单片机应用技术第一章课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单片机原理与接口技术,主讲教师:康丽生,教材：单片机实用技术,主编：陶春鸣,出版社：人民邮电出版社,单片机原理与接口技术主讲教师:康丽生,1,本课主要内容及课时安排,总讲课课时85学时,实验10学时,实训0学时,第一章：单片机技术及其发展 （3课时）,介绍单片机的基本概念、产生与发展、应用领域和产品介绍。,第二章：MCS-51系列单片机的基本结构及工作原理（8课时）,介绍51单片机内部硬件结构（CPU、数据寄存器、输入输出端口、程序存储器、专用寄存器）和 最小应用系统系统。,第三章：MCS-51单片机的指令系统及编程举例（10课时）,51单片机的111条指令的分类、寻址方式、伪指令及使用中的注意事项。,第四章：MCS-51单片机的典型功能部件结构及工作原理（6课时）,51单片机的定时/计数器、中断、串行口等,第五章：MCS-51单片机的系统扩展技术 （8课时）,程序与数据存储器以及I/O接口的扩展,键盘扫描/动态显示接口,第六章：单片机的典型外围接口技术 （6课时）,A/D、D/A转换器与单片机的接口电路。,本课主要内容及课时安排总讲课课时85学时,实验10学时,实训,2,1,单片微机测控系统设计大全,-王福瑞等，北京航空航天大学出版社,2 MCS-51/96系列单片机原理及应用,-孙涵芳 徐爱卿 北京航空航天大学出版社,3 MCS-51系列单片机应用系统设计(系统配置与接口技术),-何立民编著，北京航空航天大学出版社,4 MCS-51系列单片机系统及其应用,-蔡美琴 张为民等编，高等教育出版社,主要参考资料,1 单片微机测控系统设计大全主要参考资料,3,第一章 单片机技术及其发展,学习目的和要求,本章的基本任务是学习微型计算机系统的基本概念、发展概况及应用。单片机与典型微型计算机在结构上的区别。为后续章节奠定,基础知识。,学时：4。,教学内容：1-1 概述1-2,单片机产品及其性能介绍,1-3,单片机的数制表示法,教学要求：掌握：微机系统、微型计算机及微处理器的概念；单片机与典型微型计算机在结构上的区别；单片机的特点和应用。,了解：单片机的特点及发展概况；常用单片机系列产品;单片机的数制表示法,第一章 单片机技术及其发展学习目的和要求,4,1.1 概述,学时：3。,教学内容：,一、单片机的基本概念,二、单片机的产生与发展,三、单片机技术发展方向,四、单片机的应用领域,五、单片机系统的扩展和配置,教学要求:熟练掌握:,微机系统、微型计算机及微处理器的概念；单片机与典型微型计算机在结构上的区别；单片机的特点和应用;单片机系统的扩展和配置.,了解：,单片机的特点及发展概况；单片机技术发展方向,1.1 概述学时：3。,5,一、单片机的基本概念,：,1,微处理器的概念,2,微型计算机的概念,3.单 片 机,4.嵌入式微控制器,5SOC的基本概念,一、单片机的基本概念：,6,一、单片机的基本概念,：,随着微型计算机的高速发展,微型计算机系统、微处理器、单片微型计算机、嵌入式系统和SOC(片上系统)等新系统不断涌现。为了学习掌握好单片微型计算机,从概念上弄清这些系统之间的关系是十分重要的。,1,微处理器的概念,MPU是微处理器(Microprocessor)的缩写是集成在同一块芯片上的具有运算和控制功能逻辑的中央处理器。微处理器不仅是构成微型计算机、单片微型计算机系统、嵌入式系统的核心部件,而且也是构成多微处理器系统和现代并行结构计算机的基础。,微处理器常用cpu表示,一、单片机的基本概念：随着微型计算机的高速发,7,2微型计算机的概念,微型计算机(Microcomputer)是指由微处理器加上采用大规模集成电路制成的程序存储器和数据存储器,以及与输入/输出设备相连接的IO接口电路,微型计算机简称MC。如果将微处理器、存储器和输入输出接口电路集成在一块集成电路芯片上,称为单片微型计算机;如果将组成微型计算机的各功能部件都做在一块电路板上,称为单板机;如果分做在多块电路板上,称为多板机。,2微型计算机的概念,8,微型计算机：,由CPU、存储器、定时/计数器、并行输入/输出接口电路、中断控制器等大规模IC芯片安置在一个电路板上，加上键盘、显示器等构成了微型计算机的硬体部分。,主要外设,主板与CPU,微型计算机：由CPU、存储器、定时/计数器、并行输入/输出接,9,3.单 片 机,将微型计算机系统所用的大多数IC芯片集成到一个芯片中。可以认为，单片机就是将微型计算机的CPU、存储器、I/O端口、中断控制器等全部做在一个芯片中去。,美国INTEL公司生产的MCS-51单片机就是一种典型的、,按照微型计算机的框架，采用大规模IC工艺制造,的单片机，也是目前世界上使用量最大的一种较典型的产品。,双列直插式封装（DIP）,PLCC封装,塑料无引线载体,3.单 片 机将微型计算机系统所用的大多数I,10,单片机,是单片微型计算机的简称,也就是把微处理器(CPU)、一定容量的程序存储器(ROM)和数据存储器(RAM)、输入输出接口(IO)、时钟及其他一些计算机外围电路,通过总线连接在一起并集成在一个芯片上,构成的,微型计算机系统,。,单片机的另外一个名称就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型仪器或设备中。Intel公司在单片机出现时,就给其取名为嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)。单片机最明显的优势就是可以嵌入到各种仪器、设备中,这一点是其他机器和网络所不能做到的。因此了解单片机知识,掌握单片机的应用技术,具有重要的意义。,单片微型计算机具有体积小、重量轻、价格低和可靠性好等许多优点,经常用在家用电器、智能仪器仪表中,在工业控制领域可以很方便地实现多机和分布式控制。,单片机是单片微型计算机的简称,也就是把微处理器(CPU)、一,11,4.嵌入式微控制器,是单片机发展的一个高级形式，也是单片机发展的必然趋势。它是以,面向应用、增强功能、减少功耗、精简指令系统、提高运行速度,为出发点所设计的单片机。这种控制器的最大特征是不仅包含了一般单片机的所有硬件电路，,还集成了放大器、比较器、A/D转换器和PWM电路等等,。这类芯片，国外遍称之为,微控制器,MCU（Micro-controller Unit）或,嵌入式控制器,(Embedded controller)；国内由于已约定俗成，仍称为,单片机,。,用这类单片机设计一个智能化的产品，可以进一步简化外围电路，降低开发成本，甚至完成一般的单片机所不能完成的任务。,4.嵌入式微控制器是单片机发展的一个高级形式，也是,12,一般的嵌入式系统都具有计算机的功能。,嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般具备以下3个特点：,(1)嵌入式微处理器对实时多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度。可扩展的处理器结构,能最迅速地开发出满足应用的最高性能的嵌入式微处器。,(2)嵌入式微处理器具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断。,(3)嵌入式微处理器功耗很低,因为嵌入式微处理器用于便携式的无线及移动的通信设备中,是靠电池供电的,因此它的功耗只有mW甚至W级。,嵌入式系统一般都具有系统编程的功能。其可靠性高,成本低,体积小,功耗低,因此它已广泛地应用到各种不同类型设备当中,且具有不断创新特征,系统中采用片上系统(SOC),将是其发展趋势。,一般的嵌入式系统都具有计算机的功能。,13,微型计算机与单片机结构上的区别（小结）,微型计算机 单片机,所有单元都组装,在一个IC芯片上,MCS-51单片机,数据RAM,CPU,并行I/O,程序ROM,定时/计数器,串型端口,中断控制器,扩展I/O端口,系统总线（DB、AB、CB）,微型计算机的组成框图,（由多个IC芯片组装在一个主电路板上）,嵌入式微控制器是一般单片机的基础上集成了放大器、比较器、A/D转换器和PWM电路等等,微型计算机与单片机结构上的区别（小结）微型计算机,14,5SOC的基本概念,SOC是片上系统的简称。所谓SOC技术,是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC技术设计系统的核心思想,就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。在使用SOC技术设计应用系统时,除了那些无法集成的外部电路或机械部分以外,其他所有的系统电路全部集成在一起。即把计算机常用的一些数字和模拟外设等做在一块芯片上，使它成为一个完整的模拟数字采集与控制系统。,在传统的应用电子系统设计中,根据设计要求的功能选择合适的集成电路组合在一起,对整个系统进行综合,这种设计是一个以功能集成电路为基础,器件分布式的应用电子系统结构。因此传统应用电子系统的实现,采用的是分布功能综合技术。,对于SOC来说,应用电子系统的设计也是根据功能和参数要求设计系统,但与传统方法有着本质的差别。SOC是以功能IP为基础的系统固件和电路综合技术。首先,功能的实现不再针对功能电路进行综合,而是针对系统整体固件实现进行电路综合,也就是利用IP技术对系统整体进行电路结合。其次,电路设计的最终结果与IP功能模块和固件特性有关,使设计的电磁兼容特性得到极大提高。,5SOC的基本概念SOC是片上系统的简称。所谓SOC技术,15,二、单片机产生与发展概况,单片机的发展大致经历了以下三个阶段：,(1)单片机的初级阶段。单片机始于20世纪70年代中期,我们把1978年以前的单片机称为单片机的初级阶段。这时,美国的仙童公司(Fairchild)首先推出了第一款单片机F-8,随后,Intel公司推出了那一阶段具有代表意义的MCS-48单片机,此阶段的单片机是8位机,有并行IO口,没有串行口,寻址范围小于4K。,(2)单片机的中级(成熟)阶段。把19781982年称为单片机的成熟阶段,在这个时期,单片机的性能得到了很大的发展,硬件结构日趋成熟,指令系统逐渐完善。最具代表意义的单片机就是Intel公司的MCS-51、Motorola公司的6801以及Zilog公司的Z8等,这些单片机具有多级中断处理系统、16位中断定时器计数器、串行端口。存储器寻址范围可达64KB,有些芯片还扩展了AD转换器接口。由此,这一类单片机的应用领域极其广泛,在我国工业控制领域和电子测量方面也得到了广泛的应用。,(3)单片机的高级(发展)阶段。1982年以后单片机的发展进入了高级阶段,这一时期的主要特征是速度越来越快、功能越来越强、品种越来越多。8位机进入改良阶段,16位机和32位机相继出现,8位、16位、32位单片机共同发展,这是当前单片机技术发展的另一动向。目前,单片机技术的发展仍然以8位机为主。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭,32位单片机应用得到了长足发展。而16位单片机的发展无论是从品种和产量方面,近年来都有较大幅度的增长。,二、单片机产生与发展概况单片机的发展大致经历了以下三个阶段：,16,(2),完善阶段：1978-,任务：完善单片机的体系结构，充分体现嵌入式应用的特点。,特点：,（1）,面向对象、突出控制功能，满足嵌入式应用的专用,CPU,及,CPU,外围电路体系结构。,（,2,）寻址范围规范为,16,位和,8,位的寻址空间。,（,3,）特殊功能寄存器（,SFR,）的集中管理模式。,（,4,）设置位地址空间，提供位寻址及位操作功能。,（,5,）指令系统突出控制功能。有位操作指令、,I/O,管理指令及大量的转移指令。,（,6,）规范的总线结构。有,8,位数据总线、,16,位地址总线以及多功能的异步串行接口,USART(Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter),。,(2)完善阶段：1978-,17,主要产品：,1978-高档8位单片机 Intel MCS-51系列：,-51子系列：8031/8051/8751,-52子系列：8032/8052/8752,1983-16位单片机 Intel MCS-96 系列,8098/8096、80C198/80C196,32位单片机出现：80960,低功耗型出现：,低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051,主要产品：,18,(3),微控制器形成阶段,主要技术发展方向：,在片内增强了满足测控对象要求的电路，从而形成了不同于Single Chip Microcomputer特点的微控制器。即：有完善的计算机体系结构；有面向测控对象的接口电路，如ADC、DAC、高速I/O口、计数器的捕捉与比较等；保证程序可靠运行的WDT（程序监视定时器）；保证高速数据传输的DMA(直接存储器存取)等。,（,1,）外围功能集成。满足模拟量输入的,ADC,，满足伺服驱动的,PWM,，满足高速,I/O,口以及保证程序可靠运行的程序监视定时器,WDT,。,（2）串行扩展总线及接口：如,SPI,、,I,2,C BUS,、,Microwire,、,1-Wire,等。,（3）满足分布式系统、突出控制功能的现场总线接口：如,CAN BUS(Controller Area Network BUS),等。,（4）程序存储器方面引进,OTP(One Time Programmable),和,Flash ROM,的应用：为最终取消外部程序存储器扩展奠定了良好的基础。,(3)微控制器形成阶段,19,三.单片机技术的发展方向,目前,计算机系统的发展已明显地朝巨型化、单片化、网络化等三个方向发展。巨型机用以解决复杂系统计算和高速数据处理。单片机的最明显的优势,就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。随着单片机需求的发展,各个生产厂家都在不断地改善单片机的功能,主要表现在内部结构上,增加了各种新的功能,提高了运算速度,降低了功耗,提高了存储能力,增加了与Internet连接的能力,并在电源电压方面、工艺方面及抗干扰能力方面有了较大的进步和发展。,三.单片机技术的发展方向目前,计算机系统的发展已明显地朝巨型,20,(1)内部结构。单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件包括一般常用的电路,例如：定时器、比较器、AD转换器、DA转换器、串行通信接口、看门狗（Watchdog）电路和LCD控制器等。,为了构成控制网络或形成局部网,有些单片机内部设计了内部含有局部网络控制模块CAN。例如,Infineon公司的C505C,C515C,C167CR,C167CS-32FM,81C90;Motorola公司的68HC08AZ系列等。在单片机C167CS-32FM中,内部含有两个CAN。这类单片机十分容易构成网络,特别是在控制系统较为复杂时,构成一个控制网络十分有用。有些单片机内部设置了专门用于变频控制的脉宽调制控制电路,这些单片机有Fujitsu公司的MB89850系列、MB89860系列;Motorola公司的MC68HC08MRl6、MR24等。在这些单片机中,脉宽调制电路有6个通道输出,可产生三相脉宽调制交流电压,并且内部含死区控制等,形成最具经济效益的嵌入式控制系统。,(1)内部结构。单片机在内部已集成了越来越多的部件,这些部件,21,有些单片机使用了锁相环技术或内部倍频技术,使内部总线速度大大高于时钟产生器的频率。Motorola公司的68HC08单片机使用49M外部振荡器,而内部时钟达32MHz,M68K系列32位单片机使用32k的外部振荡器频率内部时钟可达16MHz以上。,目前单片机采用的最先进技术是所谓的三核(TrCore)结构。这是一种建立在系统级芯片(System On a Chip)概念上的结构。这种单片机由三个核组成：一个是微控制器和DSP核,一个是数据和程序存储器核,最后一个是外围专用集成电路(ASIC)。这种单片机的最大特点在于把DSP和微控制器同时做在一个片上。虽然从结构定义上讲,DSP是单片机的一种类型,但其作用主要反映在高速计算和特殊处理(如快速傅立叶变换)等上面。把DSP技术和传统单片机集成大大提高了单片机的功能。这种单片机最典型的有Infineon公司的TC10GP;Hitachi公司的SH7410、SH7612等。这些单片机都是高档单片机,MCU都是32位的,而DSP采用16或32位结构,工作频率一般在60MHz以上。,有些单片机使用了锁相环技术或内部倍频技术,使内部总线速度大大,22,(2)功耗和电源电压方面。单片机的进步还表现在单片机的功耗越来越低,许多单片机都设置了多种工作方式,这些工作方式包括等待,暂停、睡眠、空闲、节电等。例如Philips公司的P87LPC762单片机在空闲时,其功耗为15mA,而在节电方式中,其功耗只有05mA。TI公司的单片机MSP430系列,是一个16位的系列,有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有LPM1、LPM3、LPM4等三种。当电源为3V时,功耗达到A级。有些厂家最近推出的单片机可在18V电压下以50M48MIPS全速工作,功率约为20mW。09V供电的单片机已经问世。几乎所有的单片机都有Wait、Stop等省电运行方式。允许使用的电源电压范围也越来越宽。一般单片机都能在36V范围内工作,对电池供电的单片机不再需要对电源采取稳压措施。,(2)功耗和电源电压方面。单片机的进步还表现在单片机的功耗越,23,(3)存储能力和Internet连接。过去的单片机存储器是以掩膜型为主的。由于掩膜需要一定的生产周期,为了降低产品的成本,一些生产厂家推出的单片机不再是掩膜型,而是具有在线可编程功能的单片机。目前,MTP可多次编程的单片机被普遍使用。一些单片机厂家,如ATMEL AVR单片机,片内采用FLASH,可多次编程。华邦公司生产的与8051兼容的单片机也采用了MTP性能。,(3)存储能力和Internet连接。过去的单片机存储器是以,24,四、单片机的应用领域,1单机应用,单机应用的主要领域有：,(1)智能产品 单片机与传统机械产品相结合，使传统机械产品结构简化，控制智能化，构成新一代机电一体化产品。,(2)智能仪表 目前各种传感器、变送器、控制仪表已普遍采用单片机应用系统。它集测量、处理、控制功能于一体，具有各种智能化功能。如存储、数据处理、查找、判断、联网和语音等功能。,(3)测控系统 用单片机构成的各种工业控制系统、数据采集系统，具有工作稳定、可靠、抗干扰能力强等优点。如炉温恒温控制、电镀生产自动控制等。,(4)智能接口 单片机的键盘管理，打印机、绘图机控制、硬盘驱动控制等,2多机应用,多机应用是单片机在高科技领域中应用的主要模式。,(1)多功能弥散系统 是指工程系统中可以在任意环节上设置单片机功能子系统，它体现了多机系统的功能分布。,(2)并行多机控制系统 有快速并行数据采集、处理系统，实时图像处理系统等。,(3)局部网络系统 主要用于系统中的通信控制，以及构成各种测控用子站系统。,四、单片机的应用领域,25,五、单片机系统的扩展和配置,单片机加上适当的外围器件和应用程序，构成的应用系统称为最小系统,。,这种采用“单片”形式构成的应用系统主要用于家用类产品和简单的仪器仪表中。对于复杂的测控系统,单片机本体上集成的功能元件满足不了需求，为了使测控系统覆盖更宽的应用范围，一般不得不在单片机的基础上外扩存贮器和IO接口。因此，利用单片机构成一个完整的工业测控系统，必需考虑单片机的系统扩展和系统配置。,1)系统扩展,指单片机内部的基本单元不能满足系统要求时，在片外扩展相应的电路或器件。,2)系统配置,指为了满足系统功能要求而配置的各种接口电路,图1 典型的单片机应用系统,五、单片机系统的扩展和配置单片机加上适当的外围器件和应用程,26,1.2 单片机产品及其性能介绍,单片机种类繁多,而且还在不断推出新的更高性能的单片机品种。从国内使用情况来看,MCS-51型系列单片机的应用最为广泛。下面介绍几个著名的单片机生产厂家的产品型号及功能。,18051类单片机,最早由Intel公司推出的8051/31类单片机也是世界上用量最大的几种单片机之一。后来8051类单片机主要由Philips、三星、华邦和ATMEL等公司生产。这些公司都在保持与8051单片机兼容的基础上改善了8051许多特性(如时序特性)。提高了速度、降低了时钟频率,放宽了电源电压的动态范围,降低了产品价格Motorola是世界上最大的单片机厂商。已有二百多个品种,选择余地较大。在8位机上有68HC05和升级产品68HC08等两种,68HC05有三十多个系列,产量已超过20亿片。8位增强型单片机有68HC11和68HC12。16位机68HC16有十多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。近年来,将DSP作为辅助模块集成的单片机也纷纷推出。Motorola单片机的特点之一是在同样速度下所使用的时钟频率较Intel类单片机低很多,因而使其高频噪声较低,抗干扰能力强,更适合用于工控领域及恶劣的环境。,3Microchip单片机,Microchip单片机是市场增长最快的单片机。其主要产品有16C系列8位单片机,CPU采用RISC结构,仅33条指令,运行速度快,价位较低。Microchip强调节约成本的最优化设计,适于用量大、档次低、价格敏感的产品。,1.2 单片机产品及其性能介绍 单片机种类繁多,而且还在不,27,4华邦单片机,华邦单片机是8051类单片机,其W78系列与标准的8051兼容,W77系列是增强型51系列,对8051的时序作了改进。同样时钟频率下速度提高25倍,FLASH容量从4KB到64KB,有ISP(在线可编程)功能。华邦的4位单片机有921系列和带LCD驱动的741系列。华邦使用惠普公司PA-RISC单片机技术,生产低价位的32位RISC单片机。,5Epson单片机,Epson公司以制造液晶显示器著称,因此,Epson单片机主要为该公司生产的LCD配套。其单片机的特点是LCD驱动部分做得特别好。在低电压、低功耗方面也很有特点。目前09V供电的单片机已经上市,不久,供LCD显示的手表类单片机将使用05V供电。,6Zilog单片机,Z8单片机是Zilog公司的产品,采用多累加器结构,有较强的中断处理能力。Z8单片机以低价位的优势面向低端应用,以18引脚封装为主,ROM为05KB2KB。最近Zilog公司又推出了Z86系列单片机,该系列内部可集成廉价的DSP单元。,7NS单片机,COP8单片机是美国国家半导体公司的产品,该公司以生产先进的模拟电路著称,能生产高水平的数字模拟混合电路。COP8单片机片内集成了16位AD。COP8单片机内部使用了电磁兼容设计具有EMI电路,在看门狗电路以及STOP方式下,单片机在唤醒方式上都有其独特方式。另外,在程序的加密控制方面,COP8单片机做得比较好。,4华邦单片机,28,分类,按应用领域分。可分为家电类、工控类、通信类、个人信息终端（,PDA,）等。,按通用性分。可分为通用型和专用型两大类。早期大多数都是通用型单片机。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。随着应用领域的不断扩大，在一些大批量应用的领域中，为了降低成本、简化系统结构、提高性能，出现了专门为某一些应用而设计的单片机，如用于计费电表、电子记事薄的单片机等。,按总线结构分。可分为总线型与串型总线型,。,按位数分类。有4位、8位、16位和32位单片机等。,分类按应用领域分。可分为家电类、工控类、通信类、个人信息终端,29,MCS-51单片机的主要性能和特点,内部程序存储器ROM,(,以89C51为例,)：,4K的存储容量；,内部数据存储器RAM：,256B(,128B的RAM+21B的SFR)；,寄存器区：,设有4个寄存器区，每一个区有R0-R7八个工作寄存器；,8位并行输入输出端口：,P0、P1、P2和P3；,定时/计数器：,2个16位的定时/计数器；,串型口：,全双工的端口（RXD：接收端，TXD发送端）,；,中断系统：,设有5个中断源；,系统扩展能力：,可外接64K的 ROM 和64K的 RAM；,堆栈：,设在RAM单元中，可以浮动既通过堆栈指针SP来确定堆栈的位置,布尔处理机：,配合布尔运算的指令进行各种逻辑运算；,指令系统：,111条指令。按功能可分为数据传送、算术运算、逻辑运算、控制转移和布尔操作5大类。,MCS-51单片机的主要性能和特点内部程序存储器ROM(,30,1-3,单片机的数制表示法,一.数制,1二进制,以2为基数的数制叫二进制,它只包括“0”和“1”两个符号。进位规则是“逢二进一”。,2十进制,以10为基数的数制叫十进制,十进制用0，1，2，3，4，5，6，7，8，9等10个符号来表示。进位规则是“逢十进一”。,3十六进制,尽管计算机内部采用二进制来表示信息,但为了书写和阅读的方便,我们经常采用十六进制。以16为基数的数制叫十六进制,进位规则是“逢十六进一”。十六进制数可以在数的后面放一个H作为标识符,表示这个数是十六进制数。,1-3单片机的数制表示法一.数制,31,二.数制的转换,1二进制一十进制的转换,例1-110011011B=127+026+025+124+123+022+121+120=155,110111B=123+122+021+120+12-1+12-2=1375,2.十进制一二进制的转换,把一个十进制整数依次除以2,并记下每次所得的余数(1或0),最后所得的余数的组合即为转换的十进制数。第一位余数为最低位(LSB),最后一个余数为最高位(MSB)。,要将一个十进制小数转换成二进制数,则应将十进制数连续不断地乘以2,并且记录所得溢出的整数部分,直到乘积为零为止。但有时结果永不为0,此时,只要转换到所要求的精度为止即可。第一次溢出的数为小数的最高位,最后一次溢出的为最低位。,二.数制的转换,32,三.机器数,为了区别原来的数与它在计算机中的表示形式,我们将已经数码化了的带符号数称为机器数。而把原来的数称为机器数的真值。,例如：7位数,+101100lB,则在计算机中表示为01011001B(59H);,而-101100lB在计算机中表示为11011001B(D9H)。,101100lB为真值,而0101100lB、1101100lB为机器数,。,在计算机中,机器数有三种表示方法：原码，反码，补码。,三.机器数,33,1原码,在符号位中用0表示正数,用1表示负数,而数值位保持原样的数,这样的机器数称为原码。由于最高位为符号位,因此,8位二进制原码表示的数的范围为：-127+127。,(1)正数。正数的原码与原来的数相同。,例1-11 +6=+00000110B,而：6原=00000110B,(2)负数。负数的原码为符号位置1,而数值位不变。,例1-12 -6=-00000110B,而：-6原=10000110B,(3)0的原码表示。0的原码表示法有两种,即正0和负0。,+0原=00000000,-0原=10000000,1原码,34,2反码,由于最高位为符号位,因此,8位二进制反码表示的数的范围为-127+127。,(1)正数。正数的反码与正数的原码相同。,例1-13 +6=+00000110B,而：+6反=00000110B,(2)负数。负数的反码为数值位的值按位求反后,符号位取“1”。,例1-14 -6-00000110B,-6反=1111100lB,(3)0的反码表示。0在反码中也有两种表示法,正0和负0。,+0反=00000000,-0反=11111111,2反码,35,3补码,在计算机中,用补码来表示数使得计算机的加减运算十分简单,因为它不必判断正负数,只要让符号位参加运算,即可得到正确的结果。8位二进制补码表示的数的范围为：-128+127。,为了进一步理解补码的意义,现以一个钟表的例子来说明。假若现在正确的时间为5点整,而钟表却错误地指在8点整。为了校准时钟,有两种拨正时针的方法：一种是倒拨3格(8-3=5),第二种是顺拨9个格(8+9=5)。因为钟表指示的最大数为12,从12开始又重新计数了。因此,模为12,9就是-3的补码。由于有了补码的概念,就可以将减法转换为加法计算了。,(1)正数。正数的补码与正数的原码相同。,例1-15 +6=+00000110B,而：+6补=00000110B,(2)负数。负数的补码由它的绝对值求反加1后得到。,例1-16 -6=-00000110B,-6补=11111010B,(3)0的补码表示。0的补码表示只有一种,其表达式为：,+0补=-0补=00000000B,3补码,36,(4)补码的运算。对于一个数按位求反后,再在末位加1,就可以得到这个数的正数相对应的负数的补码表示。我们把这种运算叫做求补运算。,补码的加法规则是：,X+Y补=X补+Y补,补码的减法规则是：,X-Y补=X补+-Y补,例1-17 求十进制数76-28的运算。,运算时将-28转换成补码,然后进行加法运算就可以了。,76-284801001100+1110010000110000,例1-18 求十进制数36-52的运算。,36-52-1600100100+1100110011110000,-16补=11110000B,综上所述,8位二进制数的原码、反码和补码有下列关系：,对于正数：X原=X反=X补,对于负数：X反=X原数值位取反,符号位不变。,X补=X反+1,采取求补运算,可以将计算机中的减法运算转换成加法运算,从而节约了计算机的硬件成本。,(4)补码的运算。对于一个数按位求反后,再在末位加1,就可以,37,四.计算机中常用的编码,1.BCD(8421)码,码最常用的编码为8421码。由于人们在工作中习惯用十进制数进行数据的输入输出,而计算机又必须用二进制数进行分析运算,因此就要求计算机将十进制数转换成二进制数,这将会影响计算机的工作速度。为了简化硬件电路和节省转换时间,可采用二进制数对每一位十进制数字编码,这种编码方式称为BCD码,2ASC码,在计算机中,除了做数字运算外,还有一些其他字符需要表示,例如用来组织、控制或表示数据的字母(英文26个字母等)。计算机与外围设备之间通信,需要识别许多特殊的符号,这些字母和符号统称字符,它们也必须按特定的规则用二进制编码才能在计算机中表示。,目前,在微型计算机系统中,世界各国普遍采用ASC编码表(American Standard Code for Information Interchange美国信息交换标准代码),ASC码用7位二进制数表示,可表达128个字符,其中包括数码09,英文大小写字母,标点符号和控制字符。,四.计算机中常用的编码1.BCD(8421)码,38,美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机及外设之间传递信息。,美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机及外设之间,39,作业,1 什么叫单片机？它有哪些主要特点？,5,单片机的主要技术发展方向是什么？,6,单片机主要用在哪些方面？,作业1 什么叫单片机？它有哪些主要特点？,40,