單片機(jī)原理及應(yīng)用 第一章

單片機(jī)原理及應(yīng)用第一章第1頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月先行課程C語言程序設(shè)計(jì)大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)——模擬部分電子技術(shù)基礎(chǔ)——數(shù)字部分后續(xù)課程現(xiàn)代DSP技術(shù)嵌入式系統(tǒng)自動(dòng)控制原理第2頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月教材及參考書徐漢斌，《單片機(jī)原理及應(yīng)用》,華中科技大學(xué)（教材）胡乾斌,《單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用》,華中科技大學(xué)胡漢才,《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》,清華大學(xué)出版社陳光東,《單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)》,華中科技大學(xué)李朝清,《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》,北京航空航天大學(xué)出版社蔡美琴等,《MCS－51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用》，高等教育出版社何立民,《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)配置與接口技術(shù)》，北京航空航天大學(xué)出版社第3頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月專業(yè)網(wǎng)站：

:新華龍電子/：中國電子網(wǎng)

★重要51系列單片機(jī)及器件供應(yīng)商（SiliconLaboratories）

（華邦公司）http://www.maxim-（美信公司）第4頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月課程教學(xué)目標(biāo)

以MCS-51系列單片機(jī)作為背景機(jī)型，系統(tǒng)地介紹單片機(jī)的工作原理、指令系統(tǒng)和硬件體系結(jié)構(gòu)。建立微機(jī)系統(tǒng)的整體概念，掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，掌握中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、接口擴(kuò)展以及基本接口電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試方法，具備應(yīng)用光、機(jī)、電、算方面的知識(shí)完成小型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力?？己朔绞?/p>

閉卷考試方式:最后成績由閉卷筆試成績和平時(shí)成績組成。

第5頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內(nèi)容概述單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

指令系統(tǒng)

匯編語言程序設(shè)計(jì)中斷系統(tǒng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)器擴(kuò)展并行口擴(kuò)展串行接口A/D與D/A接口鍵盤與顯示器接口單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)第6頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章概述§1.1微型計(jì)算機(jī)概述§1.2單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用§1.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼第7頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

1946年6月，匈牙利籍?dāng)?shù)學(xué)家馮·諾依曼提出了“程序存儲(chǔ)”和“二進(jìn)制運(yùn)算”的思想，構(gòu)建了計(jì)算機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成這一計(jì)算機(jī)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)?！?/p>

1.1微型計(jì)算機(jī)概述一、微型計(jì)算機(jī)概況

1946年美國賓夕法尼亞大學(xué)研制出世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)。第8頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，相繼經(jīng)歷了五個(gè)時(shí)代：電子管計(jì)算機(jī)；晶體管計(jì)算機(jī)；集成電路計(jì)算機(jī)；大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)；超大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)。電子計(jì)算機(jī)按其性能分類：

大型計(jì)算機(jī)中型計(jì)算機(jī)小型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)第9頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展

1971年，美國Intel公司研究并制造了4004微處理器芯片。該芯片能同時(shí)處理4位二進(jìn)制數(shù)，集成了2300個(gè)晶體管，每秒可進(jìn)行6萬次運(yùn)算，成本約為200美元。它是世界上第一個(gè)微處理器芯片，以它為核心組成的MCS-4計(jì)算機(jī)，標(biāo)志了世界第一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的誕生。4004微處理器第10頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第一代4位和低檔8位機(jī)Intel4004第二代中高檔8位機(jī)8080/8085、Z80、MC6800第三代16位機(jī)Intel8086、Z8000、MC6800第四代32位機(jī)80386、80486第五代64位機(jī)IntelPentium特點(diǎn)：1、速度越來越快。2、容量越來越大。3、功能越來越強(qiáng)。（1971-1973）（1974-1978）（1978-1981）（1981-1992）（1993第11頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第五代微處理器1993：310萬晶體管、66MHz的Pentium處理器問世。1993：ARM7推出，13萬晶體管，50MHz主頻。1995：RISC架構(gòu)PentiumPro亮相。1997：Intel推出PentiumII。1997：ARM9推出。1998：Intel推出低端賽揚(yáng)處理器。1999：Intel推出PentiumIII。2002年，ARM11架構(gòu)推出。2003：AMD推出了x86-64指令集，這是x86指令集的64位超集。2004：AMD演示了x86雙核處理器。2000：IntelPentiumIV首次亮相，集成了4200萬個(gè)晶體管。2005：Intel交付第一款雙核處理器。2006：Intel發(fā)布首款至強(qiáng)四核處理器Xeon5300。2007：AMD發(fā)布四核皓龍（巴塞羅那）處理器。第12頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月二、微處理器、微型計(jì)算機(jī)及微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1、微處理器(Microprocessor)

把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器（包含一組寄存器）和控制器集成在一塊芯片（集成塊）上所構(gòu)成的器件稱為微處理器。它是微型計(jì)算機(jī)的核心。通常將由一片或少數(shù)幾片大規(guī)模集成電路組成的中央處理部件，簡稱CPU或MPU。進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、邏輯判斷；完成指令譯碼，執(zhí)行指令規(guī)定的操作；具有訪問存儲(chǔ)器和外設(shè)的能力；為系統(tǒng)提供控制信號(hào)，根據(jù)時(shí)鐘脈沖指揮整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作；響應(yīng)中斷請(qǐng)求。第13頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2微型計(jì)算機(jī)

微型計(jì)算機(jī)是指以微處理器為核心，配上存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線所組成的計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。第14頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月CPU執(zhí)行程序、對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。存儲(chǔ)器包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）。存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)。輸入/輸出（I/O）接口電路實(shí)現(xiàn)微處理器與外部設(shè)備的連接，溝通微型機(jī)與外界之間的信息聯(lián)系?？偩€是用來傳送信息的，它為CPU和其他部件之間提供數(shù)據(jù)、地址和控制信息的傳輸通道。包含三種不同功能的總線：地址總線AB(AddressBus)、數(shù)據(jù)總線DB（DataBus）和控制總線CB（ControlBus）。第15頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月地址總線：用來傳送地址信息。它是由CPU發(fā)出的，因而是單向的。它的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存范圍。數(shù)據(jù)總線：傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)既可以從CPU傳送到存儲(chǔ)器或輸入/輸出接口，也可以從存儲(chǔ)器或輸入/輸出接口傳送到CPU，因而數(shù)據(jù)總線是雙向的。CPU的數(shù)據(jù)總線的位數(shù)決定了微型機(jī)的數(shù)據(jù)總線的寬度（又稱字長）。控制總線：傳送控制信號(hào)。一種是由CPU發(fā)出到存儲(chǔ)器和輸入/輸出接口電路的控制信號(hào)，如讀信號(hào)、寫信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)等；另一種則是由輸入/輸出接口電路送往CPU的控制信號(hào)、如時(shí)鐘、中斷請(qǐng)求、準(zhǔn)備就緒信號(hào)等。第16頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括硬件和軟件兩大部分，它是以微型計(jì)算機(jī)為主體，配上系統(tǒng)軟件和外部設(shè)備組成的。

系統(tǒng)軟件包括操作系統(tǒng)和系統(tǒng)應(yīng)用程序，如編輯程序、匯編程序、編譯程序、調(diào)試程序、用戶應(yīng)用程序等。

外部設(shè)備用來使微型機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出。最通用的外部設(shè)備有鍵盤、顯示器、磁盤控制器和打印機(jī)等。當(dāng)計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程的控制時(shí)，硬件還應(yīng)包括過程控制I/O通道，通常將它與外部設(shè)備統(tǒng)稱為外圍設(shè)備，簡稱外設(shè)。第17頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

微處理器、微型計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的關(guān)系如圖所示。第18頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月三、微型計(jì)算機(jī)的工作過程1微處理器的指令系統(tǒng)和程序編制

指令的集合或指令的全體稱為指令系統(tǒng)(InstructionSystem)。微處理器類型不同它的指令系統(tǒng)也不一樣。所謂程序就是采用指令系統(tǒng)中的指令根據(jù)題目要求排列起來的有序指令的集合。程序的編制稱為程序設(shè)計(jì)。通常，設(shè)計(jì)人員是采用指令的匯編符(即助記符)形式編程的，這種程序設(shè)計(jì)稱之為匯編語言程序設(shè)計(jì)。

第19頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程

為了弄清微型計(jì)算機(jī)的工作原理，現(xiàn)以Y＝5+10求和程序來說明微型計(jì)算機(jī)的工作過程。ORG2000H7405HMOVA，#05H；A一05H240AHADDA，#OAH；A一5+1080FEHSJMP$；停機(jī)

第20頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算器控制器微處理器結(jié)構(gòu)框圖第21頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2000H

程序計(jì)數(shù)器地址寄存器數(shù)據(jù)寄存器指令寄存器指令譯碼器算術(shù)邏輯部件第22頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2000H

0111010001110100011101002001H

執(zhí)行MOV指令指令譯碼器指令寄存器數(shù)據(jù)寄存器程序計(jì)數(shù)器地址寄存器第23頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2001H

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第24頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2002H

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執(zhí)行ADD指令0010010000000101第25頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2003H

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執(zhí)行ADD指令0000010100001010第26頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月程序設(shè)計(jì)語言

C語言程序與匯編語言程序

例：第27頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月§

1.2單片機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

單片微型計(jì)算機(jī)：單片機(jī)是在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上，集成了CPU、存儲(chǔ)器(RAM、ROM)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、輸入/輸出接口、系統(tǒng)時(shí)鐘和系統(tǒng)總線等電路的微型計(jì)算機(jī)。就其組成而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。第28頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月一、單片機(jī)的特點(diǎn)：有優(yōu)異的性能價(jià)格比。集成度高、體積小、有很高的可靠性。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線。大大提高了單片機(jī)的可靠性與抗干擾能力?？刂乒δ軓?qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)中均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。單片機(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展、系統(tǒng)配置較典型、規(guī)范、容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。第29頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月二、單片機(jī)的發(fā)展概況第一階段（1976-1978）：初級(jí)單片機(jī)階段。以Intel公司的MCS-48為代表。在片內(nèi)集成了CPU（8位）、并行I/O口，定時(shí)/計(jì)數(shù)器（8位）、RAM和ROM等，無串行I/O，中斷處理較簡單。片內(nèi)RAM和ROM容量較小，且尋址范圍不大于4K。第二階段（1978-）：高性能單片機(jī)階段。有串行I/O，有多級(jí)中斷處理，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為16位，片內(nèi)的RAM和ROM相對(duì)增大，且尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換接口。這類單片機(jī)有Intel公司的MCS-51，Motorola公司的6801和Zliog公司的Z8等。由于這類單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域較廣，其結(jié)構(gòu)和性能還在不斷改進(jìn)和發(fā)展著。第30頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月第三階段（1982-）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，以滿足不同用戶的需要；另一方面發(fā)展16位單機(jī)及專用單片機(jī)。16位單片機(jī)除了CPU為16位外片內(nèi)ROM和RAM的容量進(jìn)一步增大，片內(nèi)帶有高速輸入輸出部件，多通道10位A/D轉(zhuǎn)換部件，中斷處理為8級(jí)，其實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)。32位單片機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段。

單片機(jī)的發(fā)展趨勢：向著大容量、高性能化；低價(jià)格化和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。第31頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月三、常用單片機(jī)簡介自單片機(jī)誕生以來，已有70多個(gè)系列、近500個(gè)機(jī)種。國際上較有名、影響較大的公司及他們的產(chǎn)品如下所述：Intel公司的MCS—48、MCS—51、MCS—96系列產(chǎn)品；Motorola公司的6801、6802、6803、6805、68HC11系列產(chǎn)品；Zilong公司的Z8、Super8系列產(chǎn)品；仙童（Fairchild）公司和Mostek公司的F8、3870系列產(chǎn)品；NEC公司的UCOM—87系列產(chǎn)品；Rockwell公司的6500、6501系列產(chǎn)品。第32頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月Freescale（飛思卡爾）

Freescale半導(dǎo)體公司是全球最大的半導(dǎo)體公司之一，其前身為Motorola（摩托羅拉）半導(dǎo)體部，2004年從摩托羅拉分拆上市。為汽車電子、消費(fèi)電子、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)和無線市場設(shè)計(jì)并制造了眾多的嵌入式半導(dǎo)體產(chǎn)品,在微控制器領(lǐng)域長期居于全球市場領(lǐng)先地位。第33頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

類型

:基本型：如8031、8051、8031AH、8751、8751BH等都屬于基本型。增大內(nèi)部存儲(chǔ)器容量的基本型：如8032AH、8052AH、8752BH等。這類單片機(jī)的內(nèi)部ROM和RAM容量比上述基本型的增大一倍。低功耗基本型：如80C31BH、80CSIBH、87C51等。這類產(chǎn)品采用CHMOS工藝制造，其特點(diǎn)是功耗低。另外，87C51還有兩級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)，可防止非法拷貝程序。第34頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月高級(jí)語言型：如8052AH—BHSIC芯片內(nèi)固化有MCSBASIC-52解釋程序。有的可用C語言編程?？删幊逃?jì)數(shù)器陣列型：如83C51FA、80C51FA、87C51FA、83C81FB等。A/D型：如83C51GA、80C51GA、87C51GA等。DMA型：一類是DMA、GSC型，如83C152JA、80C152JA、80C152JB等。另一類是DMA、FIFO型，如83C452、80C452、87C451等。多并行口型：如8383C451、80C451等。第35頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)字信號(hào)處理器

數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor，DSP)是一種具有高速運(yùn)算能力的單片機(jī)，與普通單片機(jī)相比，DSP器件具有較高的集成度，更快的CPU，更大容量的存儲(chǔ)器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A／D和采樣／保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。目前國內(nèi)推廣應(yīng)用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(T1)公司生產(chǎn)的TMS320系列。第36頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月四、單片機(jī)的應(yīng)用

◆智能儀器儀表

單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能化，同時(shí)還簡化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。第37頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月◆機(jī)電一體化產(chǎn)品

機(jī)電一體化產(chǎn)品是集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的各種機(jī)電產(chǎn)品。單片機(jī)在機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。典型產(chǎn)品如機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)包裝機(jī)、點(diǎn)鈔機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等。第38頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月◆實(shí)時(shí)工業(yè)控制單片機(jī)還可以用于各種物理量的采集與控制。電流、電壓、溫度、液位、流量等物理參數(shù)的采集和控制均可以利用單片機(jī)方便地實(shí)現(xiàn)。在這類系統(tǒng)中，利用單片機(jī)作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對(duì)象的不同特征采用不同的智能算法，實(shí)現(xiàn)期望的控制指標(biāo)，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。典型應(yīng)用如電機(jī)轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。第39頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月◆分布式系統(tǒng)的前端模塊

在較復(fù)雜的工業(yè)系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。在這類系統(tǒng)中，采用單片機(jī)作為分布式系統(tǒng)的前端采集模塊，系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)。第40頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月◆家用電器家用電器是單片機(jī)的又一重要應(yīng)用領(lǐng)域，前景十分廣闊。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機(jī)、電飯煲、高檔玩具等。AugmentedRealityKitchen第41頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月◆無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第42頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

另外，在交通領(lǐng)域中，汽車、火車、飛機(jī)、航天器等均有單片機(jī)的廣泛應(yīng)用。如汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等

?！粑锫?lián)網(wǎng)第43頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)串行接口RAMROMRAM鍵盤顯示器中斷時(shí)序A/DD/A并行口擴(kuò)展定時(shí)/計(jì)數(shù)器第44頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.3計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互相轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)的互相轉(zhuǎn)換BCD碼ASCII碼有符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的表示第45頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月一、十進(jìn)制數(shù)

十進(jìn)制數(shù)的數(shù)碼為0，1，2，3，……9，逢10進(jìn)一，10稱為基數(shù)。每一位所處的位置不同，所代表的值也不同，例如364，其百位為3，代表300，即3×102，其中102稱為權(quán)，意味著數(shù)碼在不同位置具有不同的權(quán)力，所以一個(gè)n位的十進(jìn)制整數(shù)，其位權(quán)依次為，10n-1，10n-2，……，101，100，……，10-m，即位權(quán)是以基數(shù)為底的冪。例如：（364.3）10=3×102+6×101+4×100+3×10-1十進(jìn)制數(shù)一般以D表示，其表達(dá)式為：D=Dn-1×10n-1+Dn-2×10n-2+……+D0×100+……+D-m×10-m第46頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月二、二進(jìn)制數(shù)

二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)碼，逢2進(jìn)一，二進(jìn)制的基數(shù)為2，其位權(quán)依次為：2n-1，2n-2，……,21,20,……2-m二進(jìn)制數(shù)用B表示，其表達(dá)式為：B=Bn-1×2n-1+Bn-2×2n-2+……+B0×20+……+B-m×2-m例如：二進(jìn)制數(shù)

（11011.01）B=1×24+1×23+1×21+1×20+1×2-2第47頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月三、十六進(jìn)制數(shù)

十六進(jìn)制的數(shù)碼為0、1、2、3，……，9，A、B、C、D、E、F，逢十六進(jìn)一，十六進(jìn)制的基數(shù)為16，其位權(quán)依次為：16n-1,16n-2,……161，160,……16-m例如：十六進(jìn)制數(shù)（A7F.B）H=10×162+7×161+15×160+11×16-1第48頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月四、二進(jìn)制數(shù)與十六進(jìn)制數(shù)的互相轉(zhuǎn)換

四位二進(jìn)制碼的最大計(jì)數(shù)值為15，即（1111）B=(15)D若將四位二進(jìn)制碼看成一個(gè)數(shù)的話，同樣是逢16進(jìn)一，正好和十六進(jìn)制數(shù)相同，因此可以用四位二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)一位16進(jìn)制碼的方法進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換，例如：（A7F.B）H=（101001111111.1011）B（11011.01）B=（11011.0100）B=（1B.4）H第49頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開相加即可。例:11101.101=1×24+1×23+1×22+0×21+1×20+1×2-1+0×2-2+1×2-3=16+8+4+0+1+0.5+0.25+0.125=29.875五、二進(jìn)制數(shù)和十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換第50頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月A、將整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后再把轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行相加。B、整數(shù)轉(zhuǎn)換采用除2取余法：用2不斷地去除要轉(zhuǎn)換的數(shù)，直到商為0。再將每一步所得的余數(shù)，按逆序排列，便可得轉(zhuǎn)換結(jié)果。C、小數(shù)轉(zhuǎn)換采用乘2取整法：每次用2與小數(shù)部分相乘，取乘積的整數(shù)部分，再取其小數(shù)部分乘2直到小數(shù)部分為0。將所取整數(shù)順序放在小數(shù)點(diǎn)后即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。2、十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)第51頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2136余數(shù)（結(jié)果）低位268----------0234----------0217----------028----------124----------022----------021----------00----------1高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（136）D=（10001000）B例：將（136）D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。第52頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月例：將（0.625)D轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。0.625×21.25×20.5×21.0取整：高位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.625)D=(0.101)B十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)

先展開，然后按照十進(jìn)制運(yùn)算法則求和。 例：（DFC.8）H=13×162+15×161+12×160+8×16-1=（3580.5）D0.25×2

第53頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月六、BCD碼2、非壓縮BCD碼格式：用8個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，其中，高四位無意義，低四位和壓縮BCD碼相同。例：(3869.4)D=(0011100001101001.0100)BCD1、壓縮BCD：以四位二進(jìn)制碼為一組表示十進(jìn)制的一位數(shù)，四位與四位之間逢十進(jìn)一。十進(jìn)制數(shù)與BCD碼之間的轉(zhuǎn)換方法和二、十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換方法相同，即以四位二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)一位十進(jìn)制數(shù)。例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮BCD碼表示為：（00000100000000100000010100000110）BCD第54頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月七、ASCII碼ASCII碼是美國的信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼（AmercanStanderdCodeForinformationintelchange），ASCII碼為7位二進(jìn)制碼，共有128個(gè)字符編碼，例如十進(jìn)制數(shù)0-9的ASCII碼為30H-39H，大寫英文字母A-Z的ASCII碼為41H-5AH，小寫英文字母a-z的ASCII碼為61H-7AH等，ASCII碼是通訊系統(tǒng)普遍使用的編碼，例如向打印機(jī)，CRT顯示器，輸出數(shù)據(jù)或字符，向驅(qū)動(dòng)器磁盤存入文件等均使用ASCII碼。第55頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月七、ASCII碼

D6D5D4D3D2D1D0第56頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月八、帶符號(hào)數(shù)的表示方法

機(jī)器中，數(shù)的符號(hào)用“0”、“1”表示。最高位作符號(hào)位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。1、機(jī)器數(shù)與真值

機(jī)器數(shù)：一個(gè)數(shù)及其符號(hào)在機(jī)器中的表示形式。

真值：機(jī)器數(shù)所代表的數(shù)的實(shí)際數(shù)值。例:一個(gè)8位機(jī)器數(shù)與它的真值對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：真值： X1=+84=+1010100BX2=-84=-1010100B機(jī)器數(shù)：[X1]機(jī)=01010100[X2]機(jī)=11010100第57頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、原碼表示法

最高位為符號(hào)位，0表示“+”，1表示“－”。數(shù)值位與真值數(shù)值位相同。例：x1=+1010100B x2=-1010100B

[x1]原=01010100 [x2]原=11010100原碼表示簡單直觀,但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。0的表示形式（8位）：[+0]原=00000000[-0]原=10000000八位二進(jìn)制無符號(hào)數(shù)能表示數(shù)的范圍為0-255，若為帶符號(hào)數(shù)其表示數(shù)的范圍為-127—+127。

第58頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2、反碼反碼：最高位表示符號(hào)，正數(shù)的反碼和正數(shù)的原碼相同。負(fù)數(shù)的反碼其符號(hào)位為1其余各位逐位取反。

[+1100111]反=01100111[-1100111]反=10011000[+0]反=00000000[-0]反=111111113、補(bǔ)碼表示法補(bǔ)碼的概念來源于補(bǔ)數(shù)，因?yàn)橐粋€(gè)固定量程的計(jì)數(shù)系統(tǒng)總是可以用兩個(gè)數(shù)字表示同一數(shù)值，8位的計(jì)算機(jī)中以8位二進(jìn)制碼作為一個(gè)字節(jié)，量程內(nèi)的一個(gè)數(shù)同樣可以用原碼和補(bǔ)碼兩種表示方法，補(bǔ)碼和原碼的關(guān)系為。第59頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月正數(shù)補(bǔ)碼=原碼負(fù)數(shù)補(bǔ)碼=模（量程）-正數(shù)原碼=反碼+1使用了補(bǔ)碼后不論加法或減法均按加法運(yùn)算，而且符號(hào)位也參加運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果的最高位為0，表示為正數(shù)，最高位為1，表示為負(fù)數(shù)，0的表示是唯一的，在微機(jī)中普遍采用補(bǔ)碼來表示帶符號(hào)的數(shù)。例如：（+36H）補(bǔ)=（+36H）原=（00110110）B（0）補(bǔ)=（+0）補(bǔ)=（-0）補(bǔ)=00000000（-36H）補(bǔ)=（-36H）反+1=（11001010）B第60頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月8位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍為-128-+127?？梢钥闯觯a(bǔ)碼數(shù)“正負(fù)”號(hào)的判別原則與原碼數(shù)相同，即最高為0是正數(shù)，為1時(shí)是負(fù)數(shù)，但對(duì)于量值，補(bǔ)碼表示法不如原碼表示法直觀，為了建立補(bǔ)碼數(shù)的正負(fù)和量值，現(xiàn)將對(duì)應(yīng)關(guān)系列表如下：第61頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)的定點(diǎn)表示一般采用兩種簡單的約定：定點(diǎn)整數(shù)和定點(diǎn)小數(shù)。1、定點(diǎn)整數(shù)（1）帶符號(hào)整數(shù)：某個(gè)N位二進(jìn)制數(shù)，其最高位為符號(hào)位，其它N-1位為數(shù)值部分：NfNn-2Nn-3……N2N1N0符號(hào)位

數(shù)值部分

小數(shù)點(diǎn)

第62頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）無符號(hào)整數(shù)：所有的數(shù)位都用來表示數(shù)值。Nn-1Nn-2Nn-3

…

…N3N2N1N0數(shù)值部分小數(shù)點(diǎn)2、定點(diǎn)小數(shù)用最高位表示符號(hào)，其它N-1位表示數(shù)值部分，將小數(shù)點(diǎn)定在數(shù)值部分的最高位左邊。NfNn-2Nn-1

…

…N2N1N0

符號(hào)位

數(shù)值部分

小數(shù)點(diǎn)

第63頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月常用術(shù)語及基本概念微處理器：把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器集成在一個(gè)芯片（集成塊）上所構(gòu)成的器件均稱為微處理器（即微型計(jì)算機(jī)的CPU）。微型計(jì)算機(jī)：微型計(jì)算機(jī)是指以微處理器為核心，配上存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口電路和系統(tǒng)總線所組成的計(jì)算機(jī)。單板機(jī)：把CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路裝在一塊印制電路板上所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)。第64頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月單片機(jī)：單片機(jī)是在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上，集成了CPU、存儲(chǔ)器（RAM、ROM）、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制、多種輸入/輸出接口、系統(tǒng)時(shí)鐘和系統(tǒng)總線等電路的微機(jī)。存儲(chǔ)器：用來存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)、計(jì)算步驟、運(yùn)算的中間和最終結(jié)果的器件（常分為內(nèi)存和外存兩部分）。輸入設(shè)備：把原始數(shù)據(jù)和解題程序輸入計(jì)算機(jī)的設(shè)備。例如常用的鍵盤、紙帶讀入機(jī)等。輸出設(shè)備：輸出計(jì)算結(jié)果的設(shè)備。例如常用的電傳打字機(jī)、寬行打印機(jī)、CRT顯示器等。第65頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月中央處理單元：由運(yùn)算器和控制器組成，簡寫為CPU。讀：信息取出寫：信息存入硬件：組成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入和輸出設(shè)備等。軟件：各種各樣的程序稱為軟件。地址：在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，每個(gè)存儲(chǔ)單元按字節(jié)給定一個(gè)順序編號(hào)，這個(gè)編號(hào)稱為地址。第66頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月只讀存儲(chǔ)器：只能輸出的存儲(chǔ)器EPROM：可以改變輸入內(nèi)容的只讀存儲(chǔ)器。讀寫存儲(chǔ)器：即能讀又能寫的存儲(chǔ)器（或稱隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，即既能輸出又以有輸入的存儲(chǔ)器）。內(nèi)存儲(chǔ)器容量：內(nèi)存儲(chǔ)器中能存儲(chǔ)的字節(jié)數(shù)稱為容量。每1024個(gè)字節(jié)稱為1K字節(jié)。計(jì)算機(jī)的容量隨機(jī)型不同而有所不同，例如，微型機(jī)通常為2K、4K、8K、16K、32K、64K、128K字節(jié)。K字節(jié)以助記符“KB”表示。第67頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月存取周期：存儲(chǔ)器進(jìn)行一次“讀”（取出）“寫”（存入）信息（信號(hào)）操作所需的時(shí)間。運(yùn)算速度：計(jì)算機(jī)每秒鐘能執(zhí)行指令的條數(shù)，單位是“次/秒”。指令：人們指定計(jì)算機(jī)進(jìn)行某種操作的命令。波特率：串行口每秒發(fā)出（或接收）的位數(shù)稱為波特率。用“1/T”表示，T為發(fā)送（或接收）一位數(shù)所需要的時(shí)間。權(quán)：同一個(gè)數(shù)