)單片機的本質(zhì)。,1982年，Intel推出MCS-96系列單片機。芯片內(nèi)集成：16位CPU、8K字節(jié)ROM、232字節(jié)RAM、5個8位并口、1個全雙工串行口、2個16位定時/計數(shù)器。尋址范圍64K。片上還有8路10位ADC、1路PWM輸出及高速I/O部件等。,2. 單片機產(chǎn)品近況,ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列 Philips公司的80C51、80C552系列 華邦公司的W78C51、W77C51高速低價系列 ADI公司的ADC8xx高精度ADC系列 LG公司的GMS90/97低壓高速系列 Maxim公司的DS89C420高速（50MIPS）系列 Cygn

14、al公司的C8051F系列高速SOC單片機(美國),51系列產(chǎn)品繁多，已推出的主要產(chǎn)品有：,ATMEL公司愛特梅爾半導(dǎo)體成立于1984年，總部位于美國。是世界上高級半導(dǎo)體產(chǎn)品設(shè)計、制造和行銷的領(lǐng)先者，產(chǎn)品包括了微處理器、可編程邏輯器件、非易失性存儲器、安全芯片、混合信號及RF射頻集成電路。通過這些核心技術(shù)的組合，ATMEL生產(chǎn)出了各種通用目的及特定應(yīng)用的系統(tǒng)級芯片，以滿足當(dāng)今電子系統(tǒng)設(shè)計工程師不斷增長和演進(jìn)的需求。,飛利浦，是世界上最大的電子公司之一，1891年成立于荷蘭，主要生產(chǎn)照明、家庭電器、醫(yī)療系統(tǒng)。飛利浦現(xiàn)已發(fā)展成為一家大型跨國公司，2007年全球員工已達(dá)128,100人，在28個國家

15、設(shè)有生產(chǎn)基地，在150個國家設(shè)有銷售機構(gòu)，擁有8萬項專利，實力超群。 華邦電子股份有限公司於1987年9月創(chuàng)立於新竹科學(xué)園區(qū)，1995年正式於臺灣證券交易所掛牌上市，2008年7月總部遷至中部科學(xué)園區(qū)，以十二吋晶圓廠為主要之研發(fā)與生產(chǎn)基地，產(chǎn)品之制程技術(shù)涵蓋范圍0.11m70nm。今日的華邦致力於記憶體產(chǎn)品的生產(chǎn)與設(shè)計，其中包含DRAM產(chǎn)品事業(yè)群、記憶IC制造事業(yè)群及快閃記憶體IC事業(yè)群三大領(lǐng)域。,ADI公司美國模擬器件公司（Analog Devices, Inc）是全球領(lǐng)先的精密高性能模擬集成電路制造商，其產(chǎn)品廣泛用于模擬信號和數(shù)字信號處理領(lǐng)域。公司總部設(shè)在美國馬薩諸塞州諾伍德市，在全球約有

16、9,000名員工，并且在馬薩諸塞州、加利福尼亞州、北卡羅來納州、愛爾蘭和菲律賓都有制造廠。ADI公司的股票在紐約證券交易所上市，并被納入標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)（S&P 500 Index）。,Maxim公司成立于1983年，總部在美國加州。該公司在設(shè)計、發(fā)展、生產(chǎn)線性和混合信號集成電路產(chǎn)品方面處于世界領(lǐng)先地位。至1999年6月26日為止，其凈銷售收入已達(dá)6億美元。公司雇員超過3000人，分布在美國總部及世界各地的分支機構(gòu)。Mixim公司發(fā)布的模擬集成電路產(chǎn)品已超過1780種，處于同行業(yè)領(lǐng)先水平，其中1480多種產(chǎn)品是Mixim公司專有產(chǎn)品。其產(chǎn)品主要應(yīng)用于微處理器類電子產(chǎn)品，包括個人計算機、測試設(shè)

17、備、手持設(shè)備、無線通信產(chǎn)品及視頻顯示設(shè)備等。主要產(chǎn)品包括微處理機監(jiān)控電路、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、基準(zhǔn)電源、RS-232接口電路、放大器，電源管理、定時器、計數(shù)器、顯示電路、多路轉(zhuǎn)換器、開關(guān)、電壓監(jiān)測、光纖傳輸器、壓力和溫度傳感器、無線產(chǎn)品、模擬濾波器等。,非51結(jié)構(gòu)單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間 ，近年來推出的非51系列的主要產(chǎn)品有：,Intel的MCS-96系列16位單片機 Microchip的PIC系列RISC單片機 TI的MSP430F系列16位低功耗單片機 。,MICROCHIP 美國微芯科技公司，美國微芯半導(dǎo)體 Microchip Technology Incorporat

18、ed（納斯達(dá)克股市代號：MCHP）是全球領(lǐng)先的單片機和模擬半導(dǎo)體供應(yīng)商，為全球數(shù)以千計的消費類產(chǎn)品提供低風(fēng)險的產(chǎn)品開發(fā)、更低的系統(tǒng)總成本和更快的產(chǎn)品上市時間。 Microchip公司自成立以來，就密切關(guān)注嵌入控制半導(dǎo)體產(chǎn)品市場。為了占領(lǐng)市場，集中了所有的技術(shù)、設(shè)計、生產(chǎn)、銷售等各方面資源發(fā)展了兩大拳頭產(chǎn)品：PIC8位單片機（MCU）和高品質(zhì)的串行EEPROM。到目前為止，Microchip公司已推出微控制器外圍設(shè)備、模擬產(chǎn)品、RFID智能卡、KEELOQ保安產(chǎn)品，可設(shè)計出更全面,更具價值的嵌入控制系統(tǒng)方案，以滿足用戶日益增長的需求 成立于1989年 美國上市公司（納斯達(dá)克股票代碼：MCHP）

19、全球擁有員工4,500名 全球設(shè)有45家銷售辦事處 全球設(shè)有34家區(qū)域培訓(xùn)中心 生產(chǎn)廠：美國亞利桑那州Tempe、美國俄勒岡州Gresham和泰國曼谷 設(shè)計中心：印度班加羅爾、瑞士洛桑、美國加州Santa Clara和亞利桑那州Chandler、羅馬尼亞布加勒斯特 公司已通過ISO/TS-16949:2002質(zhì)量體系認(rèn)證 據(jù)業(yè)界權(quán)威研究機構(gòu)Gartner資料，Microchip單片機全球8位單片機（MCU）付運量排名第一,TI公司簡介 德州儀器（Texas Instruments），簡稱TI，是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，為現(xiàn)實世界的信號處理提供創(chuàng)新的數(shù)字信號處理（DSP）及模擬器件技術(shù)。除半導(dǎo)體業(yè)

20、務(wù)外，還提供包括教育產(chǎn)品和數(shù)字光源處理解決方案（DLP）。TI總部位于美國得克薩斯州的達(dá)拉斯，并在25個多國家設(shè)有制造、設(shè)計或銷售機構(gòu),1.1.5 單片機的特點及應(yīng)用領(lǐng)域,1. 單片機的特點,(1) 控制性能好、可靠性高 可對I/O端口直接操作，位操作能力更是其它計算機無法比擬的。由于CPU、存儲器及I/O接口集成在同一芯片內(nèi)，數(shù)據(jù)在傳送時受干擾的影響較小，且不易受環(huán)境條件的影響。,(2) 體積小、價格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、接插件減少、安裝簡單方便。,2. 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域,(1) 智能儀器儀表,(2) 機電一體化產(chǎn)品,(3) 實時工業(yè)控制,(4) 分布式系統(tǒng)的前端模塊,(5)

21、 家用電器,1.2 數(shù)的表示方法及數(shù)制間的轉(zhuǎn)換,1.2.1 微型計算機中的常用數(shù)制 微型計算機中常用的數(shù)制有三種，即十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)。,1十進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)是我們最熟悉的一種進(jìn)位計數(shù)制， 其主要特點是： (1) 它由0、1、2、3、4、5、6、7、8、9不同的基本數(shù)碼符號構(gòu)成，基數(shù)為10。 (2) 進(jìn)位規(guī)則是“逢十進(jìn)一”，一般在數(shù)的后面加符號D表示十進(jìn)制數(shù)。 所謂基數(shù)，在數(shù)學(xué)中指計數(shù)制中所用到的數(shù)碼的個數(shù)。,2二進(jìn)制數(shù) 二進(jìn)制數(shù)是計算機內(nèi)的基本數(shù)制，其主要 特點是： (1) 任何二進(jìn)制數(shù)都只由0和1兩個數(shù)碼組 成，其基數(shù)是2。 (2) 進(jìn)借位規(guī)則是“逢二進(jìn)一，借一當(dāng)二”。 一般在

22、數(shù)的后面用符號B表示這個數(shù)是二進(jìn)制數(shù)。 二進(jìn)制數(shù)同樣可以用冪級數(shù)形式展開。,(3) 字節(jié)：8位二進(jìn)制數(shù)約定為1字節(jié),一個字節(jié)可表示28個值（0255） LSB： 最低有效位，D0位 MSB：最高有效位，D7位,圖1.6 字節(jié)的定義,(4) 字：2字節(jié)，16位二進(jìn)制數(shù),LSB： 最低有效位， D0位 MSB： 最高有效位， D15位,一個字有216個值（065535）,在微機軟件編程時，十六進(jìn)制數(shù)常用于代碼和數(shù)據(jù)的縮寫，其主要特點是： (1) 十六進(jìn)制數(shù)由16個數(shù)符構(gòu)成：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分別代表十進(jìn)制數(shù)的10、11、12、13、14、15，其基數(shù)

23、是16。 (2) 進(jìn)借位規(guī)則是“逢十六進(jìn)一，借一當(dāng)十六”。一般在數(shù)的后面加一個字母H表示是十六進(jìn)制數(shù)。,3十六進(jìn)制數(shù),表1.1 各種進(jìn)位制的對應(yīng)關(guān)系,1二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換 （1） 二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制數(shù) 采用四位二進(jìn)制數(shù)合成一位十六進(jìn)制數(shù)的方法，以小數(shù)點開始分成左側(cè)整數(shù)部分和右側(cè)小數(shù)部分。 例1.1 把10111110100.0011101B轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 。 解：101 1111 0100 . 0011 1010 B = 5F4.3AH,1.2.2 數(shù)制間的轉(zhuǎn)換,（2） 十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 將十六進(jìn)制數(shù)的每位分別用四位二進(jìn)制數(shù)碼表示，然后把它們連在一起即為對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。

24、例1.2 把13CA.58H轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 解： 13CA.58H=1 0011 1100 1010. 0101 1B,2. 二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換 （1）二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加即得到對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。 例1.3 將1001B轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。 解：按權(quán)相加得： 1001B = 123+120 = 8+1 = 9D = 9 其中，十進(jìn)制數(shù)的后綴“D”可省略。,（2） 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù) 十進(jìn)制數(shù)的整數(shù)部分和小數(shù)部分轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)的方法不同，要將它們分別轉(zhuǎn)換，然后將結(jié)果合并到一起即得到對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。 十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)成二進(jìn)制整數(shù)的常用方法是“除2取余法”，即用2連續(xù)

25、去除要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)和所得的商，直到商小于2為止，依次記下各個余數(shù)，然后按最先得到的余數(shù)為最低位，最后得到的余數(shù)為最高位依次排列，就得到轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制整數(shù)。,十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)的常用方法是“乘2取整法”，即用2連續(xù)去乘要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù)部分和前次乘積后的小數(shù)部分，依次記下每次乘積的整數(shù)部分，直到小數(shù)部分為0或滿足所需要的精度為止，然后按最先得到的整數(shù)為二進(jìn)制小數(shù)的最高位，最后得到的為最低位依次排列，就得到轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制小數(shù)。,例1.4 將45.6789轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，其中二進(jìn)制小 數(shù)保留4位。 解：, 45.6789 = 101101.1011B,3十六進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)間的轉(zhuǎn)換 （1）

26、十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù) 將十六進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開后相加即得到對應(yīng)的 十進(jìn)制數(shù)。 例1.5 將十六進(jìn)制數(shù)3FEA換成十進(jìn)制數(shù)。 解：3FEAH = 3163+15162+14161+10160 = 16362 D = 16362,(2) 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 與十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)類似， 十進(jìn)制整數(shù)部分采用“除16取余逆排法”， 十進(jìn)制小數(shù)部分采用“乘16取整順排法”。,例1.6 將3901.76171875轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)。, 3901.76171875=F3D.C3H,1.3 二進(jìn)制數(shù)的運算,1.3.1 算術(shù)運算 1. 加法運算 運算規(guī)則為：0+0=0 、1+0=0+1=1、 1+1=1

27、0(向高位有進(jìn)位)。 2. 減法運算 運算規(guī)則為：0-0=0、1-0=1、1-1=0、 0-1=1(向高位借1當(dāng)作2)。,3. 乘法運算 運算規(guī)則為：00=0、01=10=0、 11=1。 4. 除法運算 除法運算是乘法運算的逆運算。與十進(jìn)制類似，從被除數(shù)最高位開始取出與除數(shù)相同的位數(shù)，減去除數(shù)。,1.3.2 邏輯運算 微機內(nèi)二進(jìn)制信息的邏輯運算由專門的邏輯電路完成。 1. 邏輯與運算 邏輯與常用符號“”表示，運算規(guī)則為：00=0，10=0，01=0，11=1。兩個位數(shù)相同的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯與時，只是對應(yīng)位進(jìn)行與運算。,2. 邏輯或運算 邏輯或又稱為邏輯加，常用符號“”表示，其運算規(guī)則為：00

28、=0，10=1，01=1，11=1。 3. 邏輯非運算 邏輯非運算又稱邏輯取反，常用運算符號“-”表示，運算規(guī)則為： = 1， = 0。,4. 邏輯異或運算 邏輯異或又稱半加，是不考慮進(jìn)位的加法，常用運算符號 表示。 例1.7 72H ABH = ？ 解： 0111 0010 B 1010 1011 B 1101 1001 B 72H ABH = 11011001B = D9H,1.4 微機的碼制和編碼,數(shù)在計算機內(nèi)的表示形式稱為機器數(shù)這個數(shù)本身稱為真值。,例1.8 正數(shù) +100 0101B（+45H）,100 0101B,0,（45H）,機器數(shù),真值,例1.9 負(fù)數(shù) - 101 0101B

29、（- 55H）,101 0101B,1,（ D5H）,機器數(shù),真值,1.4.1 機器數(shù)及其真值,1.4.2 原碼、反碼和補碼 在8位微型計算機中約定，最高位D7用來表示符號，而其他7位用于表示數(shù)值。如圖1.7所示，D7=0表示正數(shù)，D7=1表示負(fù)數(shù)。,圖1.7 8位機器數(shù)結(jié)構(gòu),最高位,1. 原碼,最高位為符號位，數(shù)值為絕對值,2. 反碼 正數(shù)的反碼與其原碼相同。 負(fù)數(shù)的反碼符號位為1，數(shù)值位為其原碼數(shù)值位逐位取反。,采用原碼和反碼表示時，符號位不能同數(shù)值一道參加運算。,3. 補碼,正數(shù)的補碼與其原碼相同； 負(fù)數(shù)的補碼為其反碼末位加1。,計算機中，帶符號數(shù)的運算均采用補碼。,例1.11 正數(shù) +

30、100 0101B（+45H）,100 0101B,0,反碼,100 0101B,0,補碼,例1.10 負(fù)數(shù) - 101 0101B （- 55H）,010 1010B,1,反碼（AAH）,010 1011B,1,補碼（ABH）,由補碼求其真值的方法 求補得到原碼（符號位+數(shù)值位），依原碼求真值。如：,補碼為：1010 1011B,求補得：1101 0101B,真值為：-55H。,1BCD碼 BCD碼是將每一位十進(jìn)制數(shù)用二進(jìn)制數(shù)編碼，它保留了十進(jìn)制的權(quán)，數(shù)字則用二進(jìn)制數(shù)表示，因而也稱為二-十進(jìn)制數(shù)。一般用標(biāo)識符BCD表示。BCD碼種類較多，如8421碼、2421碼、格雷碼等，其中最常用的編碼為

31、8421碼。,1.4.2 微型機中常用的編碼,補碼的優(yōu)點：將減法運算轉(zhuǎn)換為加法，且數(shù)值連同符號位可一起參加運算,例1.12 45H-55H= -10H,45H補： 0100 0101,+-55H補： 1010 1011,-10H補： 1111 0000,求補得原碼： 1001 0000,真值： - 001 0000 （10H）,(1) 8421碼編碼方法 8421碼編碼原則是每位十進(jìn)制數(shù)用4位二進(jìn)制數(shù)來表示，8、4、2、1代表4位二進(jìn)制數(shù)每一位的權(quán)。8421碼名稱也由此而得。十進(jìn)制數(shù)共有09十個數(shù)字，而4位二進(jìn)制數(shù)共有16種組合。8421碼用其中0000B1001B組合表示09十個十進(jìn)制數(shù)。而

32、1010B1111B六個編碼舍去不用。它們之間的對應(yīng)關(guān)系如表1.2所示。,表1.2 8421碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,(2) BCD碼的運算 BCD碼用4位二進(jìn)制數(shù)表示09十個十進(jìn)制數(shù)，但4位二進(jìn)制數(shù)可表示16種狀態(tài)。因而有六種狀態(tài)在BCD編碼中為非法碼。這樣在BCD碼的運算中必須進(jìn)行修正才能得到正確的結(jié)果。, BCD碼加法運算： 兩個BCD碼相加的原則是“逢十進(jìn)位”，其和也是一個BCD數(shù)。 BCD碼減法運算： BCD碼作減法運算時也需要修正。修正的原則是：低4位出現(xiàn)非法碼(大于9)或低4位向高4位有借位，則低4位減6修正；高4位出現(xiàn)非法碼(大于9)或高4位最高位有借位，則高4位減6修正。,(3

33、) 非壓縮BCD碼：8位碼表示1位十進(jìn) 制數(shù)（高4位填0）的編碼。,采用壓縮BCD碼比采用非壓縮BCD碼節(jié)省存儲空間。,(4) 非法碼： 4位代碼在1010B1111B范圍時，稱之 為BCD碼的非法碼。,2. ASCII碼,ASCII碼（American Standard Coded for Information Interchange）是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼”的簡稱，后來由國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）確定為國際標(biāo)準(zhǔn)字符編碼。它是微機中最常使用的字符編碼。 ASCII碼由7位二進(jìn)制碼構(gòu)成，可表示128（27=128）個字符，ASCII碼表見表1-3 。,表 1.3 ASCII 碼 表,本章小結(jié),1

34、. 將算術(shù)邏輯部件ALU、控制部件CU、寄存器組以及片內(nèi)總線等集成在同一塊芯片上的，具有運算和控制功能的中央處理單元，稱為微處理器，簡稱為CPU或MPU。微型計算機是以CPU為核心，再配上存儲器、I/O接口電路及相應(yīng)的外部設(shè)備。微機的組成結(jié)構(gòu)決定了它具有體積小、重量輕、功耗低、結(jié)構(gòu)靈活、價格低廉和應(yīng)用廣泛等特點。,2. 按一定的進(jìn)位原則進(jìn)行計數(shù)的科學(xué)方法稱為數(shù)制。二進(jìn)制、十進(jìn)制和十六進(jìn)制是微機中的常用進(jìn)制。它們都有各自的特點和運算規(guī)則，并且相互可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)采用“除2取余/乘2取整”法，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)采用“除16取余/乘16取整”法；二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)可采用“按權(quán)相加”法，轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)采用“四位合一位”法；十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)亦采用“按權(quán)相加”法，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)采用“一位分四位”法。,3. BCD碼是一種具有十進(jìn)制權(quán)的二進(jìn)制編碼，每位十進(jìn)制數(shù)用四位二進(jìn)制碼來表示。由BCD碼構(gòu)成的數(shù)即為BCD數(shù)，BCD數(shù)運算時的進(jìn)位原則是逢十進(jìn)一，其運算結(jié)果也應(yīng)是一個BCD數(shù)。ASCII碼由7位二進(jìn)制碼構(gòu)成，因此能表示128個編碼