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1、单片机的应用与发展第1页，本讲稿共46页单片机与接口应用技术单片机与接口应用技术陶国正主编陶国正主编苏州大学出版社高等职业教育规划教材高等职业教育规划教材第2页，本讲稿共46页一、课程的性质和目的一、课程的性质和目的 v单单片片机机是是微微型型计计算算机机应应用用技技术术的的一一个个重重要要分分支支，近近年年来来在在工工业业智智能能仪仪器器仪仪表表、光光机机电电设设备备、自自动动化化、信信息息处处理理、家家电电、汽汽车电子等领域得到广泛应用和迅速发展。车电子等领域得到广泛应用和迅速发展。第3页，本讲稿共46页 单单片片机机与与接接口口应应用用技技术术是是为为自自动动化化专专业业及及计计算算机机
2、应应用用等等专专业业学学生生开开设设的的专专业业基基础础必必修修课课或或专专业业基基础础选选修修课课，本本课课程程的的教教学学目目的的是是通通过过理理论论教教学学与与实实验验环环节节，使使学学生生正正确确理理解解单单片片机机的的基基本本概概念念、基基本本原原理理，掌掌握握单单片片机机程程序序设设计计和和微微机机接接口口应应用用的的基基本本方方法法，并并能能综综合合运运用用单单片片机机的的软软、硬硬件件技技术术分分析析实实际际问问题题，为为工工业业生生产产、科科学学研研究究和和实实验验设设备备等等领领域域的的单单片片机机应用和开发打下良好的基础。应用和开发打下良好的基础。第4页，本讲稿共46页二
3、、课程教学内容二、课程教学内容本本课课程程以以理理论论教教学学为为主主要要环环节节，以以学学生生课课堂实验为辅，同时使用计算机辅助教学。堂实验为辅，同时使用计算机辅助教学。第5页，本讲稿共46页第第1 1章章 单片机的发展与应用单片机的发展与应用 基本概念介绍基本概念介绍1.微处理器的概念微处理器的概念qMPUMPU是是微微处处理理器器的的缩缩写写（MicroprocessorMicroprocessor），简简称称为为MPMP。MPUMPU是是集集成成在在同同一一块块芯芯片片上上的的具具有有运运算算和和控控制制功功能能逻逻辑辑的的中中央央处处理理器器。微微处处理理器器是是构构成成微微型型计计
4、算算机机、单单片片微微型型计算机系统的基础。计算机系统的基础。第6页，本讲稿共46页微型计算机组成结构微型计算机组成结构微微型型计计算算机机系系统统硬件硬件微型计算机微型计算机（主机主机）微处理器微处理器(CPU)软件软件外围设备外围设备运算器运算器控制器控制器存储器存储器(内存内存)RAMROM外部设备外部设备辅助设备辅助设备 输入设备输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪键盘、扫描仪、语音识别仪)输出设备输出设备(显示器、打印机、绘图仪、显示器、打印机、绘图仪、)辅助存储器辅助存储器(磁带、磁盘、光盘磁带、磁盘、光盘)输入输入/输出接口输出接口(I/O接口接口)总线总线(AB、DB、CB)系统
5、软件系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序监控程序)应用软件应用软件(科学计算，工业控制，数据处理科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路电源电路时钟电路时钟电路内部结构内部结构第7页，本讲稿共46页2微型计算机系统微型计算机系统q实实用用的的微微型型计计算算机机系系统统是是由由硬硬件件系系统统和和软软件件系系统统共共同同构构成成的的。两两者者是是相辅相成的，缺一不可相辅相成的，缺一不可第8页，本讲稿共46页3单片机的基本概念单片机的基本概念单片机单片机SCMC(
6、Single Chip MicroComputer)SCMC(Single Chip MicroComputer)是单片微型计算机的简称，也就是把微处理器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（）、一定容量的程序存储器（ROM）和数据存储）和数据存储器（器（RAM）、输入）、输入/输出接口（输出接口（I/O）、时钟及其它一些计算）、时钟及其它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，构成的单片微型计算机。成的单片微型计算机。属于微型机的一种属于微型机的一种 具有一般微机的基本组成和功能具有一般
7、微机的基本组成和功能其它名称：其它名称：微控制器微控制器MCUMCU（MicroController UnitMicroController Unit）嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（embedded microcontrollerembedded microcontroller）主要用于工业控制领域主要用于工业控制领域思考：能否取代思考：能否取代计算机？计算机？第9页，本讲稿共46页1.1单片机的发展单片机的发展1.1.11.1.1单片机的发展史：单片机的发展史：1976-1978 1976-1978 初初级级8 8位位单单片片机机 Intel Intel MCS-48 MCS-48 系列系
8、列1978-1982 1978-1982 高高档档8 8位位单单片片机机 Intel Intel MCS-51MCS-51系系列列：-51-51子系列：子系列：80318031/8051/8751/8051/8751-52-52子系列：子系列：80328032/8052/8752/8052/8752 低低功功耗耗型型80C3180C31高高性性能能型型80C25280C252廉廉价价型型89C89C20512051/10511051第10页，本讲稿共46页1981982 2-19901990 16 16位单片机位单片机 Intel MCS-96 Intel MCS-96 系列系列8098/80
9、968098/8096、80C198/80C19680C198/80C196 32 32位单片机位单片机 809608096019901990 微控制器全面发展微控制器全面发展数据位长数据位长 14816 32位。位。CPU处理能力和速度不断提高处理能力和速度不断提高。增大片内增大片内RAM和和ROM容量容量。增加片内增加片内I/O口和功能模块种类和数量口和功能模块种类和数量。扩大对外部扩大对外部RAM/IO口和程序存储器寻址能力口和程序存储器寻址能力。缩小体积，降低功耗。缩小体积，降低功耗。第11页，本讲稿共46页1.1.2单片机的发展趋势单片机的发展趋势COMS化：逐渐取代化：逐渐取代TT
10、L电路电路 CMOS电路的特点是低功耗、高密度、低电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。采用双极性半导体工艺的速度、低价格。采用双极性半导体工艺的TTL电路速度快，但功耗和芯片面积较大。电路速度快，但功耗和芯片面积较大。因为单片机芯片多数是采用因为单片机芯片多数是采用CMOS半导体半导体工艺生产。随着技术和工艺水平的提高，工艺生产。随着技术和工艺水平的提高，又出现了又出现了HMOS（高密度、高速（高密度、高速MOS）、）、CHMOS工艺。工艺。CHMOS是是CMOS和和HMOS工艺的结合。因而，在单片机领域工艺的结合。因而，在单片机领域CMOS正在逐渐取代正在逐渐取代TTL电路。电路。第
11、12页，本讲稿共46页低功耗化：低功耗化：mA级降到级降到AA级级 单片机的功耗已从单片机的功耗已从mA级降到级降到 A以下，使用电压在以下，使用电压在36V之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功之间，完全适应电池工作。低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品便携化。品便携化。低电压化低电压化 几乎所有的单片机都有几乎所有的单片机都有WAIT、STOP等省电运行方式。等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在允许使用的电压范围越来越宽，一般在36V范围范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达
12、内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12V。目前目前0.8V供电的单片机已经问世供电的单片机已经问世。第13页，本讲稿共46页低噪声与高可靠性低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片机厂家在单片机内部电路中都采取了新的技术措施。片机厂家在单片机内部电路中都采取了新的技术措施。大容量化大容量化 以往单片机内的以往单片机内的ROM为为1KB4KB，RAM为为64128B。但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须但在需
13、要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外界扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的进行外界扩充。为了适应这种领域的要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内工艺，使片内存储器大容量化。目前，单片机内ROM最大可达最大可达64KB，RAM最大为最大为2KB。第14页，本讲稿共46页高性能化高性能化 主要是指进一步改进主要是指进一步改进CPU的性能，加快指的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集结构和流水线，可以大幅采用精简指令集结构和流水线，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高已达度提高运行速度。现指令速度最高
14、已达100MIPS（Million Insruction Per Seconds,即兆指每秒），并加强了位处理即兆指每秒），并加强了位处理功能、中断定时控制功能。这类单片机的功能、中断定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出运算速度比标准的单片机高出10倍以上。倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可由于这类单片机有极高的指令速度，就可用软件模拟其用软件模拟其I/O功能，由此引入虚拟外设功能，由此引入虚拟外设的新概念。的新概念。第15页，本讲稿共46页小容量、低价格化小容量、低价格化 与上述相反，以与上述相反，以4位、位、8位机为中心的小容量、低价格化位机为中心的小容量、低价格
15、化也是发展方向之一。这类单片机的用途是把以往用数字也是发展方向之一。这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路的控制电路单片机化，可广泛用于家电产逻辑集成电路的控制电路单片机化，可广泛用于家电产品。品。外围电路内装化外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，这也是单片机发展的主要方向。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种外围功能器件集成在片内。除了一有可能把众多的各种外围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器、定时器/计数器等计数器等以外，片内集成的部件还有模以外，片内集成的部件还有模/数转换器、数数转换器、数/模转换模转换
16、器、器、DMA控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。第16页，本讲稿共46页串行扩展技术串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。随着低价位主流结构。随着低价位OTP（One Time Programble）及各种类型片内程序存储器）及各种类型片内程序存储器的发展，加之外围电路接口不断进入片内，的发展，加之外围电路接口不断进入片内，推动了单片机推
17、动了单片机“单片单片”应用结构的发展。应用结构的发展。特别是特别是I2C、SPI等串行总线的引入，可以等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计更少，单片机系统结使单片机的引脚设计更少，单片机系统结构更加简化及规范化。构更加简化及规范化。第17页，本讲稿共46页1.2 单片机的应用单片机的应用智能化仪器仪表智能化仪器仪表如智能电度表、智能流量计等。单片机用于仪器仪表中，使之走向了智如智能电度表、智能流量计等。单片机用于仪器仪表中，使之走向了智能化和微型化，扩大了仪器仪表功能，提高了测量精度和测量的可靠性。能化和微型化，扩大了仪器仪表功能，提高了测量精度和测量的可靠性。实时工业控制实时工业控制单片
18、机可以构成各种工业测控系统、数据采集系统，如数控机床、汽车安全单片机可以构成各种工业测控系统、数据采集系统，如数控机床、汽车安全技术检测系统、工业机器人、过程控制等。技术检测系统、工业机器人、过程控制等。网络与通信网络与通信利用单片机的通信接口，可方便地进行多机通信，也可组成网络利用单片机的通信接口，可方便地进行多机通信，也可组成网络系统。如单片机控制的无线遥控系统。系统。如单片机控制的无线遥控系统。家用电器家用电器如全自动洗衣机、自动控温冰箱、空调机等。单片机用于家用电如全自动洗衣机、自动控温冰箱、空调机等。单片机用于家用电器，使其应用更简捷、方便，产品更能满足用户的高层次要求。器，使其应用
19、更简捷、方便，产品更能满足用户的高层次要求。计算机智能终端计算机智能终端如计算机键盘、打印机等。单片机用于计算机智能终端，使之能够脱离主机如计算机键盘、打印机等。单片机用于计算机智能终端，使之能够脱离主机而独立工作，尽量少占用主机时间，提高主机的计算速度和处理能力。而独立工作，尽量少占用主机时间，提高主机的计算速度和处理能力。大家讨论大家讨论第18页，本讲稿共46页总结：单片机的应用特点总结：单片机的应用特点控制应用：应用范围广泛控制应用：应用范围广泛软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有软硬件结合：软硬件统筹考虑，不仅要会编程，还要有硬件的理论和实践知识。硬件的理论和实践知识。应用
20、现场环境恶劣：电磁干扰、电源波动、冲击震动、应用现场环境恶劣：电磁干扰、电源波动、冲击震动、高低温等环境因素的影响。要考虑芯片等级选择、接地高低温等环境因素的影响。要考虑芯片等级选择、接地技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干技术、屏蔽技术、隔离技术、滤波技术、抑制反电势干扰技术等。扰技术等。应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、应用空间大：工业自动化、仪器仪表、家用电器、信息和通信产品、军事装备等领域。信息和通信产品、军事装备等领域。返回本章首页第19页，本讲稿共46页1.3常用单片机芯片常用单片机芯片第20页，本讲稿共46页补充补充 1.4 数制与编码数制与编码1.4.1
21、数制的表示数制的表示1.常用数制常用数制（1）十进制数）十进制数 我们熟悉的十进制数有两个主要特点：我们熟悉的十进制数有两个主要特点：有十个不同的数字符号：有十个不同的数字符号：0、1、2、9；低位向高位进、借位的规律是低位向高位进、借位的规律是“逢十进一逢十进一”“借一当十借一当十”的计数原则的计数原则进行计数。进行计数。例如：例如：1234.45=1103210231014100410-1510-2 式中的式中的10称为十进制数的基数称为十进制数的基数,103、102、101、100、10-1称为各数位称为各数位的权。十进制数用的权。十进制数用D结尾表示。结尾表示。第21页，本讲稿共46页
22、（2）二进制数）二进制数 在二进制中只有两个不同数码：在二进制中只有两个不同数码：0和和1，进位规律是，进位规律是“逢二进一逢二进一”“借一当二借一当二”的计数原则进行计数。二进制数用的计数原则进行计数。二进制数用B结尾表示。结尾表示。例如，二进制数例如，二进制数11011011.01可表示为：可表示为：(11011011.01)2=12712602512412302212112002-112-2（3）八进制数）八进制数 在八进制中有在八进制中有0、1、2、7八个不同数码，采用八个不同数码，采用“逢八进一逢八进一”“借一借一当八当八”的计数原则进行计数。八进制数用的计数原则进行计数。八进制数用
23、Q结尾表示。结尾表示。例如，八进制数（例如，八进制数（503.04）Q可表示为：可表示为：（503.04）Q=582+081+380+08-1+48-2第22页，本讲稿共46页（4）十六进制数）十六进制数 在十六进制中有在十六进制中有0、1、2、9、A、B、C、D、E、F共十六共十六个不同的数码，采用个不同的数码，采用“逢十六进一逢十六进一”“借一当十六借一当十六”的计数原的计数原则进行计数。十六进制数用则进行计数。十六进制数用H结尾表示。结尾表示。例如，十六进制数（例如，十六进制数（4E9.27）H可表示为可表示为 （4E9.27）H=4162141619160216-1716-22不同进制
24、数之间的相互转换不同进制数之间的相互转换 表表1列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，熟记这列出了二、八、十、十六进制数之间的对应关系，熟记这些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。些对应关系对后续内容的学习会有较大的帮助。第23页，本讲稿共46页表表1 各种进位制的对应关系各种进位制的对应关系十进制二进制八进制十六进制十进制二进制八进制十六进制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F711177161000020108100010
25、817100012111第24页，本讲稿共46页（1）二、八、十六进制数转换成为十进制数二、八、十六进制数转换成为十进制数 根据各进制的定义表示方式，按权展开相加，即可根据各进制的定义表示方式，按权展开相加，即可转换为十进制数。转换为十进制数。【例例】将（将（10101）B，(72)Q，（，（49）H转换为十进制数。转换为十进制数。(10101)B=124023122021120=21(72)Q=781+280=58(49)H=41619160=73（2）十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数 十进制数转换二进制数十进制数转换二进制数,需要将整数部分和小数部分分开需要将整数部分和小数部分
26、分开,采用不同方法进行转换采用不同方法进行转换,然后用小数点将这两部分连接起来。然后用小数点将这两部分连接起来。第25页，本讲稿共46页整数部分：除整数部分：除2取余法。取余法。具体方法是：将要转换的十进制数除以具体方法是：将要转换的十进制数除以2，取余数；，取余数；再用商除以再用商除以2，再取余数，直到商等于，再取余数，直到商等于0为止，将每次得到的为止，将每次得到的余数按倒序的方法排列起来作为结果。余数按倒序的方法排列起来作为结果。【例例】将十进制数将十进制数25转换成二进制数转换成二进制数所以（所以（25）D=11001B第26页，本讲稿共46页小数部分：乘小数部分：乘2取整法。取整法。
27、具体方法是：将十进制小数不断地乘以具体方法是：将十进制小数不断地乘以2，直到积的小数部分为，直到积的小数部分为零（或直到所要求的位数）为止，每次乘得的整数依次排列即为零（或直到所要求的位数）为止，每次乘得的整数依次排列即为相应进制的数码。最初得到的为最高有效数位，最后得到的为最相应进制的数码。最初得到的为最高有效数位，最后得到的为最低有效数字。低有效数字。【例例】将十进制数将十进制数0.625转换成二进制数转换成二进制数。所以（所以（0.625）D=0.101B第27页，本讲稿共46页【例例】将十进制数将十进制数25.625转换成二进制数，只要将上例整数和小数部转换成二进制数，只要将上例整数和
28、小数部分组合在一起即可，即分组合在一起即可，即(25.625)D=(11001.101)B十进制数转换为八进制数十进制数转换为八进制数例如：将十进制例如：将十进制193.12转换成八进制数。转换成八进制数。所以（所以（193.12）D (301.075)Q第28页，本讲稿共46页(3)二进制与八进制之间的相互转换二进制与八进制之间的相互转换 采用采用“合三为一合三为一”的原则，即从小数点开始向左、右两的原则，即从小数点开始向左、右两边各以边各以3位为一组进行二位为一组进行二-八转换：若不足八转换：若不足3位的以位的以0补足，便可以将补足，便可以将二进制数转换为八进制数。反之，每位八进制数用三位
29、二进制数表示，二进制数转换为八进制数。反之，每位八进制数用三位二进制数表示，就可将八进制数转换为二进制数。就可将八进制数转换为二进制数。【例例】将（将（10100101.01011101）2转换为八进制数。转换为八进制数。010 100 101.010 111 010 2 4 5 .2 7 2即即 (10100101.01011101)B=(245.272)Q第29页，本讲稿共46页【例例】将将(756.34)Q转换为二进制数。转换为二进制数。7 5 6 .3 4 111 101 110.011 100 即即 (756.34)Q=(111101110.0111)B(4)二进制与十六进制之间的相
30、互转换二进制与十六进制之间的相互转换 采用采用“合四为一合四为一”的原则，即从小数点开始向左、右两边各的原则，即从小数点开始向左、右两边各以以4位为一组进行二位为一组进行二十六转换，若不足十六转换，若不足4位的以位的以0补足，便可以将补足，便可以将二进制数转换为十六进制数。反之，每位十六进制数用四位二进制二进制数转换为十六进制数。反之，每位十六进制数用四位二进制数表示，就可将十六进制数转换为二进制数。数表示，就可将十六进制数转换为二进制数。第30页，本讲稿共46页【例例】将将(1111111000111.100101011)B转换为十六进制数。转换为十六进制数。0001 1111 1100 0
31、111.1001 0101 1000 1 F C 7 .9 5 8 即即 (111111000111.100101011)B=(1FC7.958)H【例例】将将(79BD.6C)H转换为二进制数。转换为二进制数。7 9 B D .6 C 0111 1001 1011 1101.0110 1100 即即 (79BD.6C)H=(111100110111101.011011)B1.4.2 常用的信息编码常用的信息编码1.二二十进制十进制BCD码码（Binary-Coded Decimal）二二十进制十进制BCD码是指每位十进制数用码是指每位十进制数用4位二进制数编码表示。位二进制数编码表示。由于由
32、于4位二进制数可以表示位二进制数可以表示16种状态，可丢弃最后种状态，可丢弃最后6种状态，而选用种状态，而选用00001001来表示来表示09十个数符。这种编码又叫做十个数符。这种编码又叫做8421码。见码。见表所示。表所示。第31页，本讲稿共46页表表 十进制数与十进制数与BCD码的对应关系码的对应关系十进制数BCD码十进制数BCD码00000100001000010001110001000120010120001001030011130001001140100140001010050101150001010160110160001011070111170001011181000180001
33、1000910011900011001第32页，本讲稿共46页【例例】将将69.25转换成转换成BCD码。码。6 9 .2 5 0110 1001.0010 0101 结果为结果为69.25=(01101001.00100101)BCD【例例】将将BCD码码100101111000.01010110转换成十进制数。转换成十进制数。1001 0111 1000.0101 0110 9 7 8 .5 6 结果为（结果为（100101111000.01010110）BCD=978.562.字符编码（字符编码（ASCII码）码）计算机使用最多、最普遍的是计算机使用最多、最普遍的是ASCII（Ameri
34、can Standard Code For Information Interchange）字符编码，即美国信息交换标准代码，）字符编码，即美国信息交换标准代码，如表所示。如表所示。第33页，本讲稿共46页表表 七位七位ASCII代码表代码表 d3 d2 d1d0位0 d6 d5d4位0000010100111001011101110000NULDELSP0Pp0001SOHDC1！1AQaq0010STXDC22BRbr0011ETXDC33CScs0100EOTDC44DTdt0101ENQNAK5EUeu0110ACKSYN6FVfv0111BELETB7GWgw1000BSCAN8HX
35、hx1001HTEM9IYiy1010LFSUB：JZjz1011VTESCKk1100FFFS，Ll1101CRGSMm1110SORSNn1111SIHSOoDEL第34页，本讲稿共46页 ASCII码的每个字符用码的每个字符用7位二进制数表示，其排列次序为位二进制数表示，其排列次序为d6d5d4d3d2d1d0,d6为高位，为高位，d0为低位。而一个字符在计算机为低位。而一个字符在计算机内实际是用内实际是用8位表示。正常情况下，最高一位位表示。正常情况下，最高一位d7为为“0”。7位二进制位二进制数共有数共有128种编码组合，可表示种编码组合，可表示128个字符，其中数字个字符，其中数字
36、10个、大小个、大小写英文字母写英文字母52个、其他字符个、其他字符32个和控制字符个和控制字符34个。个。数字数字09的的ASCII码为码为30H39H。大写英文字母大写英文字母AZ的的ASCII码为码为41H5AH。小写英文字母小写英文字母az的的ASCII码为码为61H7AH。对于对于ASCII码表中的码表中的0、A、a的的ASCII码码30H、41H、61H应尽应尽量记住，其余的数字和字母的量记住，其余的数字和字母的ASCII码可按数字和字母的顺序以十码可按数字和字母的顺序以十六进制的规律写出。六进制的规律写出。第35页，本讲稿共46页1.5 计算机数值数据表示与运算计算机数值数据表示
37、与运算第36页，本讲稿共46页带符号数的表示方法带符号数的表示方法用最高位表示符号位（即用最高位表示符号位（即8位数的位数的D7位，位，16位数的位数的D15位）位）1 表示负表示负 0 表示正表示正如：如：+81=01010001 -81=11010001带符号数又叫带符号数又叫机器数机器数 n=8 0 1010001 n=16 1 111000101000111符号位符号位数值位数值位真值真值（机器数代表的实际数值，如上例中的（机器数代表的实际数值，如上例中的+81和和-81）第37页，本讲稿共46页【例例】真值为真值为(-0101100)B的机器数为的机器数为10101100，存放在机器
38、中，存放在机器中，如图所示。如图所示。图图(-0101100)B在机器中的存放在机器中的存放 要注意的是，机器数表示的范围受到字长的限制。例如，若表示要注意的是，机器数表示的范围受到字长的限制。例如，若表示一个整数，字长为一个整数，字长为8位，则最大的正数为位，则最大的正数为01111111，最高位为符号位，最高位为符号位，即最大值为即最大值为127。若数值超出。若数值超出127，就要，就要“溢出溢出”。最小负数为。最小负数为10000000，最高位为符号位，即最小值为，最高位为符号位，即最小值为-128。第38页，本讲稿共46页l l带符号数的表示方法带符号数的表示方法带符号数的表示方法带符
39、号数的表示方法:原码，反码，补码原码，反码，补码在计算机中，带符号数可以用不同方法表示，常用的有原码、在计算机中，带符号数可以用不同方法表示，常用的有原码、反码和补码。反码和补码。(1)原码原码【例例】当机器字长当机器字长n=8时：时：+1原原0 0000001，-1原原1 0000001 +127原原0 1111111，-127原原1 111111l第39页，本讲稿共46页 由此可以看出，在原码表示法中：由此可以看出，在原码表示法中：最高位为符号位，正数为最高位为符号位，正数为0，负数为，负数为1，其余，其余n-1位表示数的绝对值。位表示数的绝对值。在原码表示中，零有两种表示形式，即：在原码
40、表示中，零有两种表示形式，即：+000000000，-010000000。(2)反码反码【例例】当机器字长当机器字长n=8时：时：+1反反00000001，-1反反11111110 +127反反01111111，-127反反10000000 由此看出，在反码表示中：由此看出，在反码表示中：正数的反码与原码相同，负数的反码只需将其对应的正数按位求反即正数的反码与原码相同，负数的反码只需将其对应的正数按位求反即可得到。可得到。第40页，本讲稿共46页 机器数最高位为符号位，机器数最高位为符号位，0代表正号，代表正号，1代表负号。代表负号。反码表示方式中，零有两种表示方法：反码表示方式中，零有两种表
41、示方法：+0反反00000000，-0反反11111111。（3）补码）补码【例例】当机器字长当机器字长n8时，时，+1补补00000001，-1补补11111111+127补补01111111，-127补补10000001 由此看出，在补码表示中：由此看出，在补码表示中：正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等于它的反码加正数的补码与原码、反码相同，负数的补码等于它的反码加l。机器数的最高位是符号位，机器数的最高位是符号位，0代表正号，代表正号，1代表负号。代表负号。在补码表示中，在补码表示中，0有唯一的编码：有唯一的编码：0补补0补补00000000。补码的运算方便，二进制的减法可用补码的
42、加法实现，使用较广泛。补码的运算方便，二进制的减法可用补码的加法实现，使用较广泛。第41页，本讲稿共46页【例例】假定计算机字长为假定计算机字长为8位，试写出位，试写出122的原码、反码和补的原码、反码和补码。码。122原原122反反122补补01111010B【例例】假定计算机字长为假定计算机字长为8位，试写出位，试写出45的原码、反码和补码。的原码、反码和补码。45原原10101101B45反反11010010B45补补11010011B 第42页，本讲稿共46页总结：原码、反码、补码之间的转换关系：总结：原码、反码、补码之间的转换关系：正数正数:X原原=X反反=X补补 符号位数码化符号位
43、数码化0，其它位为，其它位为 绝对值绝对值 例：例：X=+105 X原原=X反反=X补补=01101001B 负数负数:X原原符号位数码化符号位数码化1，其它位为绝对值，其它位为绝对值 X反反符号位数码化符号位数码化1不变，数值位全部变反不变，数值位全部变反 X补补符符号号位位数数码码化化1不不变变，数数值值位位全全部部变变反反，然然后后最最低位加低位加1。例：例：Y=-105 X原原=11101001B X反反=10010110B X补补=10010111B第43页，本讲稿共46页补码的运算补码的运算 在微处理机中，使用补码进行运算是十分方便的，它使同在微处理机中，使用补码进行运算是十分方便
44、的，它使同一个微处理机中既能运算带符号数又能运算不带符号的数。而一个微处理机中既能运算带符号数又能运算不带符号的数。而且，在采用补码表示带符号数的情况下，两个数的减法可以用且，在采用补码表示带符号数的情况下，两个数的减法可以用加法来实现。下面我们将会看到这一点。加法来实现。下面我们将会看到这一点。在进行带符号数的加减运算时，应把参与运算的数据转换在进行带符号数的加减运算时，应把参与运算的数据转换成补码形式进行运算。当使用成补码形式进行运算。当使用8位二进制数表示带符号的数时，位二进制数表示带符号的数时，它所能表示的数值范围在它所能表示的数值范围在(-128)10(+127)10之间，如果相加之
45、间，如果相加结果超出了这个范围，就会导致错误发生。结果超出了这个范围，就会导致错误发生。第44页，本讲稿共46页举例说明：举例说明：25+32=57 25-32=25+（-32）=-7 00011001 补补 00011001 补补+00100000 补补 +11100000 补补 00111001 补补 11111001 补补 00111001补补的真值是的真值是57 11111001补补的真值是的真值是-7（补（补 码再求补得原码）码再求补得原码）正数正数负数负数11111001补补 补补=10000111原原=-7 由由X原原可以得到真值可以得到真值注意：注意：X补补+Y补补=X+Y补补 X补补补补=X原原 X补补-Y补补=X-Y补补或或 X补补+-Y补补=X-Y补补 第45页，本讲稿共46页同同同同 学学学学 们们们们 再再再再 见见见见!第46页，本讲稿共46页