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1、第1章单片机概述及数制转换第1页，本讲稿共65页 第第 1 章章 单单 片片 机机 概概 述述 及及 数数 制制 回回 顾顾第2页，本讲稿共65页(一）一）单片机概述单片机概述1.11.1单片机的概念单片机的概念1.21.2单片机的发展单片机的发展单片机的发展单片机的发展1.3单片机的应用单片机的应用第3页，本讲稿共65页 1.1.1 单片机的名称单片机的名称 1.1.2 通用单片机和专用单片机通用单片机和专用单片机 1.1.3 单片机与单片机系统单片机与单片机系统 1.1.4 单片机应用系统与单片机开发系统单片机应用系统与单片机开发系统 1.1.5 单片机的程序设计语言和软件单片机的程序设计
2、语言和软件1.1 单片机的概念单片机的概念第4页，本讲稿共65页1.1.1 单片机的名称 单片微机是早期单片微机是早期Single Chip Microcomputer的直译，它忠实地反映了早期单片微的直译，它忠实地反映了早期单片微机的形态和本质。机的形态和本质。单片微型计算机简称单片机（单片微型计算机简称单片机（Single Chip Microcomputer），），又称微控制器（又称微控制器（Microcomputer Unit）。将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。将计算机的基本部件微型化，使之集成在一块芯片上。片内含有片内含有CPU、ROM、RAM、并行、并行I/O、串行
3、、串行I/O、定时器、定时器/计数器、中断控制、系计数器、中断控制、系统时钟及总线等。统时钟及总线等。随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突随后，按照面向对象、突出控制功能，在片内集成了许多外围电路及外设接口，突破了传统意义的计算机结构，发展成破了传统意义的计算机结构，发展成microcontroller的体系结构，目前国外已普遍的体系结构，目前国外已普遍称之为微控制器称之为微控制器MCU（Micro Controller Unit）。）。鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为鉴于它完全作嵌入式应用，故又称为嵌入式微控制器嵌入式微控制器Embedded Microc
4、ontroller）。第5页，本讲稿共65页单片机的定义单片机的定义 单片微型计算机单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)简称单片机，即把组成微型计算机的各个功能部简称单片机，即把组成微型计算机的各个功能部件，如中央处理器件，如中央处理器(CPU)、随机存储器、随机存储器(RAM)、只读存储器只读存储器(ROM)、输入、输入/输出接口电路、定时输出接口电路、定时器器/计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片计数器以及串行通信接口等集成在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机中，构成一个完整的微型计算机。第6页，本讲稿共65页 单片机的组成单片机的组成 第7页，本讲稿共
5、65页第8页，本讲稿共65页 单片机的特点单片机的特点 集成度高、体积小集成度高、体积小 面向控制、功能强面向控制、功能强抗干扰能力强抗干扰能力强 功耗低功耗低 使用方便使用方便 性能价格比高性能价格比高 容易产品化容易产品化 第9页，本讲稿共65页1.1.2 通用单片机和专用单片机 根据控制应用可分为：通用型和专用型两大类。根据控制应用可分为：通用型和专用型两大类。1、通用型单片微机。通用型单片微机。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。通过不同的外围扩展来满足不同的应用对象要求。2、专用型单片微机专用型单片微机 随着应用领域的不断扩大出现了专门为某一类应用而设随着应用领域的不断扩大出
6、现了专门为某一类应用而设计的单片机计的单片机。目的：降低成本、简化系统结构、提高可靠性。目的：降低成本、简化系统结构、提高可靠性。如：如：用于计费率电表、用于手机的单片机、用于用于计费率电表、用于手机的单片机、用于 某种玩具的单片机等。某种玩具的单片机等。第10页，本讲稿共65页1.1.3单片机与单片机系统 单片机单片机通常是指芯片本身，集成的是一些基本组成部分。是典型的嵌入式系通常是指芯片本身，集成的是一些基本组成部分。是典型的嵌入式系统的主要构成单元，只能作为嵌入式应用，即嵌入到对象环境、结构、体系统的主要构成单元，只能作为嵌入式应用，即嵌入到对象环境、结构、体系中作为其中的一个智能化控制
7、单元。中作为其中的一个智能化控制单元。如：如：洗衣机、电视机、洗衣机、电视机、VCD、DVD等家用电器，打印机、复印机、通信设备、等家用电器，打印机、复印机、通信设备、智能仪表、现场总线控制单元等。智能仪表、现场总线控制单元等。单片机系统单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定是在单片机芯片的基础上扩展其它电路或芯片构成的具有一定应用功能的计算机系统。如数字频率计等。应用功能的计算机系统。如数字频率计等。单片机应用系统单片机应用系统中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件电路和中包括了满足对象（如洗衣机）要求的全部硬件电路和应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称
8、为单片机应用系统。应用软件。构成各种嵌入式应用的电路系统，统称为单片机应用系统。单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片微机应用系统结构通常分三个层次，即单片机单片机、单片机系统单片机系统、单片机应单片机应用系统用系统。第11页，本讲稿共65页单片机：单片机：通常是应用系统的通常是应用系统的主机主机，设计单片机应用系统时，为所选择的单片机系，设计单片机应用系统时，为所选择的单片机系列器件。列器件。单片机系统：单片机系统：单片微机资源的扩展，外围接口电路进入片内，最终向单片应用系统集成发展。单片微机资源的扩展，外围接口电路进入片内，最终向单片应用系统集成发展。最终产品的目标系统，除了硬件电路外
9、，还须嵌入最终产品的目标系统，除了硬件电路外，还须嵌入系统应用程序系统应用程序。按照所选择的单片机，以及单片机的技术要求和嵌入对象对单片机的按照所选择的单片机，以及单片机的技术要求和嵌入对象对单片机的资源要求构成资源要求构成单片机系统单片机系统。单片机应用系统：单片机应用系统：按照单片机要求在外部配置单片机运行所需要的时钟电路、复位电路等，构成按照单片机要求在外部配置单片机运行所需要的时钟电路、复位电路等，构成了单片机的最小应用系统。在单片机中了单片机的最小应用系统。在单片机中CPU外围电路不能满足嵌入对象功能外围电路不能满足嵌入对象功能要求时，在单片机外部扩展要求时，在单片机外部扩展CPU外
10、围电路，如存储器、定时器计数器、外围电路，如存储器、定时器计数器、中断源等，形成能满足具体嵌入中断源等，形成能满足具体嵌入应用应用的一个计算机系统。的一个计算机系统。习惯统称为：单片机（应用）系统习惯统称为：单片机（应用）系统第12页，本讲稿共65页1.1.4 单片机应用系统第13页，本讲稿共65页 单片机开发系统 单片机开发系统是单片机的开发调试的工具，有单片单板机和仿真器。实现单片机应用系统的硬、软件开发。MDS（单片机开发系统）、ICE（在线仿真器）第14页，本讲稿共65页1.1.5 单片机的程序设计语言和软件 机器语言：机器语言：单片机应用系统单片机应用系统只使用只使用机器语言机器语言
11、（指令的（指令的二进制代码，又称二进制代码，又称指令代码指令代码）。机器语言指令）。机器语言指令组成的程序称组成的程序称目标程序目标程序。如：将如：将MCS-51寄存器寄存器R0的内容送入累加的内容送入累加器器ACC的机器语言指令为：的机器语言指令为：11101000B 机器语言机器语言（MachineLanguage)有三类有三类 汇编语言汇编语言(Assemble)高级语言高级语言(HighLevelLanguage)繁杂、不易理解、记忆繁杂、不易理解、记忆第15页，本讲稿共65页高级语言：高级语言：高级语言源程序高级语言源程序C51、C、PL/M51等。等。汇编语言：汇编语言：与机器语言
12、指令一一对应的英文单词缩写，称为与机器语言指令一一对应的英文单词缩写，称为指令助记符指令助记符。汇编语言编写的程序称为汇编语言程序。汇编语言编写的程序称为汇编语言程序。如：将如：将MCS-51累加器累加器ACC的内容与寄存器的内容与寄存器R1的的内容相加，和存入累加器内容相加，和存入累加器ACC的汇编语言指令为：的汇编语言指令为：ADD A，R0明了、易理解记忆、效率高明了、易理解记忆、效率高明了、易理解、易移植、但效率稍差、占用内存多明了、易理解、易移植、但效率稍差、占用内存多第16页，本讲稿共65页不同计算机语言的应用：不同计算机语言的应用：源程序通过编译得到机器能执行的目标程序。汇汇编编
13、语语言言程程序序可可以以高高效效率率利利用用计计算算机机资资源源，目目标标程程序序占占用用内内存存少少，执行速度快，适合于自动测控系统反应快速、结构紧凑的要求。执行速度快，适合于自动测控系统反应快速、结构紧凑的要求。高高级级语语言言程程序序容容易易掌掌握握，通通用用性性好好，但但编编译译程程序序系系统统开开销销大大，目目标标程程序序占占用用内内存存多多，且且执执行行时时间间比比较较长长，多多用用于于科科学学计计算算、工工业业设设计计、企业管理。企业管理。源程序源程序目标程序目标程序编译编译程序程序第17页，本讲稿共65页1.2.1 单片机发展概述单片机发展概述1.2.2 MCS-51单片机系列
14、单片机系列1.2.3 80C51单片机系列单片机系列1.2 1.2 单片机的发展单片机的发展第18页，本讲稿共65页 第第1阶段阶段(19741976年年)：初级单片机阶段：初级单片机阶段 1974年，美国年，美国Fairchild(仙童仙童)公司研制出世公司研制出世界上第一台单片微型计算机界上第一台单片微型计算机F8，深受家用，深受家用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视，从此拉电器和仪器仪表领域的欢迎和重视，从此拉开了研制单片机的序幕。开了研制单片机的序幕。这个时期生产的单片机特点是制造工艺落这个时期生产的单片机特点是制造工艺落后、集成度低。后、集成度低。1.2.11.2.1单片机发展概述单片机
15、发展概述第19页，本讲稿共65页 第第2阶段阶段(19761978年年)：低性能单片机阶：低性能单片机阶段已能在单块芯片内集成有段已能在单块芯片内集成有CPUCPU、并行口、定、并行口、定时器、时器、RAMRAM和和ROMROM等功能，但等功能，但CPUCPU功能还不太强，功能还不太强，I/OI/O的种类和数量少，存储容量小，只能应用的种类和数量少，存储容量小，只能应用于比较简单的场合。于比较简单的场合。以以IntelIntel公司的公司的MCS-48MCS-48为代表，这个系列的单为代表，这个系列的单片机内集成有片机内集成有8 8位位CPUCPU、并行、并行I/OI/O接口、接口、8 8位定
16、位定时器时器/计数器，寻址范围不大于计数器，寻址范围不大于4KB4KB，且，且无串无串行口行口，它是，它是8 8位机的早期产品。位机的早期产品。第20页，本讲稿共65页 第第3阶段阶段(19781983年年)：高性能单片机阶段：高性能单片机阶段 普遍带有串行口，有多级中断处理系统，普遍带有串行口，有多级中断处理系统，1616位定时器位定时器/计数器。片内计数器。片内RAMRAM、ROMROM容量加大，容量加大，且寻址范围可达且寻址范围可达64KB64KB，有的片内还带有，有的片内还带有A/DA/D转转换器接口。换器接口。这类单片机有这类单片机有IntelIntel公司的公司的MCS-51MCS
17、-51，MotorolaMotorola公司的公司的M6805M6805和和ZilogZilog公司的公司的Z8Z8等。等。由于这类单片机的应用领域极其广泛，且性由于这类单片机的应用领域极其广泛，且性价比高，各公司正在大力改进其结构与性能，价比高，各公司正在大力改进其结构与性能，所以这个系列的各类产品仍是目前国内外产品所以这个系列的各类产品仍是目前国内外产品的主流。的主流。第21页，本讲稿共65页 第第4阶段阶段(1983年至今年至今)：16位及以上单片机和超位及以上单片机和超8位单片机位单片机并行发展阶段并行发展阶段 发展发展1616位及以上单片机及专用单片机；另一方面不断完位及以上单片机及
18、专用单片机；另一方面不断完善高档善高档8 8位单片机，改善其结构位单片机，改善其结构 MCS-96MCS-96系列、系列、MostekMostek公司的公司的MK68200MK68200、NSNS公司的公司的HPC16040HPC16040系列、系列、NECNEC公司的公司的783XX783XX系列和系列和TITI公司的公司的TMS9940TMS9940及及99959995系系列。列。片内含有片内含有A/DA/D和和D/AD/A转换电路，支持高级语言。主要用于过程转换电路，支持高级语言。主要用于过程控制、智能仪表、家用电器及作为计算机外部设备的控制器控制、智能仪表、家用电器及作为计算机外部设备
19、的控制器等。等。近年来，家用电子系统、多媒体技术和近年来，家用电子系统、多媒体技术和InternetInternet技术的技术的新发展，新发展，3232位甚至位甚至6464位单片机的生产前景看好。位单片机的生产前景看好。第22页，本讲稿共65页CPUCPU功能增强功能增强 单片机大容量化、内部资源增多单片机大容量化、内部资源增多 引脚的多功能化、发展串行总线引脚的多功能化、发展串行总线 单片机小容量低廉化、超微型化单片机小容量低廉化、超微型化 低功耗和低电压低功耗和低电压 单片机开发方式的进步单片机开发方式的进步 多机与网络系统的支持技术日趋成熟多机与网络系统的支持技术日趋成熟 第23页，本讲
20、稿共65页1976-1976-：初级：初级8 8位单片机位单片机 Intel MCS-48Intel MCS-48系列系列1980-1980-：高档：高档8 8位单片机位单片机 Intel MCS-51Intel MCS-51系列：系列：5151子系列：子系列：80318031/8051/8751/8051/8751 5252子系列：子系列：80328032/8052/8752/8052/8752 低功耗型低功耗型80C51/87C51/80C310C31 高性能型高性能型80C252 80C252 1983-1983-：1616位单片机位单片机 Intel MCS-96 Intel MCS-
21、96 系列：系列：8098/80968098/8096、80C198/80C19680C198/80C196 32 32位单片机位单片机 8096080960二、二、Intel单片机的发展历史单片机的发展历史第24页，本讲稿共65页 低档型：低档型：8021、8022MCS48 基本型：基本型：8048、8748、8038 （从（从1976年起）年起）改进型：改进型：8049、8749、8039和和8050、8750、8040 基本型：基本型：8051、8751、8031MCS51 改进型：改进型：8052、8752、8032（从（从1980年起）年起）低功耗型：低功耗型：80C51、87C5
22、1、80C31 强性能型：强性能型：83C252、87C252、80C252 早期产品：早期产品：8X9X（8096）MCS96 改进型：改进型：8X9XBH、8X9XJF（从（从1983年起）年起）新产品：新产品：8098（准）（准）强功能型：强功能型：80C196、80C198（准）（准）第25页，本讲稿共65页1.2.2MCS-51单片机系列MCS-51系列基本产品型号：系列基本产品型号：8051、8031、8751称为称为 51子系列。子系列。不不同同型型号号MCS-51单单片片机机CPU处处理理能能力力和和指指令令系系统统完完全全兼兼容，只是存储器和容，只是存储器和I/O接口的接口的
23、配置配置有所不同。有所不同。硬件硬件基本配置：基本配置：1.8位位CPU2.片内片内ROM/EPROM、RAM 3.片内并行片内并行 I/O接口接口4.片内片内16位定时器位定时器/计数器计数器5.片内中断处理系统片内中断处理系统6.片内全双工串行片内全双工串行I/O口口第26页，本讲稿共65页80C5180C51：片内含有掩膜：片内含有掩膜ROMROM型程序存储器；型程序存储器；只能由生产厂家代为用户固化；只能由生产厂家代为用户固化；批量大、永久保存、不修改时用。批量大、永久保存、不修改时用。87C5187C51：片内含：片内含EPROMEPROM型程序存储器；型程序存储器；用户可固化，可用
24、紫外线光照射擦除；用户可固化，可用紫外线光照射擦除；但早期价格高；现已大幅降价。但早期价格高；现已大幅降价。80C3180C31：片内无程序存储器，可在片外扩展；：片内无程序存储器，可在片外扩展；方便灵活，价格便宜。方便灵活，价格便宜。MCS51系列单片机的3种基本产品第27页，本讲稿共65页第28页，本讲稿共65页现常用的与现常用的与MCS-51MCS-51单片机兼容的单片机兼容的单单 片片 机机 简简 介介 AT89系列单片机系列单片机AT89系列单片机是美国系列单片机是美国Atmel公司的公司的8位位FlashROM单片单片机产品机产品。以以MCS-51为内核为内核,与与MCS-51系列
25、的单片机系列的单片机软硬件兼容。软硬件兼容。（普通型：（普通型：AT89C51 增强型增强型 AT89C52 廉价型廉价型 AT89C2051/1051）P89系列单片机系列单片机P89系列单片机是系列单片机是PhilipsPhilips公司的公司的8位位FlashROM单片单片机产品机产品。以以MCS-51为内核为内核,与与MCS-51系列的单片机系列的单片机软硬件兼容软硬件兼容.（普通型：（普通型：P89C51 增强型增强型 P89C52）第29页，本讲稿共65页与与MCS-51MCS-51单片机不兼容的几款单片机不兼容的几款单单 片片 机机 推推 介介PICPIC系列单片机系列单片机(M
26、ICROCHIP(MICROCHIP 微芯微芯 USA)USA)*抗干扰能力特别强。抗干扰能力特别强。MSP430CMSP430C系列单片机系列单片机(TI (TI 德德克萨斯州州 USA)USA)*特低功耗。待机时电流可低于特低功耗。待机时电流可低于1uA1uA 51系列一般待机时电流50uA左右HTXXHTXX系列单片机系列单片机 *目前国内目前国内“盛群盛群”杯竞赛免费芯片杯竞赛免费芯片。第30页，本讲稿共65页单片机的主要应用领域 1、用单片机构成智能化产品：、用单片机构成智能化产品：在智能仪器仪表中的应用；在智能仪器仪表中的应用；在家用产品中的应用；在家用产品中的应用；在医疗仪器中的
27、应用；在医疗仪器中的应用；在计算机外部设备中的应用。在计算机外部设备中的应用。2、单片机在工业测控领域中的应用：、单片机在工业测控领域中的应用：过程控制：数控铣床、步进控制、生产流水线等；过程控制：数控铣床、步进控制、生产流水线等；数据采集、信号处理；数据采集、信号处理；旧设备的改造、升级。旧设备的改造、升级。3、军事领域、军事领域 4、太空领域、太空领域第31页，本讲稿共65页1、单片机即单片微型计算机，、单片机即单片微型计算机，是将计算机主机（是将计算机主机（CPUCPU、内存和内存和I/O接口等）集成在一小块硅片上的微型机接口等）集成在一小块硅片上的微型机。2、单片机为工业测控而设计，又
28、称微控制器、单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高）。具有三高优势（集成度高、可靠性高、性价比高）。3、主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪、主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪 器仪表、通讯设备、家用电器等。器仪表、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。特别适合于嵌入式微型机应用系统。4、单片机开发系统有单片单板机和仿真器等：、单片机开发系统有单片单板机和仿真器等：实现单片机应用系统的硬、软件开发。实现单片机应用系统的硬、软件开发。小小 结结第32页，本讲稿共65页 (二二)数数 制制 回回 顾顾第33页，本讲稿共65
29、页 进位计数进位计数制制R进位计数制三个基本特征：进位计数制三个基本特征：有限个数字符号：有限个数字符号：0，1，2，R-1，“R”称为称为“基数基数”；“逢逢R进进1”；“权展开式权展开式”：小数点向左各数字的小数点向左各数字的“权权”分别是分别是R0，R1，R2，R3，。小数点向右各数字的小数点向右各数字的“权权”分别是分别是R-1，R-2，R-3，。D=dn-1dn-2dn-3d2d1d0.d-1d-2d-m=dn-1Rn-1+d1R1+d0R0+d-1R-1+d-mR-m第34页，本讲稿共65页10个数字符号：个数字符号：0，1，2，9；“逢十进一逢十进一”；小数点向左各数字的小数点向
30、左各数字的“权权”是是100，101，102，103，小数点向右各数字的小数点向右各数字的“权权”是是10-1，10-2，10-3，。例例：323.31=3102+2101+3100+310-1+110-2。十进制数用它原来的形式表示，如十进制数用它原来的形式表示，如123，-36等，等，也可以在数值后面加上字母也可以在数值后面加上字母“D”或或“d”，如，如123D，-36d等。等。1.1 十进制计数法十进制计数法第35页，本讲稿共65页1.21.2 二进制计数法二进制计数法计算机内部采用计算机内部采用“二进制二进制”表示数据。表示数据。2个数字符号：个数字符号：0，1；“逢二进一逢二进一”
31、：用：用“进位进位”的方法表示大于的方法表示大于1的数；的数；“权展开式权展开式”：小数点向左各数字的小数点向左各数字的“权权”是是20，21，22，23，。小数点向右各数字的小数点向右各数字的“权权”是是2-1，2-2，2-3，。二进制数需要在数字的后面加上字母二进制数需要在数字的后面加上字母B。例：。例：10110111B第36页，本讲稿共65页十进制数转换为二进制数十进制数转换为二进制数整数部分除整数部分除2取余取余 小数部分乘小数部分乘2取整取整第37页，本讲稿共65页二进制数转换为十进制数二进制数转换为十进制数(11011.101)2=124+123+022+121+120+12-1
32、+02-2+12-3=(27.625)10 按按 位位 按按 权权 展展 开开 求求 和和第38页，本讲稿共65页八进制：八进制：八进制使用的数字符号：八进制使用的数字符号：0，1，2，3，4，5，6，7。一位一位8进制数可以方便地转换成进制数可以方便地转换成3位二进制数位二进制数 反之：反之：3位二进制数也可以方便地转换成一位位二进制数也可以方便地转换成一位8进制数进制数1.3 1.3 八进制和十六进制计数法八进制和十六进制计数法(1101100.0101)(1101100.0101)2 2 =(=(1 1 101101 100100.010010 1 1)2 2 =(=(00001 1 1
33、01101 100100.010010 1 10000)2 2=(=(154154.2424)8 8第39页，本讲稿共65页十六进制使用的数字符号：十六进制使用的数字符号：09，AF。书写十六进制数时，须在它各位数字的后面加上书写十六进制数时，须在它各位数字的后面加上“H”。如果十六进制数以字母如果十六进制数以字母AF开始，还要在前面添加开始，还要在前面添加0。例：例：3AFH,0FF3DH一位十六进制数可以方便地转换成一位十六进制数可以方便地转换成4位二进制数位二进制数 反之：反之：4位二进制数也可以方便地转换成一位十六进制数位二进制数也可以方便地转换成一位十六进制数十六进制十六进制(110
34、1100.0101)(1101100.0101)2 2=(=(110110 11001100.01010101)2 2 =(=(01100110 11001100.01010101)2 2 =(6C.5)=(6C.5)1616第40页，本讲稿共65页1.4 1.4 数据组织数据组织 1 位（位（bit）-最小信息表示单位最小信息表示单位 2 字节（字节（Byte）-最小信息存储单位最小信息存储单位 3 字（字（Word）和双字（）和双字（Double Word）b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0(b)字b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0(a)字节b15 b14 b13
35、b12 b11 b10 b9 b8高位字节低位字节(c)双字b23 -b16b7 -b0b15 -b7b31 -b24低位字节次低位字节高位字节次高位字节最高位MSB最低位LSB第41页，本讲稿共65页1.5 1.5 无无符号数的表示符号数的表示 用字节、字、双字或者更多的字节来存储和表示。用字节、字、双字或者更多的字节来存储和表示。用用N位位二二进进制制表表示示一一个个无无符符号号数数时时，最最小小的的数数是是0，最最大大的的数数是是2N-1（N位二进制位二进制111111）。）。无无符符号号数数需需要要增增加加它它的的位位数数时时，在在它它的的左左侧侧添添加加若若干干个个“0”，称称为为“
36、零扩展零扩展”。“进进位位标标志志（CarryoutFlag，CF）”表表示示二二个个无无符符号号数数运运算算结结果果的的特特征征。如如果果CF=1，表表示示它它们们的的加加法法有有“进进位位”，或或者者它它们们的的减减法法有有“借借位位”。CF=0，则没有产生进位或借位。，则没有产生进位或借位。-正数和零的集合正数和零的集合 第42页，本讲稿共65页1.6 1.6 有符号数的表示有符号数的表示-原码、反码、补码原码、反码、补码(1)原码原码 用用最最高高有有效效位位（MSB）表表示示二二进进制制数数的的符符号号:“0”代代表表正正，“1”代代表表负，后面是它的负，后面是它的“有效数字有效数字
37、”一一个个字字节节存存储储有有符符号号数数原原码码，有有127个个正正数数（1127），127个个负负数数（-1-127）和）和2个个“0”，“正正”0：00000000，“负负”0：10000000。原原码码的的表表示示规规则则简简单单，但但是是运运算算规规则则比比较较复复杂杂，不不利利于于计计算算机机高高速速运运算算的的实现。实现。第43页，本讲稿共65页*模（数）模（数）一个计量器的容量。一个计量器的容量。例如：例如：一个一个n位二进制数它的容量为位二进制数它的容量为2n,所以它的模为所以它的模为2n。一个一个n位十进制数它的容量为位十进制数它的容量为10n ,所以它的模为所以它的模为1
38、0n。一个一个n位十六进制数它的容量为位十六进制数它的容量为16n ,所以它的模为所以它的模为16n。*同余同余如果两个整数如果两个整数a、b,当用某一个正整数当用某一个正整数M（模）去（模）去除所得余数相等时，则称除所得余数相等时，则称a 和和b 对模对模M 是同余的。是同余的。例如：例如：20=8（mod12)即：即：20和和8对对12是同余的，即是同余的，即20点钟和点钟和8点钟在以点钟在以12为模的钟为模的钟表面上，其指示是一样的。表面上，其指示是一样的。第44页，本讲稿共65页(2).反码反码 用最高位用最高位(MSB)“0”表示符号为正，表示符号为正，“1”表示符号为负。表示符号为
39、负。符号位之后的二进制位用来存储这个数的有效数字：符号位之后的二进制位用来存储这个数的有效数字：正数的有效数字不变，负数的有效数字取反。正数的有效数字不变，负数的有效数字取反。对于正数对于正数 X=dn-2dn-3d2d1d0，X反反=X=0 dn-2dn-3d2d1d0。对于负数对于负数 Y=dn-2dn-3d2d1d0，Y反反=1dn-2dn-3d2d1d0 =1111111|Y|=2n-1-|Y|=2n1+Y。1字节存储有符号数反码，有字节存储有符号数反码，有127个正数（个正数（1127），），127个负数（个负数（-1-127）和）和2个个“0”，“正正”0：0 000 0000，“
40、负负”0：1 111 1111。反码的运算规则仍然比较复杂，可以用作原码和常用的补码之间的一反码的运算规则仍然比较复杂，可以用作原码和常用的补码之间的一个过渡。个过渡。第45页，本讲稿共65页(3)补码补码 用最高有效位（用最高有效位（MSB）表示一个有符号数的符号：）表示一个有符号数的符号：“1”表示负，表示负，“0”表示正。表示正。其他二进制位用来存储这个数的有效数字：其他二进制位用来存储这个数的有效数字：正数的有效数字不变，负数的有效数字取反后最低位加正数的有效数字不变，负数的有效数字取反后最低位加1。用字节存储一个有符号数时，用字节存储一个有符号数时，对于正数对于正数 X=dn-2dn
41、-3d2d1d0，X补补=X=0 dn-2dn-3d2d1d0。对于负数对于负数 Y=dn-2d1d0，Y补补=Y反反+1=1111111|Y|+1 =2n|Y|=2n+Y。*工程上多采用：工程上多采用：Y补补=模模|Y|。当当x为正数时：为正数时：x补补与原码相同。与原码相同。当当x为负数时：为负数时：x补补=2n|x|=2n+x补码性质：补码性质：x+y补补=x补补+y补补 x-y补补=x补补-y补补第46页，本讲稿共65页一字节存储有符号数补码时，有一字节存储有符号数补码时，有127个正数（个正数（1127），），128个负数（个负数（-1-128），），1个个“0”（00000000）
42、。）。其中：其中：-1补补=11111111B=0FFH，-128补补=10000000B=80H。把一个数补码的所有位（包括符号位）把一个数补码的所有位（包括符号位）“取反加取反加1”，得到这个，得到这个数数相反数相反数的补码。称为的补码。称为“求补求补”，X补补求补求补=-X补补。已知一个负数的补码，求这个数自身（真值）时，可以先求出已知一个负数的补码，求这个数自身（真值）时，可以先求出这个数相反数的补码。这个数相反数的补码。例例：已知：已知X补补=10101110，求，求X的值：的值：-X补补=X补补求补求补=10101110求补求补=01010001+1=01010010于是，于是，-
43、X=+10100102=+52于是，于是，X=-52第47页，本讲稿共65页真值（十进制）真值（十进制）二进制表示二进制表示原原码码反反码码补补码码1271111111011111110111111101111111100000010000000100000001000000010000000000000000000000000000000000000000100000001111111100000000100000011000000111111110111111112000001010000010111111011111111012711111111111111110000000100000
44、0112810000000无无无无10000000部分数的部分数的8位二进制原码、反码和补码位二进制原码、反码和补码第48页，本讲稿共65页计算机（含单片机）内的有符号数一般计算机（含单片机）内的有符号数一般都用补码表示，除非特别说明都用补码表示，除非特别说明。第49页，本讲稿共65页1.7 1.7 字符编码字符编码ASCII码码(美国信息交换标准编码美国信息交换标准编码 ）（AmericanStandardCodeforInformationInterchange)”。用用7位二进制表示一个字母、数字或符号，包含位二进制表示一个字母、数字或符号，包含128个不同的编码。个不同的编码。一个字符
45、的一个字符的ASCII码占用一个字节，低码占用一个字节，低7位是它的位是它的ASCII码，最高位置码，最高位置“0”，或者用作，或者用作“校验位校验位”。第50页，本讲稿共65页 ASCII码表码表(美国标准信息交换码美国标准信息交换码)第51页，本讲稿共65页ASCII编码的前编码的前32个（编码个（编码00H1FH）用来表示）用来表示“控制字符控制字符”，例，例如如CR（“回车回车”，编码，编码0DH），），LF（“换行换行”，编码，编码0AH）。）。ASCII编码编码30H39H用来表示数字字符用来表示数字字符“0”“9”。它们的高。它们的高3位为位为011，低低4位就是这个数字字符对应
46、的二进制表示。位就是这个数字字符对应的二进制表示。ASCII编码编码41H5AH用来表示大写字母用来表示大写字母“A”“Z”，它们的高，它们的高3位为位为100101。ASCII编码编码61H7AH用来表示小写字母用来表示小写字母“a”“z”，它们的高，它们的高3位为位为110111。小写字母的编码比对应的大写字母编码大小写字母的编码比对应的大写字母编码大20H。第52页，本讲稿共65页1.8 BCD1.8 BCD码码十进制数十进制数25的的BCD码用码用25BCD表示；表示；（也有学者用（也有学者用25H表示。）表示。）虽然二进制数实现容易虽然二进制数实现容易,但不符合人们的使用习惯但不符合
47、人们的使用习惯,且书写且书写阅读不方便，所以在计算机输入输出时通常还是采用十进制阅读不方便，所以在计算机输入输出时通常还是采用十进制来表示数，这就需要实现十进制与二进制间的转换。为了转来表示数，这就需要实现十进制与二进制间的转换。为了转换方便换方便,常采用二进制编码的十进制码常采用二进制编码的十进制码,简称为简称为BCD码。码。BCD码就是用码就是用4位二进制数表示位二进制数表示1位十进制整数。表示位十进制整数。表示的方法有多种，的方法有多种，常用的是常用的是8421BCD码码，它的表示规律，它的表示规律如表如表1.1所示。所示。第53页，本讲稿共65页用用一组四位二进制来表述一位十进制数，一
48、组四位二进制来表述一位十进制数，组间仍然按照组间仍然按照“逢十进一逢十进一”的规则进行，称为的规则进行，称为“BCD码码（BinaryCodedDecimal）”。常用的是常用的是8421BCD码（因其码（因其二进制权为：二进制权为：b323+b222+b121+b020)压缩的压缩的BCD码用一个字节存储码用一个字节存储2位十进制数，高位十进制数，高4位二进制表示高位十进制数，低位二进制表示高位十进制数，低4位二进制表示低位十位二进制表示低位十进制数。写为：进制数。写为：BCD也可以用相同数字的十六进制数表述。也可以用相同数字的十六进制数表述。非压缩的非压缩的BCD码用一个字节存储码用一个字
49、节存储1位十进制数，低位十进制数，低4位二进制表示该位十进制数，对高位二进制表示该位十进制数，对高4位的内容不作位的内容不作规定。规定。第54页，本讲稿共65页表表1.1 十进制数字的十进制数字的8421BCD码码十进制数字8421BCD码十进制数字8421BCD码00000501011000160110200107011130011810004010091001第55页，本讲稿共65页简单回顾计算机的二进制数运算简单回顾计算机的二进制数运算 （完全适用于单片机）（完全适用于单片机）一、算术运算一、算术运算1、加法运算、加法运算二进制二进制加法法则加法法则为：为：0+0=0；1+0=0+1=1
50、；1+1=10；（向邻近（向邻近高位高位有有进位进位）1+1+1=11；（向邻近（向邻近高位高位有有进位进位）第56页，本讲稿共65页例例：两两个个二二进进制制数数X=10110110B，Y=11011001B，试试求求X+Y。解：解：X+Y可写成如下竖式：可写成如下竖式：X10110110BY11011001BX+Y110001111B被加数被加数加数加数和和X+Y=10110110B+11011001B=110001111B两个二进制数相加时要两个二进制数相加时要注意注意低位的进位，两个低位的进位，两个8位二进位位二进位数的和最大不会超过数的和最大不会超过9位。位。第57页，本讲稿共65页