單片機(jī)原理及應(yīng)用-基礎(chǔ)知識-課件

第1章基礎(chǔ)知識

第1章基礎(chǔ)知識教學(xué)目的

了解單片機(jī)的分類和發(fā)展歷史。了解單片機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用。掌握計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制和碼制。掌握微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與基本原理。學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換和有符號數(shù)的加減法運(yùn)算。微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程。教學(xué)目的了解單片機(jī)的分類和發(fā)展歷史。學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難點(diǎn)不同數(shù)第1章基礎(chǔ)知識

1.1

嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.3計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理本章小結(jié)習(xí)題

第1章基礎(chǔ)知識1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.1

嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)

1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)、分類及發(fā)展趨勢

1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)

計(jì)算機(jī)發(fā)展簡介第一臺電子計(jì)算機(jī)于1946年問世。計(jì)算機(jī)的發(fā)展日新月異，至今已經(jīng)歷了由電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)到大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)四代。單片機(jī)的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，它使計(jì)算機(jī)從海量數(shù)值計(jì)算進(jìn)入到智能化控制領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步發(fā)展形成通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。1.1嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)計(jì)算機(jī)發(fā)展簡介1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念

基本概念嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是面對測控對象，嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)稱，簡稱嵌入式系統(tǒng)(EmbeddedSystem)。通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要滿足海量、高速數(shù)值處理，兼顧控制功能；嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要滿足測控對象的控制功能，兼顧數(shù)值處理。1.1.1嵌入式系統(tǒng)的概念基本概念嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別

嵌入式系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)是面對工控領(lǐng)域的測控對象?？刂茖ο髮η度胧接?jì)算機(jī)系統(tǒng)采集、處理、控制的速度要求是有限的，而對控制方式與控制能力的要求是無限的。為了實(shí)現(xiàn)海量高速數(shù)值計(jì)算，通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度的要求是無限的，而對計(jì)算機(jī)的控制功能的要求是有限的。

在數(shù)字信號處理(DSP)領(lǐng)域的嵌入式系統(tǒng)也要求高速處理能力，在多媒體技術(shù)的外設(shè)管理領(lǐng)域的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也要求良好的控制能力，但兩者存在本質(zhì)的差別。

嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主要區(qū)別

嵌入式系統(tǒng)的分類

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

通用CPU模塊。

嵌入式微處理器(EmbeddedProcessor)。

嵌入式微控制器(EmbeddedMicrocontrollers)。

嵌入式微控制器是嵌入式系統(tǒng)概念廣泛使用后，給傳統(tǒng)單片機(jī)定位的稱呼。

單片機(jī)是經(jīng)典的嵌入式系統(tǒng)，它具有唯一的專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)

。國內(nèi)外公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)是Intel的MCS-51系列，其中8051已被許多廠家作為基核，發(fā)展了許多兼容系列，所有這些系列都統(tǒng)稱為80C51系列。

嵌入式系統(tǒng)的分類1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展

第一階段(1974—1976)——初始階段。以4位單片機(jī)為主，功能比較簡單。如1974年美國Fairchild公司生產(chǎn)的第一臺單片機(jī)F8，采用雙片形式，功能簡單。

第二階段(1976—1978)——探索階段。單芯片形式，低檔8位單片機(jī)。如1976年美國Intel公司生產(chǎn)的MCS-48系列單片機(jī)，這是第一臺完全的8位單片機(jī)。MCS-48的推出是在工控領(lǐng)域的探索，此后，各種8位單片機(jī)紛紛應(yīng)運(yùn)而生。第三階段(1978—1982)——完善階段。提高電路的集成度，增加8位單片機(jī)的功能。如Intel公司在MCS-48基礎(chǔ)上推出了完善的高檔8位單片機(jī)系列MCS-51。第四階段(1982—1990)——鞏固和發(fā)展階段。鞏固發(fā)展8位單片機(jī)、推出16位單片機(jī)、向微控制器發(fā)展，強(qiáng)化了智能控制器的特征

。如將ADC、DAC、PWM、WDT、DMA集成到單片機(jī)。第五階段(1990至今)

——全面發(fā)展階段。適合不同領(lǐng)域要求的單片機(jī)，如各種高速、大存儲容量、強(qiáng)運(yùn)算能力的8位/16位/32位通用型單片機(jī)，還有用于單一領(lǐng)域的廉價(jià)的專用型單片機(jī)。

1.1.2單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)、分類及發(fā)展趨勢

單片機(jī)的主要特點(diǎn)

集成度高控制功能強(qiáng)可靠性高低功耗、低電壓外部總線豐富功能擴(kuò)展性強(qiáng)體積小、成本低性價(jià)比高1.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)、分類及發(fā)展趨勢單片機(jī)的主要

單片機(jī)的分類

按單片機(jī)數(shù)據(jù)處理位數(shù)來劃分

4位單片機(jī)

8位單片機(jī)

16位單片機(jī)

32位單片機(jī)按單片機(jī)適用范圍來劃分通用型單片機(jī)專用型單片機(jī)按單片機(jī)并行總線來劃分總線型單片機(jī)（如AT89C51）非總線型單片機(jī)（如AT89C2051）單片機(jī)的分類

單片機(jī)的發(fā)展趨勢CMOS化——單片機(jī)將具有更低的功耗、更低的電壓。高性能化——精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。高可靠性——提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力。大容量化——擴(kuò)大片內(nèi)存儲器容量。多功能化——把眾多的各種外圍功能器件集成在片內(nèi)，如模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、液晶顯示驅(qū)動(dòng)器等。串行擴(kuò)展技術(shù)——

SPI、I2C、Microwire、1-Wire等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化。單片機(jī)的發(fā)展趨勢1.2

單片機(jī)的應(yīng)用

1.2.1智能儀器的應(yīng)用1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用1.2.3家用電器的應(yīng)用1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

1.2單片機(jī)的應(yīng)用1.2.1智能儀器的應(yīng)用1.2.1智能儀器的應(yīng)用

單片機(jī)用于各種儀器儀表，使儀器儀表智能化，可以提高測量的自動(dòng)化程度和精度；簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，減小體積，提高其性價(jià)比。例如：溫度智能控制儀表、醫(yī)用儀表、汽車電子設(shè)備、數(shù)字示波器等。例如，在普通模擬示波器的基礎(chǔ)上用單片機(jī)進(jìn)行改造而成的數(shù)字存儲示波器，克服了普通模擬示波器的缺點(diǎn)，并增加了許多功能，如可以顯示大量的預(yù)觸發(fā)信息，可以長期貯存波形，可以在打印機(jī)或繪圖儀上制作硬拷貝以供編制文件使用，可以將采集的波形和操作人員手工或示波器全自動(dòng)采集的參考波形進(jìn)行比較，波形信息可用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行處理。

1.2.1智能儀器的應(yīng)用單片機(jī)用于各種儀器儀表，使儀器1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用

單片機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合促使通信設(shè)備的智能控制水平大大提高，廣泛應(yīng)用于通信的各個(gè)領(lǐng)域。例如：調(diào)制解調(diào)器、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)電話機(jī)、固定電話機(jī)等。例如，傳統(tǒng)的電話機(jī)只能實(shí)現(xiàn)簡單的撥號、響鈴、通話等功能，使用單片機(jī)后，可以開發(fā)出來電顯示、存儲電話號碼、時(shí)鐘顯示、免提、重?fù)?、聲控等功能。功能更多的無繩電話機(jī)、錄音電話機(jī)、可視電話機(jī)等多功能電話機(jī)也已走進(jìn)人們的生活。

1.2.2通信設(shè)備的應(yīng)用單片機(jī)與通信技術(shù)相結(jié)合促使通信1.2.3家用電器的應(yīng)用

傳統(tǒng)的家電配上單片機(jī)以后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人們喜愛；單片機(jī)使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。例如：洗衣機(jī)、電冰箱、電子玩具、收錄機(jī)、微波爐、電視機(jī)、錄像機(jī)、音響設(shè)備、程控玩具、游戲機(jī)等。例如，單片機(jī)控制的全自動(dòng)洗衣機(jī)集洗滌、脫水于一體，能自動(dòng)完成洗衣全過程，并有多種洗滌程序供用戶自由選擇，能任意調(diào)節(jié)工作時(shí)間，顯示工作狀態(tài)、洗滌時(shí)間和脫水時(shí)間，能自動(dòng)處理脫水不平衡，具有各種故障和高低電壓自動(dòng)保護(hù)功能，工作結(jié)束或電源故障會自動(dòng)斷電以確保安全。目前，有的全自動(dòng)洗衣機(jī)還采用了模糊技術(shù)，即洗衣機(jī)能對傳感器提供的信息進(jìn)行邏輯推理，自動(dòng)判斷衣服質(zhì)地、重量、臟污程度，從而自動(dòng)選擇最佳的洗滌時(shí)間、進(jìn)水量、漂洗次數(shù)、脫水時(shí)間，并顯示洗滌劑的用量，達(dá)到整個(gè)洗滌過程自動(dòng)化，使用方便，節(jié)能節(jié)水。

1.2.3家用電器的應(yīng)用傳統(tǒng)的家電配上單片機(jī)以后，提高1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向。機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。單片機(jī)作為產(chǎn)品中的控制器，能充分發(fā)揮它體積小、可靠性高、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可大大提高機(jī)器的自動(dòng)化、智能化程度。單片機(jī)廣泛用于導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置、飛機(jī)上各種儀表的控制、計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、機(jī)器人、工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理。例如，在這些實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器，單片機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在比較復(fù)雜的系統(tǒng)中，常采用分布式多機(jī)系統(tǒng)。多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)在這種系統(tǒng)中往往作為一個(gè)終端機(jī)，安裝在系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)上，對現(xiàn)場信息進(jìn)行實(shí)時(shí)測量和控制。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。

1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用機(jī)電一體化是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的方向1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用

在教育部倡導(dǎo)的全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中，有一道設(shè)計(jì)簡易智能電動(dòng)車的題目，參賽者用51系列單片機(jī)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)并取得了較好的成績。該設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51和AT89C2051芯片為核心部件，利用光電檢測技術(shù)、超聲波測距、電渦流檢測技術(shù)并配合一套獨(dú)特的軟件實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車識別并選擇正確的行進(jìn)路線、電機(jī)的方向和速度控制、自動(dòng)尋找光源、判斷并自動(dòng)躲避障礙物、時(shí)間顯示、蜂鳴器報(bào)警等功能。電動(dòng)車控制方案如下圖所示。

智能電動(dòng)車控制方案

1.2.4工業(yè)控制的應(yīng)用在教育部倡導(dǎo)的全國大學(xué)生電子設(shè)1.3

計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)

1.3.1數(shù)制1.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼1.3.3二進(jìn)制編碼1.3計(jì)算機(jī)運(yùn)算基礎(chǔ)1.3.1數(shù)制1.3.1數(shù)制

數(shù)制是指數(shù)的制式，是人們利用符號進(jìn)行計(jì)數(shù)的科學(xué)方法。數(shù)制有很多種，在計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制和十六進(jìn)制。

1.3.1數(shù)制數(shù)制是指數(shù)的制式，是人們利用符號進(jìn)行計(jì)數(shù)1.十進(jìn)制

十進(jìn)制中共使用0～9十個(gè)數(shù)字符號(稱為數(shù)碼)，數(shù)碼的個(gè)數(shù)稱為基數(shù)。十進(jìn)制的基數(shù)為10，任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可用這十個(gè)數(shù)碼的組合來表示。

十進(jìn)制數(shù)一般有以下特點(diǎn)：有0～9十個(gè)數(shù)字符號，基數(shù)為10，各位的權(quán)為10n(n為整數(shù))。運(yùn)算規(guī)則是加法逢十進(jìn)一、減法借一為十。用后綴D(Decimal)表示十進(jìn)制數(shù)，通常對十進(jìn)制數(shù)可不加后綴。

1.十進(jìn)制十進(jìn)制中共使用0～9十個(gè)數(shù)字符號(稱為數(shù)碼)，1.十進(jìn)制

任一個(gè)數(shù)中每一位的值可用該位的數(shù)字乘以基數(shù)的冪次來表示，基數(shù)的冪次稱為權(quán)。十進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以10為底的冪，任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：十進(jìn)制數(shù)1986.129可如下式展開：

1986.129=1×103+9×102+8×101+6×100+1×10-1

+2×10-2+9×10-3

上式中100、101、102、103分別稱為0權(quán)位、1權(quán)位、2權(quán)位、3權(quán)位。

1.十進(jìn)制任一個(gè)數(shù)中每一位的值可用該位的數(shù)字乘以基數(shù)的冪2.二進(jìn)制

二進(jìn)制中共使用0、1兩個(gè)數(shù)字符號。

二進(jìn)制數(shù)一般有以下特點(diǎn)：有0、1兩個(gè)數(shù)字符號，基數(shù)為2，各位的權(quán)為2n(n為整數(shù))。

運(yùn)算規(guī)則是加法逢二進(jìn)一、減法借一為二。

用后綴B(Binary)表示二進(jìn)制數(shù)。2.二進(jìn)制二進(jìn)制中共使用0、1兩個(gè)數(shù)字符號。2.二進(jìn)制

二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以2為底的冪，任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：二進(jìn)制數(shù)1011.11可如下式展開：

1011.11B=1×23+0×22+1×21+1×20+1×2-1+1×2-2

=11.75

由上式可知，二進(jìn)制數(shù)1011.11B相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)11.75。

2.二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以2為底的冪，任何一個(gè)二進(jìn)制3.十六進(jìn)制

十六進(jìn)制中共使用0～9及A～F十六個(gè)數(shù)字符號，其中A～F相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的10～15。

十六進(jìn)制數(shù)一般有以下特點(diǎn)：有0～9及A～F十六個(gè)數(shù)字符號，基數(shù)為16，各位的權(quán)為16n(n為整數(shù))。

運(yùn)算規(guī)則是加法逢十六進(jìn)一、減法借一為十六。

用后綴H(Hexadecimal)表示十六進(jìn)制數(shù)。

3.十六進(jìn)制十六進(jìn)制中共使用0～9及A～F十六個(gè)數(shù)字符號3.十六進(jìn)制

十六進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以16為底的冪，任何一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)都可用權(quán)展開式來表示。例如：十六進(jìn)制數(shù)5D6E.4可如下式展開：5D6E.4H=5×163+13×162+6×161+14×160+4×16-1

=23918.25

由上式可知，十六進(jìn)制數(shù)5D6E.4相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)23918.25。

3.十六進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)各位的權(quán)是以16為底的冪，任何一個(gè)十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)000000810008100011910019200102101010A300113111011B401004121100C501015131101D601106141110E701117151111F十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)對照表十進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)——采用“四位合一位”法十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)——采用“一位分四位”法二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開后相加

十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)——按權(quán)展開后相加

十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)——采用“除以2取余”法十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)——采用“除以16取余”法十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)——采用“乘2取整”法十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)——采用“乘16取整”法

4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)——采用4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

【例1】

將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)。解：用2連續(xù)除100，直至商小于2，算式如下：運(yùn)算結(jié)果：100=1100100B。4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換【例1】將十進(jìn)制整數(shù)100轉(zhuǎn)換4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換

【例2】

將十進(jìn)制小數(shù)0.618轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)。解：用2連續(xù)乘以0.618，小數(shù)部分為0或保留4位小數(shù)，算式如下：

運(yùn)算結(jié)果：0.618≈0.1001B。4.不同數(shù)制之間的轉(zhuǎn)換【例2】將十進(jìn)制小數(shù)0.6181.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼

基本概念在計(jì)算機(jī)中把有符號數(shù)、字母、數(shù)字和字符用二進(jìn)制代碼按一定規(guī)律編排，使每組代碼具有特定的含義，稱為計(jì)算機(jī)編碼。

有符號二進(jìn)制數(shù)的正負(fù)號分別用“+”和“-”來表示。一般規(guī)定最高位為符號位，最高位為“0”表示正數(shù)，為“1”表示負(fù)數(shù)，這種把符號數(shù)值化的數(shù)稱為機(jī)器數(shù)，而原來的數(shù)值稱為機(jī)器數(shù)的真值。有符號二進(jìn)制數(shù)有三種表示法，即原碼、反碼和補(bǔ)碼。1.3.2有符號二進(jìn)制數(shù)的編碼基本概念1.原碼

原碼的表示方法：正數(shù)的符號位用“0”表示。負(fù)數(shù)的符號位用“1”表示。0的原碼有兩種表示形式：

[+0]原=00000000[-0]原=10000000原碼的特點(diǎn)：原碼表示簡單直觀，但0的表示不唯一，加減運(yùn)算復(fù)雜。8位二進(jìn)制數(shù)的原碼能表示的范圍為

11111111B～01111111B(-127～+127)1.原碼原碼的表示方法：2.反碼

反碼的表示方法：正數(shù)的反碼與原碼表示形式相同。負(fù)數(shù)的反碼的符號位為1，數(shù)值位按位取反。0的反碼有兩種表示形式。

[+0]反=00000000 [-0]反=111111118位二進(jìn)制數(shù)的反碼能表示的范圍為

10000000B～01111111B(-127～+127)2.反碼反碼的表示方法：3.補(bǔ)碼

補(bǔ)碼的表示方法：正數(shù)的補(bǔ)碼表示與原碼表示形式相同。負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼的符號位為1，數(shù)值位按位求反加1。0的補(bǔ)碼只有一種表示形式：

[+0]補(bǔ)=[-0]補(bǔ)=00000000補(bǔ)碼的特點(diǎn)：

0的表示唯一，加減運(yùn)算方便。8位二進(jìn)制數(shù)的補(bǔ)碼能表示的范圍為

10000000B～01111111B(-128～+127)3.補(bǔ)碼補(bǔ)碼的表示方法：4.有符號數(shù)的運(yùn)算

補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則：

[X+Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[Y]補(bǔ)補(bǔ)碼的減法運(yùn)算規(guī)則：

[X-Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)-[Y]補(bǔ)=[X]補(bǔ)+[-Y]補(bǔ)在計(jì)算機(jī)中有符號數(shù)一般用補(bǔ)碼表示，無論是加法還是減法都可采用加法運(yùn)算，而且是連同符號位一起進(jìn)行運(yùn)算的，運(yùn)算的結(jié)果仍為補(bǔ)碼。4.有符號數(shù)的運(yùn)算補(bǔ)碼的加法運(yùn)算規(guī)則：4.有符號數(shù)的運(yùn)算

【例8】

真值X1=+17，X2=+25，求X1-X2的值。解：[X1]補(bǔ)=00010001[-X2]補(bǔ)=11100111[X1-X2]補(bǔ)=[X1]補(bǔ)+[-X2]補(bǔ)=11111000

用二進(jìn)制加法運(yùn)算如下：

X1-X2=[[X1-X2]補(bǔ)]補(bǔ)=-88D

4.有符號數(shù)的運(yùn)算【例8】真值X1=+17，X2=+21.3.3二進(jìn)制編碼

在計(jì)算機(jī)中對數(shù)字、字母和字符用二進(jìn)制代碼進(jìn)行編碼的方法很多，二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)越長，所能編碼的數(shù)字、字母和字符就越多。常用的二進(jìn)制編碼有BCD碼、ASCII碼等。

1.3.3二進(jìn)制編碼在計(jì)算機(jī)中對數(shù)字、字母和字符用二進(jìn)1.BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制數(shù)，簡稱BCD(BinaryCodedDecimal)碼。

BCD碼保留了十進(jìn)制的權(quán)，用四位二進(jìn)制數(shù)給0～9這10個(gè)數(shù)字編碼。BCD碼種類較多，如有8421碼、2421碼和余3碼等。最常用的是8421BCD碼(以后簡稱BCD碼)，組成它的4位二進(jìn)制數(shù)碼的權(quán)分別是8、4、2、1。

1.BCD碼用二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)稱為二-十進(jìn)制數(shù)，簡8421BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表

十進(jìn)制數(shù)8421碼十進(jìn)制數(shù)8421碼十進(jìn)制數(shù)8421碼00000601101200010010100017011113000100112001081000140001010030011910011500010101401001000010000160001011050101110001000117000101118421BCD碼與十進(jìn)制數(shù)的對應(yīng)關(guān)系表十進(jìn)制數(shù)8421碼十1.BCD碼BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，加法為逢十進(jìn)一、減法為借一為十。

BCD碼加法運(yùn)算的修正原則：若和的低4位大于9或低4位向高4位有進(jìn)位，則低4位加6；若高4位大于9或高4位向最高位有進(jìn)位，則高4位加6。BCD碼減法運(yùn)算的修正原則：若差的低4位大于9或低4位向高4位有借位，則低4位減6；若高4位大于9或高4位向最高位有借位，則高4位減6。

1.BCD碼BCD碼的加減法運(yùn)算與十進(jìn)制運(yùn)算規(guī)則相同，加法2.ASCII碼

ASCII碼(AmeriacanStandardCodedforInformationInterchange)是“美國信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼”的簡稱，已成為國際通用的標(biāo)準(zhǔn)編碼。ASCII碼采用7位二進(jìn)制編碼，可為128個(gè)字符編碼，這128個(gè)字符分為兩類。圖形字符——包括10個(gè)十進(jìn)制數(shù)符、52個(gè)大小寫英文字母和34個(gè)其它字符，共計(jì)96個(gè)。圖形字符具有特定的形狀，可以在顯示器上顯示?？刂谱址ɑ剀嚒Q行、退格等，共32個(gè)。控制字符沒有特定的形狀但有一定的控制作用，不能在顯示器上顯示。2.ASCII碼ASCII碼(AmeriacanStaASCII碼字符表

字高低符位位0123456700000101001110010111011100000NULDLESP0@P、p10001SOHDC1!1AQaq20010STXDC2“2BRbr30011ETXDC3#3CScs40100EOTDC4＄4DTdt50101ENQNAK%5EUeu60110ACKSYN&6FVfv70111BELETB‘7GWgw81000BSCAN(8HXhx91001HTEM)9IYjyA1010LFSUB*：JZjzB1011VTESC+；K[k{C1100FFFS，＜L\l|D1101CRGS-=M]m}E1110SORS.＞N↑n～F1111SIUS/?O←oDELASCII碼字符表字1.4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1.4.2微型計(jì)算機(jī)的工作原理

1.4微型計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

微型計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，一般把二者構(gòu)成的系統(tǒng)稱為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

微型計(jì)算機(jī)的硬件主要是由CPU(運(yùn)算器和控制器)、存儲器、I/O接口和I/O設(shè)備組成，各組成部分之間通過地址總線AB(AddressBus)、數(shù)據(jù)總線DB(DataBus)、控制總線CB(ControlBus)聯(lián)系在一起。微型計(jì)算機(jī)的軟件包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類。軟件與硬件相輔相成，共同構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，缺一不可。1.4.1微型計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)微型計(jì)算機(jī)由硬件系統(tǒng)和軟微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)形式?？偩€結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單、靈活性好、易于擴(kuò)展、便于故障檢測和維修。AB微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)形式。A1.4.2微型計(jì)算機(jī)的工作原理

指令是對計(jì)算機(jī)發(fā)出的一條條工作命令，命令它執(zhí)行規(guī)定的操作，程序是實(shí)現(xiàn)既定任務(wù)的指令序列。

把程序和數(shù)據(jù)送到具有記憶功能的存儲器中保存起來，計(jì)算機(jī)工作時(shí)只要給出程序中第一條指令的地址，控制器就可依據(jù)存儲程序中的指令順序周而復(fù)始地取出指令、分析指令、執(zhí)行指令，直到執(zhí)行完全部指令為止。

1.4.2微型計(jì)算機(jī)的工作原理指令是對計(jì)算機(jī)發(fā)出的一條微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程

微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)行指令的過程。由于執(zhí)行每一條指令，都包括取指令與執(zhí)行指令兩個(gè)基本階段，所以，微機(jī)的工作過程，也就是不斷地取指令和執(zhí)行指令的過程。17+15的加法運(yùn)算程序如下：

存儲地址機(jī)器語言程序匯編語言程序 注釋

0000H 7411MOVA,#11H ;數(shù)11H送入累加器A

0002H 240F ADDA,#0FH ;數(shù)0FH與累加器A中的11H

相加,和送入累加器A

0004H 80FE SJMP＄

;暫停微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序的過程就是逐條執(zhí)執(zhí)行程序的過程示意圖

執(zhí)行程序的過程示意圖執(zhí)行第一條指令的過程（一）

開始執(zhí)行程序時(shí)，必須先給程序計(jì)數(shù)器PC賦以第1條指令的首地址0000H，然后就進(jìn)入第一條指令的取指令階段。取第一條指令的步驟如下：

①把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容0000H送到地址寄存器AR。

②程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容送入AR后，PC自動(dòng)加1，即由0000H變?yōu)?001H。此時(shí)AR的內(nèi)容并沒有變化。

③把地址寄存器AR的內(nèi)容0000H通過地址總線AB送至存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中存儲器相應(yīng)的0000H單元。

④CPU控制器發(fā)出讀命令。

⑤在讀命令控制下，把所選中的0000H單元中的內(nèi)容即第1條指令的操作碼74H讀到數(shù)據(jù)總線DB上。

⑥把讀出的內(nèi)容74H經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB送到數(shù)據(jù)寄存器DR。

⑦因取出的是指令的操作碼，故把數(shù)據(jù)寄存器DR的內(nèi)容74H送到指令寄存器IR，然后再送到指令譯碼器ID。這就完成了第一條指令的取指令階段，然后轉(zhuǎn)入第一條指令的執(zhí)行階段。

執(zhí)行第一條指令的過程（一）開始執(zhí)行程序時(shí)，必須先給程序計(jì)數(shù)執(zhí)行第一條指令的過程（二）

經(jīng)過對操作碼74H譯碼后，CPU識別出這個(gè)操作碼是把下一個(gè)存儲單元中的操作數(shù)送入累加器A的雙字節(jié)指令，所以，執(zhí)行第一條指令就必須把指令第2字節(jié)中的操作數(shù)取出來。取第一條指令操作數(shù)的步驟如下：

①把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容0001H送到地址寄存器AR。

②程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容送到AR后，PC自動(dòng)加1，變?yōu)?002H。此時(shí)AR中的內(nèi)容并沒有變化。

③把地址寄存器AR的內(nèi)容0001H通過地址總線AB送至存儲器，經(jīng)地址譯碼器譯碼，選中存儲器相應(yīng)的0001H單元。

④CPU控制器發(fā)出讀命令。

⑤在讀命令控制下，將選中的0001H單元的內(nèi)容11H讀到數(shù)據(jù)總線DB上。

⑥把讀出的內(nèi)容11H經(jīng)數(shù)據(jù)總線DB送到數(shù)據(jù)寄存器DR。

⑦因CPU已知這時(shí)讀出的是操作數(shù)，且指令要求把它送到累加器A，故把數(shù)據(jù)寄存器DR的內(nèi)容11H經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線送到累加器A中，于是第一條指令執(zhí)行完畢，進(jìn)入第二條指令的取指令階段。

執(zhí)行第一條指令的過程（二）經(jīng)過對操作碼74H譯碼后，CPU本章小結(jié)計(jì)算機(jī)按規(guī)模、性能、用途和價(jià)格來分類，可分為巨、大、中、小、微型計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)技術(shù)已發(fā)展成通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支，嵌入式系統(tǒng)一般可分為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、通用CPU模塊、嵌入式微處理器和嵌入式微控制器四類。單片機(jī)是經(jīng)典的嵌入式系統(tǒng)，它具有專門為嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)。單片機(jī)主要特點(diǎn)：集成度高、控制功能強(qiáng)、可靠性高、低功耗、低電壓、外部總線豐富、功能擴(kuò)展性強(qiáng)、體積小、性價(jià)比高。單片機(jī)按數(shù)據(jù)處理位數(shù)可分為4位機(jī)、8位機(jī)、16位機(jī)和32位機(jī)，按適用范圍可分為通用型和專用型，按并行總線可分為總線型和非總線型。本章小結(jié)計(jì)算機(jī)按規(guī)模、性能、用途和價(jià)格來分類，可分為巨、大、本章小結(jié)在計(jì)算機(jī)中常用的數(shù)制