第1章__單片機的基礎知識a

1、教材單片機原理與應用單片機原理與應用編著：杭和平、楊芳、謝飛等機械工業(yè)出版社 2008年5月特點：以AT89C51單片機為藍本，基于C語言編程，以單片機功能應用為重點，介紹單片機的原理與應用技術參考書目參考書目求是科技8051系列單片機C程序設計完全手冊人民郵電出版社 2006/06馬忠梅等 單片機的C語言應用程序設計北京航空航天大學出版社 2003/11張齊 單片機應用系統(tǒng)設計技術基于C語言編程 電子工業(yè)出版社 2004/08李廣弟等：單片機基礎，北京航空航天大學出版社 2001/07胡鍵單片機原理及接口技術機械工業(yè)出版社 2005/01尹勇等uVision2單片機應用程序開發(fā)指南科學出版社

2、2005/02朱勇單片機原理與應用技術清華大學出版社2006/01第第1章章 單片機的基礎知識單片機的基礎知識第第1章章 單片機的基礎知識單片機的基礎知識n1.1 單片機概況n1.2 其他常用單片機系列n1.3 單片機的特點及應用領域n1.4 一個單片機的簡單應用系統(tǒng)n1.5 單片機的數(shù)制與編碼單片機又稱單片微控制器微控制器(Microcontroller)，國外普遍稱為MCUMCU（Micro Control Uint）,其基本結構是將微型計算機的基本功能部件：中央處理機(CPU)、存儲器、輸入/輸出接口（I/O）、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等全部集成在一個半導體芯片上。單片機結構上的設計，在

3、硬件、指令系統(tǒng)及I/O處理能力方面突出芯片的控制功能。PC機與單片機機與單片機1 1、PCPC機機： PCPC機系統(tǒng)全力實現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控機系統(tǒng)全力實現(xiàn)海量高速數(shù)據(jù)處理，兼顧控制功能。制功能。2 2、單片機單片機：單片機系統(tǒng)全力滿足測控對象的測控功能，兼：單片機系統(tǒng)全力滿足測控對象的測控功能，兼顧數(shù)據(jù)處理能力。顧數(shù)據(jù)處理能力。1.1.1 單片機的結構與組成單片機的結構與組成 單片機的一般結構可用圖1-1所示的方框圖描述。中央處理器（中央處理器（CPU）：是單片機的核心單元，通常由算術邏輯運算部件ALU和控制部件構成。（Central Processing Unit）ROM存放程序存放

4、程序；（ROM：read-only memory）RAM存放數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)； （RAM：random access memory）I/O為輸入設備和輸出設備。（Input / Output）單片機用片內總線(BUS)實現(xiàn)CPU、ROM、RAM、I/O各模塊之間的信息傳遞。系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘：是單片機運行節(jié)拍的基準單元。系統(tǒng)時鐘類似于PC微機中的主頻。是反映單片機運行速度的重要指標。定時器定時器/ /計數(shù)器（計數(shù)器（T/CT/C）：用于單片機內部精確定時或對外部事件（如輸入的脈沖信號）進行計數(shù)，有的單片機內部有多個定時/計數(shù)器。串口輸入串口輸入/輸出口輸出口：用于單片機和串行設備或其他單片機的通信。

5、串行通信是單片機與其他設備進行信息交換最簡單和廉價的方式。微處理器微處理器 寄存器陣列寄存器陣列：通用寄存器，專用寄存器；：通用寄存器，專用寄存器； 運算器運算器：累加器，暫存寄存器，標志寄存器，：累加器，暫存寄存器，標志寄存器， 算術邏輯單元；算術邏輯單元； 控制器控制器：程序計數(shù)器：程序計數(shù)器PCPC，指令寄存器，指令寄存器， 指令譯碼器，定時和控制邏輯電路。指令譯碼器，定時和控制邏輯電路。 總線總線： 用于傳送信息的公共途徑。用于傳送信息的公共途徑。 總線分為：總線分為： 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線總線 地址地址總線總線 控制控制總線總線存儲器存儲器： 作用：存放程序和數(shù)據(jù)作用：存放程序和數(shù)據(jù) 存儲器

6、分類存儲器分類 RAM (Random-access memory)RAM (Random-access memory) 特點：特點：讀寫速度快，可隨機寫入或讀出，讀寫方便；讀寫速度快，可隨機寫入或讀出，讀寫方便； 電源斷電后，存儲信息丟失。電源斷電后，存儲信息丟失。 作用：作用：存放各種數(shù)據(jù)。存放各種數(shù)據(jù)。 ROM (Read-only memory.) ROM (Read-only memory.) 特點：特點：信息寫入后，能長期保存，不會因斷電而丟失。信息寫入后，能長期保存，不會因斷電而丟失。 作用：作用：存放固定程序和數(shù)據(jù)。存放固定程序和數(shù)據(jù)。 ROMROM分類：分類： MaskROM

7、 MaskROM（掩膜（掩膜ROMROM） OTPROMOTPROM（One Time Programmable ROMOne Time Programmable ROM） EPROM EPROM（Erasable Programmable ROMErasable Programmable ROM） E2PROM E2PROM（Electrically EPROMElectrically EPROM） Flash ROM Flash ROM EPROM（erasable programmable read only memory）。MCS-51系列的單片機8751上就使用的是EPROM，還有單

8、獨的EPROM存儲器芯片（如2764）。Mask ROM又稱為掩膜的只讀存儲器，程序編寫完畢，確保無錯誤的情況下，將程序交給ROM生產廠家寫入，不能再擦除重寫。適合大批量穩(wěn)定生產的產品，當用量很大時，單片的成本最低。OTP ROM（One Time Programmable ROM）是一次性編程的只讀存儲器，不能擦除重寫，這種程序存儲器的單片機，正在被flash存儲器的單片機代替，例如OTP ROM 的單片機PIC16C7x系列被相同類別flash存儲器的PIC16F7x代替。目前使用片內flash程序存儲器（也稱為“閃存”）的單片機是使用的主流，例如常用的AT89C、AT89S等系列單片機，

9、這種flash的程序存儲器可以用電直接反復的多次擦和寫，使用方便?，F(xiàn)在使用的U盤、MP3、數(shù)碼相機用的CF卡等，都是使用flash作為存儲介質的。隨機存儲器（RAM）：是斷電后信息會丟失的存儲器，這種存儲器可以快速反復的修改信息，用來存放程序運行時的工作變量和數(shù)據(jù)。SRAM：單片機大多使用靜態(tài)存儲器SRAMDRAM：PC計算機內存使用動態(tài)存儲器DRAM。與SRAM相比，DRAM存儲密度大，但使用復雜，需要不間斷地動態(tài)刷新。為了敘述的方便，把單片機的程序存儲器統(tǒng)稱為ROM；將單片機的數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)稱為RAM。 +5V+5V+5VS2 C122uFY112MC230PC330PS1 U1AT89C5

10、1EA/VP31X119X218RESET9INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RD/P3.717WR/P3.616PSEN29ALE/P30TXD/P3.111RXD/P3.010VCC40VSS20R11KK1繼電器 Q19013R2 R3 報警燈D1 220V AC12 100

11、D2 12簡單的單片機系統(tǒng)，單片機的簡單的單片機系統(tǒng)，單片機的ROM,RAM在哪里？在哪里？n功能部件n位數(shù)n存儲器nI/O口n速度n工作電壓n功耗n使用溫度1976年Intel公司推出MCS-48系列8位單片機。由于MCS-48系統(tǒng)的成功應用，單片機及單片機應用技術迅速發(fā)展，到目前為止，世界各地廠商己相繼研制出大約幾十個系列數(shù)千種的8位單片機產品。目前國內使用最為廣泛的MCS-51內核單片機是Atmel公司的基于MCS-51內核的單片機AT89C51等系列產品。在8位單片機的基礎上，16位單片機也相繼產生，其功能進一步加強，代表產品有Intel公司的MCS-96系列。然而，由于應用領域大量需

12、要的仍是8位單片機，因此，各大公司紛紛推出高性能、大容量、多功能的新型8位單片機。AT89C51單片機封裝圖MCS-51MCS-51優(yōu)點：優(yōu)點：性能價格比高；性能價格比高；開發(fā)裝置多；開發(fā)裝置多；國內技術人員熟悉；國內技術人員熟悉；芯片功能夠用適用；芯片功能夠用適用；有眾多芯片制造廠商加盟，可廣泛選擇。有眾多芯片制造廠商加盟，可廣泛選擇。1.2.1 Microchip的PIC系列單片機1.2.2 TI公司的超低功耗型MSP430系列單片機1.2.3 Atmel公司的AVR系列單片機1.2.4 ADI公司的ADuC8xx系列單片機1.2.5 Motorola的68HCxx系列單片機1.3 單片機

13、的特點及應用領域單片機的特點及應用領域與與PCPC相比單片機的特點相比單片機的特點 1、ROM和RAM嚴格區(qū)分2、面向控制的指令系統(tǒng)3、I/O口的多功能、高可靠4、品種規(guī)格的系列化5、硬件功能的通用性 存儲器存儲器ROM和和RAM是嚴格分工的是嚴格分工的。ROM用作程序存儲器用作程序存儲器，只存放程序、常數(shù)和數(shù)據(jù)表格，只存放程序、常數(shù)和數(shù)據(jù)表格，而而RAM用作數(shù)據(jù)存儲器用作數(shù)據(jù)存儲器，存放臨時數(shù)據(jù)和變量。使單片機更適用于實時控制（也稱為存放臨時數(shù)據(jù)和變量。使單片機更適用于實時控制（也稱為現(xiàn)場控制或過程控制）系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制或過程控制）系統(tǒng)。 將已調試好的程序固化（即對將已調試好的程序固化（即對R

14、OM編程編程，也稱燒錄或者，也稱燒錄或者燒寫）在程序存儲空間燒寫）在程序存儲空間ROM中，可以保證存儲信息數(shù)十年中，可以保證存儲信息數(shù)十年不丟失。與不丟失。與PCPC使用的磁盤使用的磁盤/光盤存儲設備相比，光盤存儲設備相比，單片機的單片機的ROM是一種電子存儲器，更加適合在振動、粉塵等惡劣的是一種電子存儲器，更加適合在振動、粉塵等惡劣的工作環(huán)境。工作環(huán)境。 單片機面向的實時控制僅需容量較小的單片機面向的實時控制僅需容量較小的RAM，用于存放少，用于存放少量隨機數(shù)據(jù)，這樣有利于提高單片機的操作速度。量隨機數(shù)據(jù)，這樣有利于提高單片機的操作速度。 l采用面向控制的指令系統(tǒng)采用面向控制的指令系統(tǒng)。在實

15、時控制方面，尤其是在。在實時控制方面，尤其是在位操作方面單片機有著不俗的表現(xiàn)。位操作方面單片機有著不俗的表現(xiàn)。 l 輸入輸入/ /輸出（輸出（I/OI/O）端口引腳設計有多種功能）端口引腳設計有多種功能。使用多功。使用多功能引腳的哪一種功能，則可以由用戶編程確定。能引腳的哪一種功能，則可以由用戶編程確定。 l品種規(guī)格的系列化品種規(guī)格的系列化。屬于同一個產品系列、不同型號的。屬于同一個產品系列、不同型號的單片機，通常具有相同的內核、相同或兼容的指令系統(tǒng)。單片機，通常具有相同的內核、相同或兼容的指令系統(tǒng)。其主要的差別僅在片內配置了一些不同種類或不同數(shù)量的其主要的差別僅在片內配置了一些不同種類或不同

16、數(shù)量的功能部件，以適用不同的被控對象。功能部件，以適用不同的被控對象。l單片機的硬件功能具有廣泛的通用性單片機的硬件功能具有廣泛的通用性。同一種單片機可。同一種單片機可以用在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而以用在不同的控制系統(tǒng)中，只是其中所配置的軟件不同而已。已。1.3.1 單片機的特點單片機的特點1具有較高的性能價格比。2體積小，可靠性高。由單片機組成的應用系統(tǒng)結構簡單，易對系統(tǒng)進行電磁屏蔽等抗干擾措施。另一方面，單片機不易受外界的干擾。所以單片機應用系統(tǒng)的可靠性比一般微機系統(tǒng)高得多。3控制功能強。單片機采用面向控制的指令系統(tǒng)，實時控制功能特別強。CPU可以直接對I/0口進行輸入

17、、輸出操作及邏輯運算，并且具有很強的位處理能力。4使用方便、容易產品化。單片機的體積小、功能強。能滿足許多小型對象的嵌入式應用要求。1.3.2 單片機的應用領域單片機的應用領域 智能化家用電器。智能化家用電器。 辦公自動化設備。辦公自動化設備。 商業(yè)營銷設備。商業(yè)營銷設備。 工業(yè)自動化控制。工業(yè)自動化控制。 智能化通信產品。智能化通信產品。 智能化儀表。智能化儀表。 汽車電子產品。汽車電子產品。 航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等。航空航天系統(tǒng)和國防軍事、尖端武器等。 1 1單片機在工業(yè)測量儀表中的應用單片機在工業(yè)測量儀表中的應用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便

18、等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，在各種智能傳感器、變送器、各種現(xiàn)場總線的智能儀表中均有不同類型的單片機。用單片機改造原有的測量、控制儀表，能使儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化、綜合化及柔性化的方向發(fā)展。 2 2單片機在機電一體化中的應用單片機在機電一體化中的應用 機電一體化產品是指集機械技術、微電子技術、計算機技機電一體化產品是指集機械技術、微電子技術、計算機技術、傳感器技術于一體，具有智能化特征的機電產品，例如微術、傳感器技術于一體，具有智能化特征的機電產品，例如微機控制的車床、鉆床、機器人等。機控制的車床、鉆床、機器人等。 單片機作為產品中的控制器，可大大提高機器的自動化、單片機作為產品中的控

19、制器，可大大提高機器的自動化、智能化程度。智能化程度。 3 3單片機在實時控制中的應用單片機在實時控制中的應用 單片機廣泛地應用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)單片機廣泛地應用于各種實時控制系統(tǒng)中。例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用測控、航空航天、尖端武器等各種實時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機作為控制器。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，單片機作為控制器。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，能使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產品質能使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產品質量。例如機器人，每個關節(jié)或動作部位都是一個單片機實時控量。例如機

20、器人，每個關節(jié)或動作部位都是一個單片機實時控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。4 4單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應用單片機在分布式多機系統(tǒng)中的應用 在比較復雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。多機系在比較復雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機系統(tǒng)。多機系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機應用系統(tǒng)組成，各自完成統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機應用系統(tǒng)組成，各自完成特定的任務，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調工作。單片特定的任務，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調工作。單片機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)機在這種系統(tǒng)中往往作為一個終端機，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點上，對現(xiàn)場信息進行實時測量和控制。單片機的高可靠性點上，對現(xiàn)場

21、信息進行實時測量和控制。單片機的高可靠性和強抗干擾能力，使他可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。和強抗干擾能力，使他可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。5 5單片機在醫(yī)療儀器上的應用單片機在醫(yī)療儀器上的應用在現(xiàn)代醫(yī)學醫(yī)療儀器和康復器械中大量使用單片機，增加在現(xiàn)代醫(yī)學醫(yī)療儀器和康復器械中大量使用單片機，增加了儀器的準確性，使功能更加強大，協(xié)助醫(yī)生提高診斷和治了儀器的準確性，使功能更加強大，協(xié)助醫(yī)生提高診斷和治療水平，例如，數(shù)字心電圖機、療水平，例如，數(shù)字心電圖機、B B超、心臟起搏器、各種肢體超、心臟起搏器、各種肢體康復儀等。康復儀等。 6 6消費類電子產品上的應用消費類電子產品上的應用 在家電領域，如洗衣機、

22、空調器、汽車電子與保安系統(tǒng)在家電領域，如洗衣機、空調器、汽車電子與保安系統(tǒng)、電視機、錄像機、電視機、錄像機、DVDDVD機、音響設備、電子秤、機、音響設備、電子秤、ICIC卡、手卡、手機等。在這些設備中使用單片機之后，其控制功能和性能大機等。在這些設備中使用單片機之后，其控制功能和性能大大提高，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。大提高，并實現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。 7 7終端及外部設備控制終端及外部設備控制 計算機網絡終端設備，如銀行終端、商業(yè)計算機網絡終端設備，如銀行終端、商業(yè)POS(POS(自動收款自動收款機機) )、復印機等，以及計算機外部設備，如打印機、繪圖機、復印機等，以及計算機外部設備，

23、如打印機、繪圖機、傳真機、鍵盤和通信終端等。在這些設備中使用單片機，、傳真機、鍵盤和通信終端等。在這些設備中使用單片機，使其具有計算、存儲、顯示、輸入等功能，具有和計算機連使其具有計算、存儲、顯示、輸入等功能，具有和計算機連接的接口，使計算機的能力及應用范圍大大提高，更好地發(fā)接的接口，使計算機的能力及應用范圍大大提高，更好地發(fā)揮了計算機的性能。揮了計算機的性能。 8 8智能接口智能接口 在計算機系統(tǒng)，特別是在較大型的工業(yè)測控系統(tǒng)申，除通在計算機系統(tǒng)，特別是在較大型的工業(yè)測控系統(tǒng)申，除通用外圍設備用外圍設備( (打印機、鍵盤、磁盤驅動器、打印機、鍵盤、磁盤驅動器、CRT)CRT)外，還有許多外，

24、還有許多外部通信、采集、多路分配管理以及驅動控制等接口外部通信、采集、多路分配管理以及驅動控制等接口。需要單。需要單片機與主機并行工作，提高系統(tǒng)的運行速度。片機與主機并行工作，提高系統(tǒng)的運行速度。 單片機還承擔接口信息進行加工處理的工作。例如，在單片機還承擔接口信息進行加工處理的工作。例如，在大大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機對模，數(shù)轉換接口進行控制型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機對模，數(shù)轉換接口進行控制，對，對數(shù)據(jù)進行預處理，如數(shù)字濾波、線性化處理及誤差修正等。在數(shù)據(jù)進行預處理，如數(shù)字濾波、線性化處理及誤差修正等。在通信接口中采用單片機，可以對數(shù)據(jù)進行編碼、解碼、分配管通信接口中采用單片機，可以對數(shù)據(jù)

25、進行編碼、解碼、分配管理以及接收，發(fā)送等工作。理以及接收，發(fā)送等工作。單片機技術的發(fā)展趨勢單片機技術的發(fā)展趨勢 8 8位單片機仍然是主流機型；位單片機仍然是主流機型； 全盤全盤CMOSCMOS化趨勢；化趨勢； OTP ROM/Flash ROM OTP ROM/Flash ROM成為成為ROMROM供應主流狀態(tài)；供應主流狀態(tài)； 推行串行擴展總線推行串行擴展總線 ； RISC RISC體系結構大發(fā)展；體系結構大發(fā)展； 實現(xiàn)全面低功耗管理實現(xiàn)全面低功耗管理 ； 根據(jù)不同需求發(fā)展個性化單片機根據(jù)不同需求發(fā)展個性化單片機 ； 大力發(fā)展專用型單片機；大力發(fā)展專用型單片機； 在單片機中嵌入駐機軟件；在單片

26、機中嵌入駐機軟件；1.4 1.4 單片機應用系統(tǒng)單片機應用系統(tǒng)組成單片機系統(tǒng)的物理實體組成單片機系統(tǒng)的物理實體；單片機系統(tǒng)由兩大部分組成單片機系統(tǒng)由兩大部分組成:對硬件使用和管理的程序。對硬件使用和管理的程序。 硬件硬件： 軟件軟件：+5V+5V+5VS2 C122uFY112MC230PC330PS1 U1AT89C51EA/VP31X119X218RESET9INT0/P3.212INT1/P3.313T0/P3.414T1/P3.515P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P

27、0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RD/P3.717WR/P3.616PSEN29ALE/P30TXD/P3.111RXD/P3.010VCC40VSS20R11KK1繼電器 Q19013R2 R3 報警燈D1 220V AC12 100D2 12一個單片機的簡單應用系統(tǒng)一個單片機的簡單應用系統(tǒng) AT89C51 AT89C51單片機的I/O口是數(shù)字端口（圖中的P3.2、P2.0、P2.7等），有兩種狀態(tài)（AT89C51的I/O口沒有高阻狀態(tài)）邏輯1和邏輯0。 一般規(guī)定邏輯1是指高電平，邏輯0是低電平。也就是說，

28、單片機的輸入只接受高電平或低電平，而輸出要么高電平，要么低電平。對于5V電源的數(shù)字電路，理想的低電平是0V；高電平是5V。而實際的高/低電平是一個電壓范圍，那么在單片機系統(tǒng)中，什么范圍的電平是高電平和低電平？通常在5V供電的數(shù)字電路中，低于0.8V的輸入電平為低電平，高于2V的輸入電平為高電平，把這種規(guī)定的電平范圍稱為TTL電平。輸入高低電平之間的電平，單片機的數(shù)字I/O口將無法判斷，在輸入電路中不應出現(xiàn)。單片機的單片機的I/O電平電平輸入輸出+5V 在單片機電路中三極管大多數(shù)工作在開關狀態(tài)，或者飽和導通，或者截止。在設計時要根據(jù)負載電流的情況和單片機的驅動能力，以及三極管電流放大倍數(shù)，提供三

29、極管足夠的基極電流，保證三極管的飽和導通。 單片機電路中三極管的應用單片機電路中三極管的應用名詞術語nRegister： 寄存器、累加器、寄存器組/堆nALU：Algebra Logic UnitnCPU：Central Processing UnitnMemory：存儲器nI/O： Interface, Device & EquipmentnMPU：Micro-Processor UnitnMCU：Micro Control UnitnDSP ：Digital Signal ProcessornROM：read-only memorynRAM：random access memory

30、nEPROM：Electrically Programmable Read Only MemorynFlash Memory, EEPROM(Electrically EPROMElectrically EPROM) 名詞術語nBIT位nBYTE字節(jié)（8BIT）nWORD字（16BIT）nDWORD雙字（32BIT）nBUS總線（A-BUS、D-BUS、C-BUS）nINSTRUCTION指令nPROGRAM程序1.5 1.5 單片機中數(shù)的數(shù)制與編碼單片機中數(shù)的數(shù)制與編碼 引言引言: 十進制數(shù)十進制數(shù)是人們習慣使用的進制。是人們習慣使用的進制。 計算機只能計算機只能“識別識別”二進制數(shù)二進制數(shù)

31、。 為了書寫和識讀方便，計算機程序需要用為了書寫和識讀方便，計算機程序需要用十六進制數(shù)十六進制數(shù)表示。表示。 十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的十進制數(shù)、二進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的關系關系、相互轉換相互轉換和和 運算方法運算方法，是學習計算機必備的基礎知識。，是學習計算機必備的基礎知識。1.5.1 進位計數(shù)制進位計數(shù)制 十進制數(shù)十進制數(shù) 主要特點：主要特點： 基數(shù)是基數(shù)是1010。有。有1010個數(shù)碼（數(shù)符）構成：個數(shù)碼（數(shù)符）構成： 0 0、1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9。 進位規(guī)則是進位規(guī)則是“逢十進一逢十進一”?！纠纠?1234.561234

32、.56= 1= 110103 3+2+210102 2+3+310101 1+4+410100 0+5+51010-1-1+6+61010-2-2= 1000+200+30+4+0.5+0.06= 1000+200+30+4+0.5+0.06 上述，上述，10103 3、10102 2、10101 1、10100 0、1010-1-1、1010-2-2 稱為十進制數(shù)各數(shù)位的稱為十進制數(shù)各數(shù)位的 “ “ 權權 ” ” 。1 1十進制計數(shù)制十進制計數(shù)制十進制的基為十進制的基為1010，即它所使用的數(shù)碼為即它所使用的數(shù)碼為0 09 9，共，共1010個數(shù)字。十個數(shù)字。十進制各位的權是以進制各位的權是

33、以1010為底的冪，每個數(shù)因所處位置不同，其值是為底的冪，每個數(shù)因所處位置不同，其值是不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的l0l0倍。倍。計數(shù)規(guī)律：逢計數(shù)規(guī)律：逢1010進進1 1。任意一個十進制數(shù)任意一個十進制數(shù) ( ( S S ) )1010，可以表示為，可以表示為( (S S ) )10 10 = = k kn n1010n n- -1 1+ +k kn n- -1 11010n n- -2 2+ + +k k1 110100 0+ +k k0 01010- -1 1+ +k k- -1 11010- -2 2+ + +k k- -m m1010- -

34、m m- -1 1式中，式中，k ki i是是0 09 9中的任意一個數(shù)字中的任意一個數(shù)字, , m m、n n是正整數(shù)，是正整數(shù)，1010是十進制是十進制的基數(shù)。的基數(shù)。例如：例如： (2006.2)(2006.2)10 10 =2=210103 3 + 0+ 010102 2 + 0+ 010101 1 + 6+ 610100 0 + 2+ 21010- -1 1 二進制數(shù)二進制數(shù) 主要特點：主要特點： 基數(shù)是基數(shù)是2 2。只有兩個數(shù)碼：。只有兩個數(shù)碼：0 0 和和 1 1。 進位規(guī)則是進位規(guī)則是“逢二進一逢二進一”。 每每左左移一位移一位,數(shù)值數(shù)值增大增大一倍；一倍；右右移一位移一位,數(shù)

35、值數(shù)值減小減小一半。一半。 二進制數(shù)用尾二進制數(shù)用尾綴綴B B作為標識符。作為標識符?！纠纠?111.11B111.11B= 1= 12 22 2 +1 +12 21 1 +1 +12 20 0 +1 +12 2-1-1+1+12 2-2-2= 7.75= 7.75 其中，其中，2 22 2、2 21 1、2 20 0、2 2-1-1、2 2-2-2 稱為二進制數(shù)各數(shù)位的稱為二進制數(shù)各數(shù)位的“ “ 權權 ” ” 2 2二進制計數(shù)制二進制計數(shù)制二進制的基為二進制的基為2 2，即它所使用的數(shù)碼為，即它所使用的數(shù)碼為0 0、1 1，共，共2 2個數(shù)字。二進個數(shù)字。二進制各位的權是以制各位的權是以

36、2 2為底的冪，每個數(shù)因所處位置不同，其值是不為底的冪，每個數(shù)因所處位置不同，其值是不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的2 2倍。倍。計數(shù)規(guī)律：逢計數(shù)規(guī)律：逢2 2進進1 1。任意一個二進制數(shù)任意一個二進制數(shù) ( ( S S ) )2 2可以表示成可以表示成( (S S) )2 2 = =k kn n2 2n n- -1 1 + + k kn n- -1 12 2n n- -2 2 + + + k k1 12 20 0 + + k k0 02 2- -1 1 + + k k- -1 12 2- -2 2 + + +k k- -m m2 2- -m m- -1

37、1式中，式中，k ki i只能取只能取0 0或或1, 1, m m、n n是正整數(shù)，是正整數(shù)，2 2是二進制的基數(shù)。是二進制的基數(shù)。例如：例如： (1101.101)(1101.101)2 2 = l= l2 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2- -1 1+0+02 2- -2 2+1+12 2- -3 3二進制數(shù)只有二進制數(shù)只有2 2個數(shù)碼，即個數(shù)碼，即0 0和和1 1，在計算機中容易實現(xiàn)。二進，在計算機中容易實現(xiàn)。二進制的制的0 0和和1 1就代表單片機中的低電平和高電平。就代表單片機中的低電平和高電平。 十六進制數(shù)十六進制數(shù) 主要主要特點特

38、點： 基數(shù)是基數(shù)是1616。共有。共有1616個數(shù)符構成：個數(shù)符構成： 0 0、1 1、9 9、A A、B B、C C、D D、E E、F F。其中，。其中， A A、B B、C C、D D、E E、F F 代表的數(shù)值分別為代表的數(shù)值分別為 1010、1111、1212、1313、1414、1515。 進位規(guī)則是進位規(guī)則是“逢十六進一逢十六進一”。 十六進制數(shù)用尾十六進制數(shù)用尾綴綴H H表示。表示?！纠纠緼3.4HA3.4H = 10 = 1016161 1+3+316160 0+4+41616-1-1 = 160+3+0.25 = 160+3+0.25 = 163.25 = 163.25

39、 其中，其中，16163 3、16162 2、16161 1、16160 0、1616-1-1、1616-2-2 稱為十六進制數(shù)各數(shù)位的稱為十六進制數(shù)各數(shù)位的“權權”。3 3十六進制計數(shù)制十六進制計數(shù)制十六進制的基為十六進制的基為1616，即它所使用的數(shù)碼為，即它所使用的數(shù)碼為0 09 9、A AF F，共，共1616個個數(shù)字。十六進制各位的權是以數(shù)字。十六進制各位的權是以1616為底的冪，每個數(shù)因所處位置不為底的冪，每個數(shù)因所處位置不同，其值是不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的同，其值是不同的，每一位數(shù)是其右邊相鄰那位數(shù)的l6l6倍。倍。計數(shù)規(guī)律：逢計數(shù)規(guī)律：逢1616進進1 1。任意一個

40、十六進制數(shù)任意一個十六進制數(shù) ( ( S S ) )1616可以表示成可以表示成( (S S ) )1616= =k kn n1616n n- -1 1 + +k kn n- -1 11616n n- -2 2+ + +k k1 116160 0 + +k k0 01616- -1 1+ +k k- -1 11616- -2 2+ + +k k-m-m1616- -m m- -1 1式中，式中，k ki i可取可取0, 1, 2, 0, 1, 2, , 9, A, B, C, D, E, F, 9, A, B, C, D, E, F等等1616個數(shù)碼個數(shù)碼、字母之一。用、字母之一。用A AF

41、F表示表示10101515。m m、n n是正整數(shù)。是正整數(shù)。1616為十六進制為十六進制的基數(shù)。的基數(shù)。例如：例如： (A2E3)(A2E3)16 16 = 10= 1016163 3+2+216162 2+14+1416161 1+3+316160 0十六進制數(shù)在書寫中可使用另一種表示方式，如十六進制數(shù)在書寫中可使用另一種表示方式，如 (A2E3)(A2E3)1616可可表示為表示為A2E3HA2E3H。十六進制數(shù)、二進制數(shù)和十進制數(shù)對應關系表十六進制數(shù)、二進制數(shù)和十進制數(shù)對應關系表 十進制數(shù)十進制數(shù)十六進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)十進制數(shù)十進制數(shù)十六進制數(shù)十六進制數(shù)二進制數(shù)二進制數(shù)0

42、 000H00H0000B0000B11110BH0BH 1011B1011B1 101H01H0001B0001B12120CH0CH 1100B1100B2 202H02H0010B0010B13130DH0DH 1101B1101B3 303H03H0011B0011B14140EH0EH 1110B1110B4 404H04H0100B0100B15150FH0FH 1111B1111B5 505H05H0101B0101B161610H10H 0001 0000B 0001 0000B6 606H06H0110B0110B171711H11H 0001 0001B 0001 0001

43、B7 707H07H0111B0111B181812H12H 0001 0010B 0001 0010B8 808H08H1000B1000B191913H13H 0001 0011B 0001 0011B9 909H09H1001B1001B202014H14H 0001 0100B 0001 0100B10100AH0AH1010B1010B212115H15H 0001 0101B0001 0101B1.5.2 進位計數(shù)制的相互轉換進位計數(shù)制的相互轉換 二進制數(shù)與十六進制數(shù)相互轉換二進制數(shù)與十六進制數(shù)相互轉換 二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù)二進制數(shù)轉換成十六進制數(shù) 整數(shù)部分整數(shù)部分： 自右向左

44、，四位一組，不足四位，向左填零，各部自右向左，四位一組，不足四位，向左填零，各部分用相應的十六進制數(shù)替代；分用相應的十六進制數(shù)替代； 小數(shù)部分小數(shù)部分： 自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部自左向右，四位一組，不足四位，向右填零，各部分用相應的十六進制數(shù)替代；分用相應的十六進制數(shù)替代；二進制二進制十六進制十六進制二進制二進制十六進制十六進制00000100080001110019001021010A001131011B010041100C010151101D011061110E011171111F 十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)每位十六進制數(shù)分別用相應每位十六進制數(shù)分

45、別用相應4位二進制數(shù)替代。位二進制數(shù)替代。 十進制數(shù)整數(shù)轉換成十六進制數(shù)的方法：十進制數(shù)整數(shù)轉換成十六進制數(shù)的方法：除除16取余法取余法 十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)、十六進制數(shù)十進制數(shù)轉換成二進制數(shù)、十六進制數(shù) 十進制小數(shù)轉換成二進制小數(shù)的方法：十進制小數(shù)轉換成二進制小數(shù)的方法：乘乘2取整法取整法 整數(shù)部分的轉換整數(shù)部分的轉換 十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)的方法：十進制整數(shù)轉換成二進制整數(shù)的方法： 除除2取余法取余法 小數(shù)部分的轉換小數(shù)部分的轉換 十進制小數(shù)轉換成十六進制小數(shù)的方法：十進制小數(shù)轉換成十六進制小數(shù)的方法：乘乘16取整法取整法1.5.3 二進制數(shù)和十六進制數(shù)運算二進制數(shù)和十六進制數(shù)運算【

46、例【例】00110101B00110101B+ +10011100B10011100B 二進制數(shù)加法運算二進制數(shù)加法運算規(guī)則：規(guī)則：0 + 0 = 0，0 + 1 = 1 + 0 = 1， 1 + 1 = 0（向高位進（向高位進1）。）。11010001B11010001B【例【例】10110101B10110101B- -10011100B10011100B規(guī)則：規(guī)則：0 0 = 0，1 0 = 0，1 1 = 0， 0 1 = 1（向高位借（向高位借1）。）。 二進制數(shù)減法運算二進制數(shù)減法運算 00011001B00011001B11011101 二進制數(shù)乘法運算二進制數(shù)乘法運算【例【例】

47、 1101B1101B 1001B1001B1110101B1110101B+ 1101+ 1101 二進制數(shù)除法運算二進制數(shù)除法運算1 111101110【例【例】 110111011110110111011010011001 11011101 11011101 二進制數(shù)二進制數(shù)“與與”運算運算規(guī)則：規(guī)則：0 0 = 0，1 0 = 0， 1 0 = 0，1 1 = 1。【例【例】10110101B10110101B 10011100B10011100B10010100B10010100B規(guī)則：規(guī)則： 0 0 = 0，1 0 = 1， 1 1 = 1，0 1 = 1。 二進制數(shù)二進制數(shù)“或或

48、”運算運算【例【例】10110101B10110101B 10011100B10011100B10111101B10111101B 二進制數(shù)二進制數(shù)“異或異或”運算運算規(guī)則：規(guī)則：00 = 0，01 = 1， 10 = 1，11 = 0?！纠纠?0110101B10110101B 10011100B10011100B00101001B00101001B8. 十六進制數(shù)運算十六進制數(shù)運算先將十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，先將十六進制數(shù)轉換成二進制數(shù)，然后根據(jù)二進制運算法則進行運算，然后根據(jù)二進制運算法則進行運算，再轉換成十六進制數(shù)。再轉換成十六進制數(shù)。原碼、反碼和補碼原碼、反碼和補碼數(shù)的正負表示

49、形式：數(shù)的正負表示形式： D7=D7=1 1 表示表示負數(shù)負數(shù)，D7=D7=0 0 表示表示正數(shù)正數(shù)。D7 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 符號位符號位 數(shù)值數(shù)值位位 X反反 =X原數(shù)值位取反，符號位不變。原數(shù)值位取反，符號位不變。 在計算機中，機器數(shù)有三種表示方法：在計算機中，機器數(shù)有三種表示方法：即原碼、反碼和補碼。即原碼、反碼和補碼。 采取補碼運算，可以將減法轉換成加采取補碼運算，可以將減法轉換成加法運算。法運算。 對于正數(shù)：對于正數(shù)：X原原 =X反反 =X補補 對于負數(shù)：對于負數(shù)：X補補 =X反反 + 1原碼、反碼和補碼對應關系表原碼、反碼和補碼對應關系表 無符號二進制數(shù)無符號二進制數(shù)