1.4.2二進(jìn)制數(shù)

1、1.1 什么是單片機(jī)1.2 單片機(jī)的特點(diǎn)1.3 單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,1.1 什么是單片機(jī),單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)。由于它的結(jié)構(gòu)及功能均按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)，所以又稱單片微控制器（single chip Microcontroller）。它是將組成微型計(jì)算機(jī)機(jī)所必須的部件（中央處理器CPU、程序存貯器（ROM)、數(shù)據(jù)存貯器（RAM)、輸入/輸出（I/O)接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口、系統(tǒng)總線等

2、）集成在一個(gè)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(gòu)成一套簡易的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，故又稱單片微型計(jì)算機(jī)（single chip Microcomputer）,單片機(jī)與個(gè)人PC機(jī)相比較,優(yōu)點(diǎn)：使用單片機(jī)做設(shè)計(jì)，降低硬件成本；體積小，適合設(shè)計(jì)小型而且較簡單的控制系統(tǒng)。,缺點(diǎn)：由于單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)及制造技術(shù)方面的原因，在有限的芯片上無法設(shè)計(jì)出太多的內(nèi)存空間，因此單片機(jī)上的ROM及RAM的容量都比較小。,1.2 單片機(jī)的特點(diǎn),（

3、1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性價(jià)比高?？汕度敫鞣N設(shè)備中組成以之為核心的嵌入式系統(tǒng)。（2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。（3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（4）應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動(dòng)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(lǐng)域。,單片機(jī)的種類,按功能分類1.基本型2.增強(qiáng)型3.低功耗型4.高級(jí)語言型5.可編程計(jì)數(shù)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(nèi)ROM狀態(tài)2.片內(nèi)EPROM狀態(tài)3.片內(nèi)無ROM狀態(tài)4.一次性可編程ROM（OTP）5.片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)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(nèi)核）4.Philips—P87、P89系列（8051內(nèi)核）5.Microchip6.Zilog7.Texas8.S

5、iemens,主流產(chǎn)品——Intel單片機(jī)主流字長——8位機(jī)基礎(chǔ)語言——匯編語言核心技術(shù)穩(wěn)定教學(xué)機(jī)型/典型代表：MCS-51系列（含MCS-52）,1.3 單片機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用,第一代（1974-1976）：1974年美國仙童公司生產(chǎn)第一個(gè)4位單片機(jī)F8問世。發(fā)展了4位機(jī)，多用于家用電器、計(jì)算器、玩具。,一、單片機(jī)的歷史,第三代（1980-1983）：為高級(jí)8位機(jī)階段，發(fā)展了高性能8位機(jī)，代表產(chǎn)品：MCS-51系列。普遍帶串口，

6、有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM 容量加大。尋址范圍可達(dá)64KB。有的帶A/D轉(zhuǎn)換器。用于智能終端、局部網(wǎng)絡(luò)接口。,第二代（1976-1980）為初級(jí)8位機(jī)階段，發(fā)展了各種中、低檔8位機(jī)。代表產(chǎn)品：Intel 8048。片內(nèi)含有多個(gè)8位并行I/O接口、一個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4KB，無串口?？蓾M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(jī)階段。發(fā)展了MCS-96系列

7、16位機(jī)，功能強(qiáng)大，價(jià)格迅速下降。片內(nèi)含有A/D、可用于電機(jī)控制；網(wǎng)絡(luò)通訊能力增強(qiáng)。,,單片機(jī)經(jīng)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(dǎo)體器件廠家都開發(fā)了單片機(jī)如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。單片機(jī)的品種日益增加，在眾多的通用型單片機(jī)里，以Intel公司的MCS系列單片機(jī)最為著名。 MCS-51單片機(jī)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的單片機(jī)系列。從最早的8031、8051、8751到后

8、來的89C51、89C2051，兼容MCS-51結(jié)構(gòu)和指令.但具有各種新特性的單片機(jī)層出不窮，幾乎所以單片機(jī)廠家的產(chǎn)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(yīng)用就意味著擁有了一個(gè)龐大的單片機(jī)家族，可以適合絕大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用場合,二、單片機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r,1、CPU的改進(jìn) 采用雙CPU結(jié)構(gòu)，以提高處理能力。例：Rockwell公司的R6500/21和 R65c29 增加數(shù)據(jù)總線寬度 例：NEC公

9、司的uPD-7800將ALU作成16位運(yùn)算部件，內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。 采用流水線結(jié)構(gòu)，具有很高的運(yùn)算速度 串行總線結(jié)構(gòu) I 2C和 DDB 三條數(shù)據(jù)總線代替現(xiàn)行的8位數(shù)據(jù)總線，從而大量減少單片機(jī)引線，降低成本。例：非力普公司的MAB8420、SCC83C51,2、存儲(chǔ)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(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,3、片內(nèi)I/O的狀況 一般單片機(jī)都有較多并行口

10、，以滿足外圍設(shè)備、芯片擴(kuò)展電路的需求，中高檔機(jī)還配有串口，以滿足多機(jī)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(qū)動(dòng)的功率接口； （4）人機(jī)對化接口； （5）通訊網(wǎng)絡(luò)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(qū)動(dòng)能力 、程序運(yùn)行監(jiān)控能力 、信號(hào)實(shí)時(shí)處理能力等。4、片內(nèi)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(qū)動(dòng)器、CRT控制器等。5、半導(dǎo)體工藝技術(shù)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(wǎng)絡(luò)化、低電壓、低功耗、低噪音、低成本的方向發(fā)展。,,單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。單片機(jī)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(dòng)化

12、設(shè)備、家用電器、機(jī)器人、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)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(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,1.單片機(jī)在智能儀器儀表中的應(yīng)用； 2.單片機(jī)在工業(yè)測控中的應(yīng)用； 3.單片機(jī)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)中的應(yīng)用； 4.單片機(jī)在日常生活及家電中的應(yīng)用； 5.單片機(jī)在辦公自動(dòng)化方面。,,,遙控機(jī)器人在進(jìn)行滅火演習(xí),點(diǎn)焊,,一個(gè)液晶顯示的數(shù)字式電腦溫度計(jì),出租車計(jì)價(jià)器及電子稱,,,微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念,,圖1-1 微

13、處理器、微計(jì)算機(jī)和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)系,1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼,1.4.1 計(jì)數(shù)制1.4.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示）1.4.3 十六進(jìn)制數(shù)（用H表示）1.4.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1.4.5 數(shù)制書寫約定1.4.6 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示1.4.7 計(jì)算機(jī)常用編碼,1.4.1 計(jì)數(shù)制,日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進(jìn)制數(shù)，這是一種逢十進(jìn)一的計(jì)數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等?；鶖?shù)小于10的計(jì)數(shù)制，

14、可用十進(jìn)制相應(yīng)的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號(hào)，一個(gè)數(shù)一般由多個(gè)數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同，其值也不同。,1.4.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示）,以2為基數(shù)的數(shù)制稱為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制，它只包括0和1兩個(gè)數(shù)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(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。二進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)特征：逢二進(jìn)一，運(yùn)算簡單。 在加、減、乘、除四則運(yùn)算中，乘法實(shí)質(zhì)上是做移位加法，除法則是移位減法。,1.4.3 十六

15、進(jìn)制數(shù)（用H表示）,為了書寫和閱讀方便，經(jīng)常采用十六進(jìn)制數(shù)作為二進(jìn)制的縮寫形式。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的對照表如表1-1所示。在計(jì)數(shù)時(shí)，逢十六進(jìn)一，這樣書寫長度短，且可方便將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或?qū)⒍M(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。,表1-1 十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)對照表,1.4.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換,1．二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制基本方法：將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開式，利用十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則求和，即可得到等值的十進(jìn)制數(shù)。,,2

16、．十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù),,3．二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，從低位開始，每四位一組，然后將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。如最后一組不足四位，需在左邊補(bǔ)0。用同樣方法可將二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制小數(shù)。只是分組應(yīng)從小數(shù)點(diǎn)右邊開始分成四位一組。十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，將每位十六進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。,,二進(jìn)制與十進(jìn)制

17、、十六進(jìn)制的轉(zhuǎn)換有專用的計(jì)算器。采用電腦，這時(shí)你可以點(diǎn)擊開始然后點(diǎn)擊程序再點(diǎn)附件這時(shí)我們會(huì)看到有一個(gè)計(jì)算器的程序，我們點(diǎn)擊一下計(jì)算器，這時(shí)一個(gè)計(jì)算器的操作界面就出來了。如果你看到的是一個(gè)跟我們普通計(jì)算器一樣的界面，這時(shí)你還需要進(jìn)行一個(gè)小小的設(shè)定，點(diǎn)擊計(jì)算器界面上的查看，這時(shí)會(huì)下拉一個(gè)菜單，即標(biāo)準(zhǔn)型，科學(xué)型，我們選擇科學(xué)型，這時(shí)一個(gè)可進(jìn)行二、十、十六進(jìn)制運(yùn)算的計(jì)算器就出來了。,1.4.5 數(shù)制書寫約定,在書寫計(jì)算機(jī)程序時(shí)，一般不用基數(shù)

18、作為下標(biāo)來區(qū)分各種進(jìn)制，而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來表示各種進(jìn)制的數(shù)。 例如：B（Binary）——表示二進(jìn)制數(shù)。 D（Decimal）——表示十進(jìn)制數(shù)，一般D可省略，即無后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)。 H（Hexadecimal）——表示十六進(jìn)制數(shù)。,1.4.6 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示,1．原碼、反碼和補(bǔ)碼原碼在符號(hào)位中用0表示正、用1表示負(fù)的二進(jìn)制數(shù)。例如，x1=＋1110111B，

19、[x1]原=01110111Bx2=－1110111B， [x2]原=11110111B數(shù)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(shù)的反碼=原碼； 負(fù)數(shù)的反碼=原碼的符號(hào)位不變而數(shù)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(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼=原碼； 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼＋1。例如，x1=＋1101101B， [x1]補(bǔ)=[x1]原=0 1101101B 。又如， x2=－1101101B， [x2]反=10010010B， [x2]補(bǔ)=10010011B。在補(bǔ)碼表示

21、中，“0”是唯一的。即[±0]補(bǔ)=00000000B,,2．?dāng)?shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法定點(diǎn)表示法：表示小數(shù)點(diǎn)的位置是固定不變的。分為純整數(shù)和純小數(shù)兩類。其格式如下所示：純整數(shù)表示方法純小數(shù)表示方法,,浮點(diǎn)表示法浮點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)的位置是不固定的。任意二進(jìn)制數(shù)N一般可表示為：N=2P×S一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，二者各有表示正負(fù)的階符和數(shù)符，常用存儲(chǔ)格式：,,在微計(jì)算機(jī)中常用的浮點(diǎn)數(shù)表示有：（1）四字節(jié)浮

22、點(diǎn)數(shù)格式（如圖1-2所示），它由一個(gè)字節(jié)指數(shù)（EXP）、三個(gè)字節(jié)尾數(shù)構(gòu)成，共用四個(gè)存儲(chǔ)單元。 （2）三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式（如圖1-3所示）。,,圖1-2 四字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式,,,D7 D6 D5……D0,圖1-3 三字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)格式,1.4.7 計(jì)算機(jī)常用編碼,常見的編碼有BCD碼、ASCII碼等。1．二 — 十進(jìn)制編碼是一種用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)，稱BCD碼。BCD碼用標(biāo)準(zhǔn)的

23、8421的純二進(jìn)制碼的十六個(gè)狀態(tài)中的十個(gè)（如表1-2所示）。 BCD碼用BCD碼表示十進(jìn)制數(shù)，只要將每位十進(jìn)制數(shù)用適當(dāng)?shù)乃奈欢M(jìn)制碼代替即可。,,,表1-2 BCD編碼,,2．字母和符號(hào)的編碼微機(jī)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(yàn)，其余七位二進(jìn)制碼對128個(gè)字符進(jìn)行編碼。表示漢字用擴(kuò)展ASCII碼，1個(gè)漢字用2個(gè)擴(kuò)展ASCII碼,,,表1-3 ASCII(美國標(biāo)準(zhǔn)信