第一章單片機基礎(chǔ)知識

1、,第一章 單片機基礎(chǔ)知識,§1-1 單片機概述§1-2 數(shù)制及數(shù)碼,內(nèi)容提要:,§1-1 單片機概述,一、什么是單片機單片機就是單片微型計算機(Single-Chip Microcomputer)。微型計算機系統(tǒng)的硬件部分通常由五部分組成:,輸入設(shè)備,運算器,輸出設(shè)備,控制器,存儲器,,這種計算機系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：,,,CPU,CPU芯片,內(nèi)存條,存儲器接口,存儲器芯片,輸入輸

2、出接口,輸入輸出接口芯片,定時計數(shù)器芯片,A/D、D/A芯片,單板機,印 刷 電 路 板,,單 硅 晶 片,CPU,存儲器,控制

3、電路,定時器,時鐘電路,I / O口,單片機,,（1）體積小，重量輕；（2）可靠性高，運行速度快，抗干擾能力強；（3）控制功能強，使用靈活，性價比高；（4）易擴展，易于開發(fā)；（5）受集成度限制，片內(nèi)存儲器容量較小，一般 內(nèi)ROM在8KB以下，內(nèi)RAM在256B以內(nèi)。,單片機是應(yīng)工業(yè)測控的需要而誕生的,它的結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計的,故又稱單片微控制器(Single Chip Microcont

4、roller)。,單片機特點：,,,,,,以單片機為核心的應(yīng)用系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：家用電器；工業(yè)過程控制；儀器儀表；智能武器；航空、汽車等領(lǐng)域。,二、單片機系統(tǒng)的組成,單片機系統(tǒng),,,§1-2 數(shù)制及數(shù)碼,計算機只識別和處理數(shù)字信息，數(shù)字是以二進制數(shù)的形式表示的。它易于物理實現(xiàn)，同時，資料存儲、傳送和處理簡單可靠；運算規(guī)則簡單，使邏輯電路的設(shè)計、分析、綜合方便，使計算器具有邏輯性。一、數(shù)制1、常用數(shù)制 （1.）十

5、進制數(shù)： 1985 = 1000+900+80+5 = 1×103+9×102+8×101+5×100 特點：有0 ~ 9 十個不同的符號。 逢十進一。 一般用下腳標 D 表示，如 1985D ,或無下腳標。,,,（ 2.）二進制數(shù)： 特

6、點：有0，1兩個不同的符號。 逢二進一。二進制數(shù)的下腳標為B 例如：對于整數(shù)， 1001B=1×23+0×22+0×21+1×20 = 9D 對于小數(shù)， 0.101B = 1×2-1 + 0×2-2 + 1&

7、#215;2-3 = 0.625D 二進制數(shù)每一位的權(quán)是：以小數(shù)點分界， …..24 , 23 , 22 , 2 1, 2 0 . 2 -1, 2 -2, 2 - 3, ……,,,（ 3.）十六進制數(shù)： 有0~ 9 ，A,B,C,D,E,F 共十六個不同的符號。 逢十六進位。用下腳標 “H”

8、表示十六進制數(shù)。 例：327 H = 3×162+2×161+7×160 = 807D 3AB . 11H = 3×162+A×161+B×160+1×161+1×16-2 =939 . 0664 D,,,,2、

9、數(shù)制的轉(zhuǎn)換 （1.）二進制轉(zhuǎn)換為十進制數(shù) 方法: 按權(quán)展開。 111.101B =1×22+1×2 1+1×2 0 +1× 2 -1 +0× 2 -2 +1× 2 –3 =4+2+1+0.5+0.125 =7.625D（2.）十進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二

10、進制數(shù) 方法： 整數(shù)部分除二取余，小數(shù)部分乘二取整,45 余數(shù),22,,1,11,,0,5,,1,2,,1,1,,0,0,,1,,,,,,,,,,,,,2,2,2,2,2,2,,即 45 = （101101）2,例1、將十進制數(shù)45轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)。,,,,,,,,,例2：十進制小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換:

11、 乘二取整,0.6875,×　　2,最高位 取 1 1.3750,0.375,× 2,取 0 0.750,× 2,取 1 1. 50,0.5,× 2,最低位 取 1 1. 0,從上至下寫成從左至右,,1011,0.6875D = 0

12、.,B,,,,二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進制數(shù)與上述類似。,（ 3.）十六進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換:,十六進制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制： 9 A B . 7 C 5 H,1001 1010 1011 . 0111 1100 0101B,二進制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進制數(shù): 0001 1011 1110 0011 . 1001 011

13、1 1000B,1 B E 3 . 9 7 8H,二、數(shù)碼1、機器數(shù)與真值機器只認識二進制數(shù)：0、1。這是因為，電路狀態(tài)常常有兩種情況，如：電路的通、斷； 高電平、低電平；可用0、1表示。在機器中，這種0、1、0、1的表現(xiàn)形式稱為機器數(shù)。機器數(shù)分為無符號數(shù)、帶符號數(shù)。無符號數(shù)如：00000001、10

14、010011、01010010、 …… 等等，范圍：00H ~ FFH。有符號數(shù)如：+1010110B、-1101001B、等等,,01010110B、,,11101001B,,,2、機器數(shù)的編碼及運算對帶符號數(shù)而言，有原碼、反碼、補碼之分，計算機內(nèi)一般使用補碼。（1）原碼將數(shù)“數(shù)碼化”，原數(shù)前“+”用0表示，原數(shù)前“-”用1表示，數(shù)值部分為該數(shù)本身，這樣的機器數(shù)叫原碼。設(shè)X——原數(shù)；則[X]原

15、 = X（X0） [X]原 = 2n-1 – X （X0），n為字長的位數(shù)。如，[+3]原 = 00000011B [-3]原 = 27 - （-3） = 10000011B0有兩種表示方法：00000000 —— +0 10000000 —— -0原碼最大、最小的表

16、示：+127、-128,,（2）反碼規(guī)定正數(shù)的反碼等于原碼；負數(shù)的反碼是將原碼的數(shù)值位各位取反。[X]反 = X （X0）[X]反 =（2n –1）+ X （X0）如，[+4]反 = [+4]原 = 00000100 B[-4]反=(28–1)+(-5)=11111111-00000101= 11111010 B 反碼范圍：-128 ~ +127 兩個0： +0 —— 00000000 B

17、 -0 —— 11111111 B,,,運用補碼可使減法變成加法。規(guī)定：正數(shù)的補碼等于原碼。負數(shù)的補碼求法：1）反碼 + 1 2）公式：[X]補 = 2n + X （X<0）如，設(shè)X = - 0101110 B ， 則[X]原 = 10101110 B則[X]補 = [X]反 + 1 = 11010001 + 00000001 = 11010

18、010 B如，[+6]補 = [+6]原 = 00000110 B [-6]補 = 28 + （-6） = 10000000 – 00000110 = 11111010 B8位補碼的范圍 –128 ~ +127。 0 的個數(shù)：只一個，即00000000而10000000 B是-128的補碼。原碼、反碼、補碼對照表：見下表,（3）補碼補碼的概念：現(xiàn)在是下午3點，手表停在12點，可正撥3點，也可倒撥9點。即是說-

19、9的操作可用+3來實現(xiàn)，在12點里：3、-9互為補碼。,八位二進制數(shù)所能表示的數(shù)據(jù)范圍 機器數(shù) 無符號數(shù) 原碼 反碼 補碼00000000 0 +0 +0 +000000001

20、 1 +1 +1 +1 . . . . .01111111 127 +127

21、 +127 +12710000000 128 -0 -127 -12810000001 129 -1 -126 -127

22、 . . . . . . . . . .11111110

23、 254 -126 -1 -211111111 255 -127 -0 -1,,,（4）補碼的運算當X≥0時，[X]補= [X]反=[X]原[ [X]補]補 = [X]原[X]補+ [

24、Y]補 = [ X+Y ]補[ X-Y ]補= [ X+（-Y）]補例：已知 X=52 Y=38 求X-Y 方法1： 減法： X-Y = 52-38 =14 0 0 1 1 0 1 0 0 -） 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0

25、 0 0 1 1 1 0,,方法2： 加法 X-Y = [ [ X-Y]補]補 = [ [X]補+[-Y]補]補 =[ [52]補+[ -38]補]補 =[ 14 ]補 =14 [52]補： 0 0 1 1 0 1 0 0

26、 [-38]補：+） 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0,,自然丟失計算機在做算術(shù)運算時，必需檢查溢出，以防止發(fā)生錯誤,,,,,(5) 運算的溢出問題 由于計算機中表示數(shù)據(jù)的字長（位數(shù)）有一定限制，所以數(shù)據(jù)的表示應(yīng)有一個范圍。 如字長8位時； 補碼范圍-128~+127若運算結(jié)果超出這個范圍，便溢出。

27、例： [98]補： 0 1 1 0 0 0 1 0 [25]補：+）0 0 0 1 1 0 0 1 [123]補 0 0 1 1 1 1 0 1 1 未溢出 0 0 Cs+1 Cs（未溢出）,[85]補： 0 1 0 1 0 1 0 1 [47]補：+）0 0 1 0 1 1 1 1 [132]補：

28、 1 0 0 0 0 1 0 0 溢出 0 1 Cs+1 Cs （溢出）錯：兩個正數(shù)相加和為負數(shù)。 [- 85]補： 1 0 1 0 1 0 1 1 [- 47]補：+）1 1 0 1 0 0 0 1 [- 132]補：1 0 1 1 1 1 1 0 0 溢出

29、1 0 Cs+1 Cs 錯：兩個負數(shù)相加和為正數(shù)。,,[- 19]補： 0 1 0 1 0 1 0 1 [- 79]補：+）1 0 1 1 0 0 0 1 [- 98]補： 1 1 0 0 1 1 1 1 未溢出 1 1 Cs+1 Cs 錯：兩個負數(shù)相加和

30、為正數(shù)?？傊航Y(jié)果正確（無溢出）時，Cs+1 = Cs 結(jié)果錯誤（溢出）時，Cs+1 ≠ Cs 溢出判斷：溢出 = Cs+1Cs（即結(jié)果是0為無溢出；1為有溢出）,,,,,,1、     （6）     十進制數(shù)的編碼對機器：二進制數(shù)方便，對人 ：二進制數(shù)不直觀，習(xí)慣于十進制數(shù)。在編程過程中，有時需要采用十進制

31、運算，但機器不認識十進制數(shù)。怎么辦？可以將十進制的字符用二進制數(shù)進行編碼：      0     0000 5 0101 1010 1111 1 0001

32、 6 0110 1011 2 0010 7 0111 1100 3 0011 8 1000 1101 4 0100

33、 9 1001 1110 這叫做二進制數(shù)對十進制編碼——BCD碼。上述每4位二進制數(shù)表示一個十進制字符，這4位中各位的權(quán)依次是： 8、4、2、1——8421 BCD碼。,,BCD碼的運算：例、 1 8 +） 3 2 1,,0 0 0 1

34、1 0 0 0+）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 B是非BCD碼（錯）,需進行十進制調(diào)整： 0 0 0 1 1 0 0 0 +）0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 （個位大于9，應(yīng)進1）

35、 +） 0 1 1 0 （加6使進1） 0 0 1 0 0 0 0 1 （結(jié)果形如21）,,,BCD碼加法規(guī)則：兩個BCD數(shù)相加時，“某位”的和小于10則保持不變；兩個BCD數(shù)相加時，“某位”的和大于9，則和數(shù)應(yīng)加6修正。BCD碼減法規(guī)則：兩個BCD數(shù)相減時，“某位”的差未發(fā)生借位，則差數(shù)保持不變；兩個BCD數(shù)相減時，“某位”

36、發(fā)生了借位，其差應(yīng)減6修正。這里“某位”指BCD數(shù)中的“個位”、“十位”、“百位”、……,,,加法舉例： 0 1 1 0 0 1 0 1 （6 5） +）1 0 0 1 0 1 1 1 （97） 1 1 1 1 1 1 0 0 +）0 1 1 0 0 1 1 0

37、 （加66調(diào)整） 1 0 1 1 0 0 0 1 0 （162） 減法舉例： 0 0 1 1 0 1 0 0 （3 4） -） 0 0 0 1 0 1 0 1 （15） 0 0

38、0 1 1 1 1 1 -） 0 1 1 0 （減6調(diào)整） 0 0 0 1 1 0 0 1 （29）,,,（7）字符信息的表示計算機能識別0、1、0、1、……；這些0、1、0、1、……有的代表數(shù)值，有的僅代表要處理的信息（如字母、標點符號、數(shù)字符號等文字符號），所以，計算機不僅要認識各

39、種數(shù)字，還要能識別各種文字符號。人們事先已對各種文字符號進行二進制數(shù)編碼。如，美國信息交換標準碼——ASCII碼，用一個字節(jié)表示一個 字符。低7位是字符的ASCII碼值；最高位是通信時的 校驗位。,綜上所述,計算機中的數(shù)可以有各種不同的表示方法,計算機中以一個字節(jié)為一個單元保存數(shù)據(jù),一個字節(jié)為8位二進制數(shù),可以有256種組合,也就是可以表示256個數(shù)據(jù),我們稱它為機器數(shù),每一個機器數(shù)實際表示的是