單片機(jī)第1章(藍(lán)底白字)

1、第1章 微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ) 1.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換 1.2 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 1.3 帶符號(hào)數(shù)的表示 1.4 定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù) 1.5 BCD碼和ASCII碼 1.6 微型計(jì)算機(jī)的組成及工作過程 11.1 計(jì)算機(jī)中的數(shù)制及相互轉(zhuǎn)換 1.1.1 進(jìn)位計(jì)數(shù)制 按進(jìn)位原則進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法, 稱為進(jìn)位計(jì)數(shù)制。十進(jìn)制數(shù)有兩個(gè)主要特點(diǎn): （1） 有 10 個(gè)不同的數(shù)字符號(hào): 0、 1、 2、 、 9; （2） 低位向高位進(jìn)位的規(guī)律是“逢十進(jìn)一”。2 因此, 同一個(gè)數(shù)字符號(hào)在不同的數(shù)位所代表的數(shù)值是不同的。 如555.5中 4 個(gè) 5分別代表500、 50、 5 和 0.5, 這個(gè)數(shù)可以寫成555.5=51

2、02+5101+5100+510-1 式中的“10”稱為十進(jìn)制的 基數(shù) 10、101、100、10-1稱為各數(shù)位的 權(quán)。 3 任意一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可以表示成按權(quán)展開的多項(xiàng)式: 例如, 543.21可表示為 543.21= 5102+4101+3100 +210-1 +110-24一般而言, 對(duì)于用 R 進(jìn)制表示的數(shù) N , 可以按權(quán)展開為 式中, ai 是 0、1、 、 （R-1）中的任一個(gè), m、 n是正整數(shù), R是基數(shù)。在 R 進(jìn)制中, 每個(gè)數(shù)字所表示的值是該數(shù)字與它相應(yīng)的權(quán)Ri的乘積, 計(jì)數(shù)原則是“逢 R進(jìn)一”。 56 1. 二進(jìn)制數(shù) 當(dāng) R=2 時(shí), 稱為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制, 簡(jiǎn)稱二進(jìn)制。在二

3、進(jìn)制數(shù)中, 只有兩個(gè)不同數(shù)碼: 0和1, 進(jìn)位規(guī)律為“逢二進(jìn)一”。 例如, 二進(jìn)制數(shù) 1011.01 可按權(quán)展開為： (1011.01)2 =123+ 022 +121 +120 +02-1+12-2 7 2. 八進(jìn)制數(shù) 當(dāng)R=8 時(shí), 稱為八進(jìn)制。在八進(jìn)制中, 有 0、1、2、7 共 8 個(gè)不同的數(shù)碼, 采用“逢八進(jìn)一”的原則進(jìn)行計(jì)數(shù)。如（503)8可表示為(503)8=582+081+380 8 3. 十六進(jìn)制 當(dāng)R=16時(shí), 稱為十六進(jìn)制。在十六進(jìn)制中, 有 0、1、2、 9、 A、B、C、D、E、F共 16個(gè)不同的數(shù)碼, 進(jìn)位方法是“逢十六進(jìn)一”。 例如, （3A8.0D）16可表示為

4、:（3A8.0D)16= 3162+10161+8160+016-1+ 1316-2 9表1.1 各種進(jìn)位制的對(duì)應(yīng)關(guān)系 十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制十進(jìn)制二進(jìn)制八進(jìn)制十六進(jìn)制000091001119111110101012A2102211101113B3113312110014C41004413110115D51015514111016E61106615111117F7111771610000201081000108101.1.2 不同進(jìn)制間的相互轉(zhuǎn)換 111. 二、 八、 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制 ：按權(quán)展開法例1:將數(shù)(10.101)2 , (46.12)8 , (2D.A4)16轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制。

5、（10.101)2=121+020+12-1+02-2+12-3=2.625 12 (46.12)8=481+680+18-1+28-2=38.156 25 (2D.A4)16=2161+13160+1016-1+416-2=45.640 62 13 2. 十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二、八、十六進(jìn)制數(shù) 任意十進(jìn)制數(shù) N 轉(zhuǎn)換成 R 進(jìn)制數(shù), 需將整數(shù)部分和小數(shù)部分分開, 采用不同方法分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換, 然后用小數(shù)點(diǎn)將這兩部分連接起來(lái)。14 (1) 整數(shù)部分: 除基取余法 分別用基數(shù) R 不斷地去除 N 的整數(shù), 直到商為零為止, 每次所得的余數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。最初得到的為最低有效數(shù)字, 最后得到的

6、為最高有效數(shù)字。 15例 2 將（168)10轉(zhuǎn)換成二、 八、 十六進(jìn)制數(shù)。 16 (2) 小數(shù)部分: 乘基取整法。 分別用基數(shù) R(R=2、8或16）不斷地去乘N 的小數(shù), 直到積的小數(shù)部分為零（或直到所要求的位數(shù)）為止, 每次乘得的整數(shù)依次排列即為相應(yīng)進(jìn)制的數(shù)碼。 最初得到的為最高有效數(shù)字, 最后得到的為最低有效數(shù)字。 17故： (0.645)10=(0.10100)2=(0.51217)8=(0.A51EB)16 18例 4 將（168.645)10轉(zhuǎn)換成二、 八、 十六進(jìn)制數(shù)。 根據(jù)例2、例 3 可得 （168.645)10= (10101000.10100)2= (250.51217

7、) 8 =(A8.A51EB)16 19 3. 二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換 由于23 = 8, 故可采用“合三為一”、“一分為三”的原則。 從小數(shù)點(diǎn)開始往兩邊走，每三位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位八進(jìn)制數(shù)。20例 5 將（101011.01101)2轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制數(shù)。 即（101011.01101)2= (53.32)8 101 011 . 011 010 5 3 . 3 2 21例 6 將(123.45)8轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。 1 2 3 . 4 5001 010 011 . 100 101 即 （123.45)8=(1010011.100101) 22 4. 二進(jìn)制與16進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換 由于24 =

8、16, 故可采用“合四為一”、“一分為四”的原則。 從小數(shù)點(diǎn)開始往兩邊走，每四位二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)一位16進(jìn)制數(shù)。23例 7 將（110101.011)2轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。 0011 0101 . 0110 3 5 . 6 即 （110101.011) 2=(35.6)16 24例 8 將（4A5B.6C)16轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 4 A 5 B . 6 C0100 1010 0101 1011 . 0110 1100即 （4A5B.6C)16=(100101001011011.011011)2 251.2 二進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算 26 1.2.1 算術(shù)運(yùn)算 二進(jìn)制數(shù)只有 0和1兩個(gè)數(shù)字,其算術(shù)運(yùn)算較為簡(jiǎn)單,加

9、、 減法遵循“逢二進(jìn)一”、“借一當(dāng)二”的原則。 1. 加法運(yùn)算規(guī)則: 0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10(有進(jìn)位) 27例 1 求1001B+1011B。 282. 減法運(yùn)算規(guī)則: 0-0=0; 1-1=0; 1-0=1; 0-1=1(有借位) 例 2 求1100B-111B。 293. 乘法運(yùn)算規(guī)則: 00=0; 01=10=0; 11=1例 3 求1011B1101B。 304. 除法運(yùn)算規(guī)則: 0/1=0; 1/1=1例 4 求10100101B/1111B 311.2.2 邏輯運(yùn)算 1. “與”運(yùn)算 “與”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“必須都有,否則就沒有”這種邏輯關(guān)系的一種運(yùn)算。

10、運(yùn)算符為“ ”, 其運(yùn)算規(guī)則如下:00=0, 01=10=0, 11=1 例 5 若X=1011B, Y=1001B, 求XY。 .即 XY=1001B 32 2. “或”運(yùn)算 “或”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“只要其中之一有,就有”這種邏輯關(guān)系的一種運(yùn)算, 其運(yùn)算符為“+”。 “或”運(yùn)算規(guī)則如下:0+0=0, 0+1=1+0=1, 1+1=1 例 6 若X=10101B, Y=01101B, 求X+Y。 101010110111101+即 X+Y=11101B 33 3. “非”運(yùn)算 “非”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“求反”這種邏輯的一種運(yùn)算，如變量A的“非”運(yùn)算記作 。 其運(yùn)算規(guī)則如下: A例 7 若A=10101B,

11、求 。 A34 4. “異或”運(yùn)算 “異或”運(yùn)算是實(shí)現(xiàn)“相同為0，相異為1”這種邏輯的一種運(yùn)算, 運(yùn)算符為“ ”。其運(yùn)算規(guī)則是: 例 8 若X=1010B, Y=0110B, 求XY。 101001101100即 XY=1100B 351.3 帶符號(hào)數(shù)的表示 1.3.1 機(jī)器數(shù)及真值 計(jì)算機(jī)在數(shù)的運(yùn)算中, 不可避免地會(huì)遇到正數(shù)和負(fù)數(shù), 那么正負(fù)符號(hào)如何表示呢？由于計(jì)算機(jī)只能識(shí)別0和1, 因此, 我們將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的最高位用作符號(hào)位來(lái)表示這個(gè)數(shù)的正負(fù)。 規(guī)定符號(hào)位用“0”表示正, 用“1”表示負(fù)。例如, X=-1101010B, Y=+1101010B, 則X表示為: 11101010B, Y表

12、示為01101010B。 36 一個(gè)二進(jìn)制數(shù)連同符號(hào)位在一起作為一個(gè)數(shù)，稱為“機(jī)器數(shù)”，如11101010B。 而該機(jī)器數(shù)實(shí)際代表的值，稱為這個(gè)數(shù)的“真值”，如1101010B。371.3.2 數(shù)的碼制 381.3.2 數(shù)的碼制 1. 原碼 正數(shù)的符號(hào)位用0表示, 負(fù)數(shù)的符號(hào)位用1表示, 數(shù)值部分用真值的絕對(duì)值來(lái)表示的二進(jìn)制機(jī)器數(shù)稱為原碼, 用X原表示。39例如: +115和-115在計(jì)算機(jī)中（設(shè)機(jī)器數(shù)的位數(shù)是8）其原碼可分別表示為+115原= 01110011B; -115原= 11110011B 40+0原=00000000B -0原=10000000B 0和0的原碼不統(tǒng)一。 8位二進(jìn)制原

13、碼能表示的范圍是: -127+127。 41 2. 反碼 正數(shù)的反碼和原碼相同。 負(fù)數(shù)的反碼由 “原碼的符號(hào)位不變，其他位按位取反”形成 。 反碼用X反表示。 42+0反=00000000B - 0反=11111111B 0和0的反碼也不統(tǒng)一。 8位二進(jìn)制反碼能表示的范圍是: -127+127。 43 3. 補(bǔ)碼 “模”是指一個(gè)計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)數(shù)量程。如, 時(shí)鐘的模為12。任何有模的計(jì)量器, 均可化減法為加法。仍以時(shí)鐘為例, 設(shè)當(dāng)前時(shí)鐘指向11點(diǎn), 而準(zhǔn)確時(shí)間為1點(diǎn), 調(diào)整時(shí)間的方法有兩種, 一種是時(shí)鐘倒撥10小時(shí), 即11-10=1; 另一種是時(shí)鐘正撥2小時(shí), 即11+3=12+1=1。 由此可

14、見, 在以12為模的系統(tǒng)中,減10和加2的效果是一樣的, 即 -10 = +2（以12為模）44 對(duì)于n位計(jì)算機(jī)來(lái)說, 模為2n，數(shù)X的補(bǔ)碼定義為 即正數(shù)的補(bǔ)碼就是它本身, 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼是真值與模相加而得。45例如, n=8時(shí), +73補(bǔ)=01001001B-73補(bǔ)=1 0000 0000B- 0100 1001B=10110111B-0補(bǔ) =1 0000 0000B - 0=1 0000 0000B(保留8位)+0補(bǔ)=-0補(bǔ)=00000000B 可見, 數(shù)0的補(bǔ)碼表示是唯一的。 規(guī)定-128補(bǔ)=1000 0000B 46 由于做減法不方便,一般不用定義求補(bǔ)碼。 負(fù)數(shù)補(bǔ)碼的求法:“符號(hào)位不變，其

15、余位取反，再加一”, 即: X補(bǔ)=X反+1。 例如: -30補(bǔ)=-30反+1 = 11100001 + 1 =11100010B。 8位二進(jìn)制補(bǔ)碼能表示的范圍為: -128 +127, 若超過此范圍, 則為溢出。 471.4 定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù) 1. 定點(diǎn)法 定點(diǎn)法中約定所有數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)隱含在某個(gè)固定位置。 對(duì)于純小數(shù), 小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)符與數(shù)值之間; 對(duì)于整數(shù), 則把小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值部分的最后面, 其格式為 純小數(shù)表示: 數(shù)符. 尾數(shù) 數(shù) 符尾 數(shù).小數(shù)點(diǎn)數(shù) 符尾 數(shù).小數(shù)點(diǎn)整數(shù)表示: 數(shù)符 尾數(shù) .48 2. 浮點(diǎn)法 浮點(diǎn)法中, 數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)位置不是固定不變的, 而是可浮動(dòng)的。 因此, 可將任意

16、一個(gè)二進(jìn)制數(shù)N表示成N=M2E（類比10進(jìn)制：0.12310456）其中, M為尾數(shù), 為純二進(jìn)制小數(shù), E稱為階碼?？梢? 一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)有階碼和尾數(shù)兩部分, 且都帶有表示正負(fù)的階碼符與數(shù)符, 其格式為 階 符階碼E數(shù) 符尾數(shù)49如 0.000101 表示為: 2-30.101尾數(shù)：小于 1 的小數(shù)，尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的精度。階碼：表示指數(shù)部分，尾數(shù)的位數(shù)決定數(shù)的范圍。階符：階碼的符號(hào)數(shù)符：數(shù)的符號(hào)階 符階碼數(shù) 符尾數(shù)50 設(shè)階碼 E的位數(shù)為m位, 尾數(shù)M的位數(shù)為n位, 則浮點(diǎn)數(shù)N的取值范圍為 2-n2-（2m-1）|N|(1-2-n)22m-1 為了提高精度, 發(fā)揮尾數(shù)有效位的最大作用, 還規(guī)定

17、尾數(shù)數(shù)字部分原碼的最高位為1, 叫做規(guī)格化表示法。 如0.000101表示為: 2-30.101 511.5 BCD碼和ASCII 碼 1.5.1 BCD碼 十進(jìn)制數(shù) 8421BCD碼 十進(jìn)制數(shù) 8421BCD碼 00000501011000160110200107011130011810004010091001表1.2 8421 BCD編碼表 52 例 1 寫出69.25的BCD碼。 根據(jù)表 1.2, 可直接寫出相應(yīng)的BCD碼: 69.25 =（01101001.00100101）BCD 531.5.2 ASCII 編碼 表 1.3 ASCII 碼 表 54其他編碼：格雷（循環(huán)）碼：無(wú)權(quán)碼。

18、摩爾斯碼（Morse Code）： SOS： 漢字碼：內(nèi)碼，區(qū)位碼551.6 微型計(jì)算機(jī)的組成及工作過程計(jì)算機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)字長(zhǎng)： CPU并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù) 8位機(jī)、16位機(jī)、32位機(jī)和64位機(jī)。內(nèi)存容量： 內(nèi)存存儲(chǔ)單元數(shù) 容量單位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。運(yùn)算速度： CPU處理速度 時(shí)鐘頻率、 主頻、每秒運(yùn)算次數(shù) 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。561.6.1 基本組成 CPU（運(yùn)算器和控制器） Memory（存儲(chǔ)器） I/O（輸入設(shè)備和輸出設(shè)備） 外部設(shè)備三總線結(jié)構(gòu)的工作原理 571. 中央處理器CPU

19、CPU（Central Processing Unit）是計(jì)算機(jī)的核心部件, 它由運(yùn)算器和控制器組成, 完成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算和控制功能。 運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯部件（ALU, Aithmctieal Logic Unit）, 主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 控制器（Controller）是整個(gè)計(jì)算機(jī)的指揮中心, 它負(fù)責(zé)從內(nèi)部存儲(chǔ)器中取出指令并對(duì)指令進(jìn)行分析、判斷, 并根據(jù)指令發(fā)出控制信號(hào), 使計(jì)算機(jī)的有關(guān)部件及設(shè)備有條不紊地協(xié)調(diào)工作, 保證計(jì)算機(jī)能自動(dòng)、連續(xù)地運(yùn)行。 58 CPU中還包括若干寄存器（Register）, 它們的作用是存放運(yùn)算過程中的各種數(shù)據(jù)、地址或其它信息。寄存器種類很多, 主要

20、有: 通用寄存器: 向 ALU提供運(yùn)算數(shù)據(jù), 或保留運(yùn)算中間或最終的結(jié)果。 累加器A: 這是一個(gè)使用相對(duì)頻繁的特殊的通用寄存器, 有重復(fù)累加數(shù)據(jù)的功能。59寄存器（Register）還有： 程序計(jì)數(shù)器PC: 存放將要執(zhí)行的指令地址。 指令存儲(chǔ)器IR: 存放根據(jù)PC 的內(nèi)容從程序存儲(chǔ)器（ROM）中取出的指令。 602. 存儲(chǔ)器Memory 存儲(chǔ)器（Memory）是具有記憶功能的部件, 用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）：SRAM、DRAM、nvRAM程序存儲(chǔ)器（ROM）：掩模ROM、 EPROM（電可編程光可擦）、 EEPROM （電可編程電可擦） 、FLASH等內(nèi)存儲(chǔ)器：外存儲(chǔ)器：613. 輸入/輸出接口（I/O接口） 輸入/輸出（I/O）接口由大規(guī)模集成電路組成的I/O器件構(gòu)成, 用來(lái)連接主機(jī)和相應(yīng)的I/O設(shè)備（如: 鍵盤、 鼠標(biāo)、顯示器、 打印機(jī)等）, 使得這些設(shè)備和主機(jī)之間傳送的數(shù)據(jù)、信息在形式上和速度上都能匹配。不同的I/O設(shè)備必須配置與其相適應(yīng)的I/O接口。 624. 總線 總線（BUS）是計(jì)算機(jī)各部件之間傳送信息的公共通道。 微機(jī)中有內(nèi)