1.4.2二進制數

1、1.1 什么是單片機1.2 單片機的特點1.3 單片機的發(fā)展與應用1.4 計算機中的數和編碼,1.1 什么是單片機,單片微型計算機簡稱單片機。由于它的結構及功能均按工業(yè)控制要求設計，所以又稱單片微控制器（single chip Microcontroller）。它是將組成微型計算機機所必須的部件（中央處理器CPU、程序存貯器（ROM)、數據存貯器（RAM)、輸入/輸出（I/O)接口、定時/計數器、串行口、系統(tǒng)總線等

2、）集成在一個超大規(guī)模集成電路芯片上。只要外加少許電子零件便可以構成一套簡易的計算機控制系統(tǒng)，故又稱單片微型計算機（single chip Microcomputer）,單片機與個人PC機相比較,優(yōu)點：使用單片機做設計，降低硬件成本；體積小，適合設計小型而且較簡單的控制系統(tǒng)。,缺點：由于單片機芯片設計及制造技術方面的原因，在有限的芯片上無法設計出太多的內存空間，因此單片機上的ROM及RAM的容量都比較小。,1.2 單片機的特點,（

3、1）體積小、重量輕、功耗低、功能強、性價比高?？汕度敫鞣N設備中組成以之為核心的嵌入式系統(tǒng)。（2）數據大都在單片機內部傳送，運行速度快，抗干擾能力強，可靠性高。（3）結構靈活，易于組成各種微機應用系統(tǒng)。（4）應用廣泛，既可用于工業(yè)自動控制等場合，又可用于測量儀器、醫(yī)療儀器及家用電器等領域。,單片機的種類,按功能分類1.基本型2.增強型3.低功耗型4.高級語言型5.可編程計數陣列（PCA）型6.A/D型7.DMA型8.

4、多并行口型,按ROM的配置狀態(tài)分類1.片內ROM狀態(tài)2.片內EPROM狀態(tài)3.片內無ROM狀態(tài)4.一次性可編程ROM（OTP）5.片內FLASH存儲器配置,按品牌（廠家）分類1.Intel—MCS-5，MCS-96系列2.Motorola—68HCXX系列3.Atmel—AT89C系列（80C31內核）4.Philips—P87、P89系列（8051內核）5.Microchip6.Zilog7.Texas8.S

5、iemens,主流產品——Intel單片機主流字長——8位機基礎語言——匯編語言核心技術穩(wěn)定教學機型/典型代表：MCS-51系列（含MCS-52）,1.3 單片機的發(fā)展與應用,第一代（1974-1976）：1974年美國仙童公司生產第一個4位單片機F8問世。發(fā)展了4位機，多用于家用電器、計算器、玩具。,一、單片機的歷史,第三代（1980-1983）：為高級8位機階段，發(fā)展了高性能8位機，代表產品：MCS-51系列。普遍帶串口，

6、有多級中斷處理系統(tǒng)，多個16位定時器/計數器，片內ROM、RAM 容量加大。尋址范圍可達64KB。有的帶A/D轉換器。用于智能終端、局部網絡接口。,第二代（1976-1980）為初級8位機階段，發(fā)展了各種中、低檔8位機。代表產品：Intel 8048。片內含有多個8位并行I/O接口、一個8位定時器/計數器，尋址范圍不大于4KB，無串口。可滿足一般工業(yè)控制和智能化儀表需要。,第四代：1983年以后，16位單片機階段。發(fā)展了MCS-96系列

7、16位機，功能強大，價格迅速下降。片內含有A/D、可用于電機控制；網絡通訊能力增強。,,單片機經歷了一位、4位、8位、16位及32位的發(fā)展階段，世界上一些著名的半導體器件廠家都開發(fā)了單片機如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。單片機的品種日益增加，在眾多的通用型單片機里，以Intel公司的MCS系列單片機最為著名。 MCS-51單片機是目前世界上應用最為廣泛的單片機系列。從最早的8031、8051、8751到后

8、來的89C51、89C2051，兼容MCS-51結構和指令.但具有各種新特性的單片機層出不窮，幾乎所以單片機廠家的產品中都可以找到兼容MCS-51的成員，熟悉了MCS-51系列的編程和應用就意味著擁有了一個龐大的單片機家族，可以適合絕大多數單片機應用場合,二、單片機的發(fā)展狀況,1、CPU的改進 采用雙CPU結構，以提高處理能力。例：Rockwell公司的R6500/21和 R65c29 增加數據總線寬度 例：NEC公

9、司的uPD-7800將ALU作成16位運算部件，內部采用16位數據總線。 采用流水線結構，具有很高的運算速度 串行總線結構 I 2C和 DDB 三條數據總線代替現(xiàn)行的8位數據總線，從而大量減少單片機引線，降低成本。例：非力普公司的MAB8420、SCC83C51,2、存儲器的發(fā)展 主要解決容量、ROM的易寫、不丟以及軟件保密等。,單片機應用領域,3、片內I/O的狀況 一般單片機都有較多并行口

10、，以滿足外圍設備、芯片擴展電路的需求，中高檔機還配有串口，以滿足多機通訊功能要求。 （1）傳感器接口； (2)各種工業(yè)對象的電氣接口； （3）驅動的功率接口； （4）人機對化接口； （5）通訊網絡接口。高速I/O能力 、中斷處理能力 、A/D、D/A的速度和精度 、位操作能力 、功率驅動能力 、程序運行監(jiān)控能力 、信號實時處理能力等。4、片內集成更多的外圍功能器件。 A/D、D/A、DMA控制器、頻率合成器、聲音

11、發(fā)生器、譯碼驅動器、CRT控制器等。5、半導體工藝技術的發(fā)展 集成度提高（0.6um工藝）低功耗化（CMOS） 總之將向高性能、高可靠性、網絡化、低電壓、低功耗、低噪音、低成本的方向發(fā)展。,,單片機的出現(xiàn)是計算機技術發(fā)展史上的一個重要里程碑，單片機的誕生標志著計算機正式形成了通用計算機系統(tǒng)和嵌入式計算機系統(tǒng)兩大分支。單片機的微小體積和極低的成本，使其可廣泛地嵌入到如儀器儀表、工業(yè)控制單元、汽車電子系統(tǒng)、辦公自動化

12、設備、家用電器、機器人、個人信息終端及通信產品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具。,單片機應用領域,1.單片機在智能儀器儀表中的應用； 2.單片機在工業(yè)測控中的應用； 3.單片機在計算機網絡和通訊技術中的應用； 4.單片機在日常生活及家電中的應用； 5.單片機在辦公自動化方面。,,,遙控機器人在進行滅火演習,點焊,,一個液晶顯示的數字式電腦溫度計,出租車計價器及電子稱,,,微計算機系統(tǒng)概念,,圖1-1 微

13、處理器、微計算機和微計算機系統(tǒng)的關系,1.4 計算機中的數和編碼,1.4.1 計數制1.4.2 二進制數（用B表示）1.4.3 十六進制數（用H表示）1.4.4 不同進制數之間的轉換1.4.5 數制書寫約定1.4.6 計算機中數的表示1.4.7 計算機常用編碼,1.4.1 計數制,日常生活中廣泛使用的數為十進制數，這是一種逢十進一的計數方法。用的數制還有二進制、八進制和十六進制等?；鶖敌∮?0的計數制，

14、可用十進制相應的數碼作為它的數字符號，一個數一般由多個數碼組成。數碼在數中的位置不同，其值也不同。,1.4.2 二進制數（用B表示）,以2為基數的數制稱為二進位計數制，它只包括0和1兩個數碼，很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來表示，例如，用高電平表示1，用低電平表示0。所以，計算機中通常采用二進制數。二進制數的計數特征：逢二進一，運算簡單。 在加、減、乘、除四則運算中，乘法實質上是做移位加法，除法則是移位減法。,1.4.3 十六

15、進制數（用H表示）,為了書寫和閱讀方便，經常采用十六進制數作為二進制的縮寫形式。十進制數、二進制數、十六進制數的對照表如表1-1所示。在計數時，逢十六進一，這樣書寫長度短，且可方便將十六進制數轉換為二進制數或將二進制數轉換為十六進制數。,表1-1 十進制數、二進制數、十六進制數對照表,1.4.4 不同進制數之間的轉換,1．二進制轉換為十進制基本方法：將二進制數按權展開式，利用十進制數的運算法則求和，即可得到等值的十進制數。,,2

16、．十進制到二進制的轉換十進制整數轉換為二進制整數十進制小數轉換為二進制小數帶小數的十進制數轉換為二進制數,,3．二進制、十六進制之間的相互轉換將二進制數轉換為十六進制數，從低位開始，每四位一組，然后將其轉換為對應的十六進制數。如最后一組不足四位，需在左邊補0。用同樣方法可將二進制小數轉換十六進制小數。只是分組應從小數點右邊開始分成四位一組。十六進制數轉換為二進制數，將每位十六進制數直接轉換成相應的二進制數。,,二進制與十進制

17、、十六進制的轉換有專用的計算器。采用電腦，這時你可以點擊開始然后點擊程序再點附件這時我們會看到有一個計算器的程序，我們點擊一下計算器，這時一個計算器的操作界面就出來了。如果你看到的是一個跟我們普通計算器一樣的界面，這時你還需要進行一個小小的設定，點擊計算器界面上的查看，這時會下拉一個菜單，即標準型，科學型，我們選擇科學型，這時一個可進行二、十、十六進制運算的計算器就出來了。,1.4.5 數制書寫約定,在書寫計算機程序時，一般不用基數

18、作為下標來區(qū)分各種進制，而是用相應的英文字母作后綴來表示各種進制的數。 例如：B（Binary）——表示二進制數。 D（Decimal）——表示十進制數，一般D可省略，即無后綴的數字為十進制數。 H（Hexadecimal）——表示十六進制數。,1.4.6 計算機中數的表示,1．原碼、反碼和補碼原碼在符號位中用0表示正、用1表示負的二進制數。例如，x1=＋1110111B，

19、[x1]原=01110111Bx2=－1110111B， [x2]原=11110111B數0可是＋0或－0。因此，0在原碼中形式：[＋0]原=0000 0000B， [－0]原=1000 0000B,,反碼 正數的反碼=原碼； 負數的反碼=原碼的符號位不變而數值按位取反。所謂按位取反，即將各位的1變成0，0變成1。例如，x1=＋13， [x1]反=[＋13]原=0 0001101B 。又如

20、，x2=－13， [x2]原=[－13]原=1 0001101B，[x2]反=[－13]反=1 1110010B。,,補碼 正數的補碼=原碼； 負數的補碼=反碼＋1。例如，x1=＋1101101B， [x1]補=[x1]原=0 1101101B 。又如， x2=－1101101B， [x2]反=10010010B， [x2]補=10010011B。在補碼表示

21、中，“0”是唯一的。即[±0]補=00000000B,,2．數的小數點表示方法定點表示法：表示小數點的位置是固定不變的。分為純整數和純小數兩類。其格式如下所示：純整數表示方法純小數表示方法,,浮點表示法浮點表示法中小數點的位置是不固定的。任意二進制數N一般可表示為：N=2P×S一個浮點數分為階碼和尾數兩部分，二者各有表示正負的階符和數符，常用存儲格式：,,在微計算機中常用的浮點數表示有：（1）四字節(jié)浮

22、點數格式（如圖1-2所示），它由一個字節(jié)指數（EXP）、三個字節(jié)尾數構成，共用四個存儲單元。 （2）三字節(jié)浮點數格式（如圖1-3所示）。,,圖1-2 四字節(jié)浮點數格式,,,D7 D6 D5……D0,圖1-3 三字節(jié)浮點數格式,1.4.7 計算機常用編碼,常見的編碼有BCD碼、ASCII碼等。1．二 — 十進制編碼是一種用二進制編碼的十進制數，稱BCD碼。BCD碼用標準的

23、8421的純二進制碼的十六個狀態(tài)中的十個（如表1-2所示）。 BCD碼用BCD碼表示十進制數，只要將每位十進制數用適當的四位二進制碼代替即可。,,,表1-2 BCD編碼,,2．字母和符號的編碼微機普遍采用的是ASCII碼（如表1-3所示）。ASCII碼是一種八位代碼，最高位一般用于奇偶校驗，其余七位二進制碼對128個字符進行編碼。表示漢字用擴展ASCII碼，1個漢字用2個擴展ASCII碼,,,表1-3 ASCII(美國標準信