單片微機(jī)原理及應(yīng)用

單片微機(jī)原理及應(yīng)用課件第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日以單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于：家用電器；工業(yè)過程控制；儀器儀表；網(wǎng)絡(luò)及通信；航空、汽車等領(lǐng)域等。第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日單片機(jī)系統(tǒng)的組成CPUABDBCB存儲器接口部件鍵盤顯示器數(shù)碼管打印機(jī)定時計(jì)數(shù)器第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日單片機(jī)系統(tǒng)硬件部分軟件部分單片機(jī)芯片外圍器件CPU內(nèi)存中斷控制邏輯通用接口運(yùn)算器寄存器組控制器并行I/O口串行UART定時/計(jì)數(shù)器ADC0809、DAC0832825382518255A、81552764、6264指令系統(tǒng)應(yīng)用程序第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日§1.4計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼計(jì)算機(jī)只識別和處理數(shù)字信息，數(shù)字是以二進(jìn)制數(shù)的形式表示的。它易于物理實(shí)現(xiàn)，同時，資料存儲、傳送和處理簡單可靠；運(yùn)算規(guī)則簡單，使邏輯電路的設(shè)計(jì)、分析、綜合方便，使計(jì)算器具有邏輯性。一、數(shù)制1、常用數(shù)制（1.）十進(jìn)制數(shù)：1985=1000+900+80+5=1×103+9×102+8×101+5×100

特點(diǎn)：有0~9十個不同的符號。逢十進(jìn)一。一般用下腳標(biāo)D表示，如1985D,或無下腳標(biāo)。第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日

（2.）二進(jìn)制數(shù)：特點(diǎn)：有0，1兩個不同的符號。逢二進(jìn)一。二進(jìn)制數(shù)的下腳標(biāo)為B

例如：對于整數(shù)，

1001B=1×23+0×22+0×21+1×20=9D

對于小數(shù)，0.101B=1×2-1+0×2-2+1×2-3=0.625D

二進(jìn)制數(shù)每一位的權(quán)是：以小數(shù)點(diǎn)分界，…..24,23,22,21,20.2-1,2-2,2-3,……第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日

（3.）十六進(jìn)制數(shù)：有0~9，A,B,C,D,E,F共十六個不同的符號。逢十六進(jìn)位。用下腳標(biāo)“H”表示十六進(jìn)制數(shù)。例：327H=3×162+2×161+7×160=807D3AB.11H

=3×162+A×161+B×160+1×161+1×16-2

=939.0664D

第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、數(shù)制的轉(zhuǎn)換（1.）二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法:按權(quán)展開。111.101B=1×22+1×21+1×20+1×2-1+0×2-2

+1×2–3=4+2+1+0.5+0.125=7.625D（2.）十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)方法：整數(shù)部分除二取余，小數(shù)部分乘二取整第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日45余數(shù)22111051211001222222即45=（101101）2例1、將十進(jìn)制數(shù)45轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日例2：十進(jìn)制小數(shù)部分的轉(zhuǎn)換:乘二取整0.6875×2最高位取11.37500.375×2取00.750×2取11.500.5×2最低位取11.0從上至下寫成從左至右10110.6875D=0.B第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制數(shù)與上述類似。（3.）十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換:十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制：9AB.7C5H100110101011.011111000101B

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制數(shù):0001101111100011.100101111000B1BE3.978H第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、數(shù)碼1、機(jī)器數(shù)與真值機(jī)器只認(rèn)識二進(jìn)制數(shù)：0、1。這是因?yàn)?，電路狀態(tài)常常有兩種情況，如：電路的通、斷；高電平、低電平；可用0、1表示。在機(jī)器中，這種0、1、0、1的表現(xiàn)形式稱為機(jī)器數(shù)。機(jī)器數(shù)分為無符號數(shù)、帶符號數(shù)。無符號數(shù)如：00000001、10010011、01010010、……等等，范圍：00H~ FFH。有符號數(shù)如：+1010110B、-1101001B、等等01010110B、11101001B第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2、機(jī)器數(shù)的編碼及運(yùn)算對帶符號數(shù)而言，有原碼、反碼、補(bǔ)碼之分，計(jì)算機(jī)內(nèi)一般使用補(bǔ)碼。（1）原碼將數(shù)“數(shù)碼化”，原數(shù)前“+”用0表示，原數(shù)前“-”用1表示，數(shù)值部分為該數(shù)本身，這樣的機(jī)器數(shù)叫原碼。設(shè)X——原數(shù)；則[X]原=X（X0）[X]原=2n-1–X（X0），n為字長的位數(shù)。如，[+3]原=00000011B[-3]原=27-（-3）=10000011B0有兩種表示方法：00000000——+010000000——-0原碼最大、最小的表示：+127、-128第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日（2）反碼規(guī)定正數(shù)的反碼等于原碼；負(fù)數(shù)的反碼是將原碼的數(shù)值位各位取反。[X]反=X（X0）[X]反=（2n–1）+X（X0）如，[+4]反=[+4]原=00000100B[-4]反=(28–1)+(-5)=11111111-00000101=11111010B

反碼范圍：-128~+127兩個0：+0——00000000B-0——11111111B第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日運(yùn)用補(bǔ)碼可使減法變成加法。規(guī)定：正數(shù)的補(bǔ)碼等于原碼。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼求法：1）反碼+12）公式：[X]補(bǔ)=2n+X（X<0）如，設(shè)X=-0101110B，則[X]原=10101110B則[X]補(bǔ)=[X]反+1=11010001+00000001=11010010B如，[+6]補(bǔ)=[+6]原=00000110B[-6]補(bǔ)=28+（-6）=10000000–00000110=11111010B8位補(bǔ)碼的范圍–128~+127。0的個數(shù)：只一個，即00000000而10000000B是-128的補(bǔ)碼。原碼、反碼、補(bǔ)碼對照表：見下表123（3）補(bǔ)碼補(bǔ)碼的概念：現(xiàn)在是下午3點(diǎn)，手表停在12點(diǎn)，可正撥3點(diǎn)，也可倒撥9點(diǎn)。即是說-9的操作可用+3來實(shí)現(xiàn)，在12點(diǎn)里：3、-9互為補(bǔ)碼。第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日

八位二進(jìn)制數(shù)所能表示的數(shù)據(jù)范圍機(jī)器數(shù)無符號數(shù)原碼反碼補(bǔ)碼000000000+0+0+0000000011+1+1+1.....01111111127+127+127+12710000000128-0-127-12810000001129-1-126-127..........11111110254-126-1-211111111255-127-0-1第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日（4）補(bǔ)碼的運(yùn)算當(dāng)X≥0時，[X]補(bǔ)=[X]反=[X]原[[X]補(bǔ)]補(bǔ)=[X]原[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)=[X+Y]補(bǔ)[X-Y]補(bǔ)=[X+（-Y）]補(bǔ)例：已知

X=52Y=38求X-Y

方法1：減法：

X-Y=52-38=1400110100

-）0010011000001110第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日方法2：加法

X-Y=[[X-Y]補(bǔ)]補(bǔ)=[[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)]補(bǔ)=[[52]補(bǔ)+[-38]補(bǔ)]補(bǔ)=[14]補(bǔ)=14

[52]補(bǔ)：00110100

[-38]補(bǔ)：+）11011010100001110

自然丟失計(jì)算機(jī)在做算術(shù)運(yùn)算時，必需檢查溢出，以防止發(fā)生錯誤

第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日(5)運(yùn)算的溢出問題由于計(jì)算機(jī)中表示數(shù)據(jù)的字長（位數(shù)）有一定限制，所以數(shù)據(jù)的表示應(yīng)有一個范圍。如字長8位時；補(bǔ)碼范圍-128~+127若運(yùn)算結(jié)果超出這個范圍，便溢出。例：[98]補(bǔ)：01100010[25]補(bǔ)：+）00011001

[123]補(bǔ)001111011未溢出00

Cs+1Cs（未溢出）

第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日[85]補(bǔ)：01010101

[47]補(bǔ)：+）00101111[132]補(bǔ)：10000100溢出01

Cs+1Cs（溢出）錯：兩個正數(shù)相加和為負(fù)數(shù)。

[-85]補(bǔ)：10101011[-47]補(bǔ)：+）11010001

[-132]補(bǔ)：101111100溢出10

Cs+1Cs

錯：兩個負(fù)數(shù)相加和為正數(shù)。第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日[-19]補(bǔ)：01010101

[-79]補(bǔ)：+）10110001[-98]補(bǔ)：11001111未溢出11

Cs+1Cs錯：兩個負(fù)數(shù)相加和為正數(shù)?？傊航Y(jié)果正確（無溢出）時，Cs+1=Cs結(jié)果錯誤（溢出）時，Cs+1≠Cs溢出判斷：溢出=Cs+1Cs（即結(jié)果是0為無溢出；1為有溢出）第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日1、

（6）

十進(jìn)制數(shù)的編碼對機(jī)器：二進(jìn)制數(shù)方便，對人：二進(jìn)制數(shù)不直觀，習(xí)慣于十進(jìn)制數(shù)。在編程過程中，有時需要采用十進(jìn)制運(yùn)算，但機(jī)器不認(rèn)識十進(jìn)制數(shù)。怎么辦？可以將十進(jìn)制的字符用二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼：

0

00005010110101111100016011010112

00107011111003001181000110140100910011110

這叫做二進(jìn)制數(shù)對十進(jìn)制編碼——BCD碼。上述每4位二進(jìn)制數(shù)表示一個十進(jìn)制字符，這4位中各位的權(quán)依次是：8、4、2、1——8421BCD碼。第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日BCD碼的運(yùn)算：例、18+）321

00011000+）00000011

00011011

B是非BCD碼（錯）需進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整：

00011000

+）0000001100011011（個位大于9，應(yīng)進(jìn)1）

+）0110（加6使進(jìn)1）00100001（結(jié)果形如21）第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日BCD碼加法規(guī)則：兩個BCD數(shù)相加時，“某位”的和小于10則保持不變；兩個BCD數(shù)相加時，“某位”的和大于9，則和數(shù)應(yīng)加6修正。BCD碼減法規(guī)則：兩個BCD數(shù)相減時，“某位”的差未發(fā)生借位，則差數(shù)保持不變；兩個BCD數(shù)相減時，“某位”發(fā)生了借位，其差應(yīng)減6修正。這里“某位”指BCD數(shù)中的“個位”、“十位”、“百位”、……第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日加法舉例：

01100101（65）

+）10010111（97）11111100

+）01100110（加66調(diào)整）101100010（162）減法舉例：00110100（34）

-）00010101（15）00011111

-）0110（減6調(diào)整）00011001（29）第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日（7）字符信息的表示計(jì)算機(jī)能識別0、1、0、1、……；這些0、1、0、1、……有的代表數(shù)值，有的僅代表要處理的信息（如字母、標(biāo)點(diǎn)符號、數(shù)字符號等文字符號），所以，計(jì)算機(jī)不僅要認(rèn)識各種數(shù)字，還要能識別各種文字符號。人們事先已對各種文字符號進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)編碼。如，美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)碼——ASCII碼，用一個字節(jié)表示一個字符。低7位是字符的ASCII碼值；最高位是通信時的校驗(yàn)位。

第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日綜上所述,計(jì)算機(jī)中的數(shù)可以有各種不同的表示方法,計(jì)算機(jī)中以一個字節(jié)為一個單元保存數(shù)據(jù),一個字節(jié)為8位二進(jìn)制數(shù),可以有256種組合,也就是可以表示256個數(shù)據(jù),我們稱它為機(jī)器數(shù),每一個機(jī)器數(shù)實(shí)際表示的是什么,要看采用的是那種表示方法。第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、定點(diǎn)數(shù)和浮點(diǎn)數(shù)

l

定點(diǎn)表示法：表示小數(shù)點(diǎn)的位置是固定不變的。分為純整數(shù)和純小數(shù)兩類。數(shù)符尾數(shù)·純整數(shù)表示方法純小數(shù)表示方法數(shù)符·尾數(shù)其格式如下所示