第一章廣東海洋大學(xué)單片機(jī)課件.ppt

1、1.1 數(shù)制 數(shù)制是人們利用符號(hào)來(lái)記數(shù)的科學(xué)方法，計(jì)算機(jī)科學(xué)中經(jīng)常使用的數(shù)制有十進(jìn)制、二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制。 （1）十進(jìn)制(decimal system):有十個(gè)數(shù)碼09、逢十進(jìn)一。 十進(jìn)制是人們最熟悉的計(jì)數(shù)體制。 （2）二進(jìn)制(binary system):兩個(gè)數(shù)碼:0、1, 逢二進(jìn)一。 二進(jìn)制為計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)表示形式。 （3）八進(jìn)制(octave system)有八個(gè)數(shù)碼07、逢八進(jìn)一。 （4）十六進(jìn)制(hexadecimal system)十六個(gè)數(shù)碼:09, AF, 逢十六進(jìn)一。 不同進(jìn)位制數(shù)以下標(biāo)或后綴區(qū)別,十進(jìn)制數(shù)可不帶下標(biāo)。 如:101、101D、101B、101O、101H,

2、基與權(quán) 基：數(shù)制所使用的數(shù)碼的個(gè)數(shù) 權(quán)：數(shù)制每一位所具有的值 十進(jìn)制:使用的數(shù)碼為0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，共有10個(gè)，它的基為10。十進(jìn)制各位的權(quán)是以10為底的冪。,一個(gè)十進(jìn)制數(shù)可以用它的按權(quán)展開(kāi)表達(dá)式為： 1234.5=1103 +2102 +3101 +4100 +510-1,二進(jìn)制數(shù)的展開(kāi)： 1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3 十六進(jìn)制數(shù)的展開(kāi)： DFC.8H =13162+15161+12160+816-1,計(jì)數(shù)制數(shù)相互轉(zhuǎn)換,r進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),按照公式展開(kāi)求和,例1. 分別把二進(jìn)制數(shù)1011.1010和十六進(jìn)制數(shù)DFC.8用十進(jìn)制表示

3、,1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625 DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5,十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為r進(jìn)制數(shù),整數(shù)部分和小數(shù)部分分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換,1.整數(shù)轉(zhuǎn)換法 “除基取余”：整數(shù)不斷除以轉(zhuǎn)換進(jìn)制基數(shù)，直至商為0。每除一次取一個(gè)余數(shù)，從低位排向高位。,2.小數(shù)轉(zhuǎn)換法 “乘基取整”：用轉(zhuǎn)換進(jìn)制的基數(shù)乘以小數(shù)部分，直至小數(shù)為0或達(dá)到轉(zhuǎn)換精度要求的位數(shù)。每乘一次取一次整數(shù)，從最高位排到最低位。,39轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 39 =100111B 2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （

4、 b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0,208轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù) 208 = D0H 16 208 0 16 13 13 = DH 0,0.625轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù) 0.625 2 1.25 1 (b-1) 0.25 2 0.50 0 (b-2) 0.50 2 1.00 1 (b-3) 所以0.625 = 0.101B,例2. 分別把十進(jìn)制3580.5表示為二進(jìn)制和十六進(jìn)制。,3580.5=110111111100.1B,3580.5=DFC.8H,二進(jìn)制與八進(jìn)制、十六進(jìn)制的相互轉(zhuǎn)換,從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制時(shí)，從小數(shù)點(diǎn)位置開(kāi)始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每四位二進(jìn)制數(shù)為一組用

5、一位十六進(jìn)制的數(shù)字來(lái)表示，不足四位的用0補(bǔ)足，就是相應(yīng)十六進(jìn)制的表示。 從二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成八進(jìn)制時(shí)，從小數(shù)點(diǎn)位置開(kāi)始，整數(shù)部分向左，小數(shù)部分向右，每三位二進(jìn)制數(shù)為一組用一位八進(jìn)制的數(shù)字來(lái)表示，不足三位的用0補(bǔ)足，就是相應(yīng)八進(jìn)制的表示。,合三為一,合四為一,反之,拆一為四 或 拆一為三,3580.5=1101 1111 1100.1000B,3580.5=DFC.8H,計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制的原因 計(jì)算機(jī)作為一種電子計(jì)算工具，是由大量的電子器件組成的，而具有兩種不同穩(wěn)定狀態(tài)的元件是容易實(shí)現(xiàn)的，電路通常也是有兩種穩(wěn)態(tài)，只要規(guī)定一種狀態(tài)表示1，另一種狀態(tài)表示0，就可以表示二進(jìn)制數(shù)。這樣，數(shù)碼的存儲(chǔ)、分析和

6、傳輸，就可以用最簡(jiǎn)單而可靠的方式進(jìn)行。,采用十六進(jìn)制的原因:簡(jiǎn)化書(shū)寫(xiě)，便于記憶。,1.2 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示方法,定點(diǎn)數(shù) 和 浮點(diǎn)數(shù),在計(jì)算機(jī)中，小數(shù)和整數(shù)都是以二進(jìn)制形式表示的，但對(duì)于小數(shù)點(diǎn)通常有定點(diǎn)和浮點(diǎn)兩種表示。,定點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)位置固定不變的,浮點(diǎn)數(shù)：小數(shù)點(diǎn)不是固定的。,定點(diǎn)整數(shù)：小數(shù)點(diǎn)固定在數(shù)值位之后，大多數(shù)計(jì)算機(jī)都采用定點(diǎn)整數(shù)法，MCS-51也是定點(diǎn)計(jì)算機(jī)。 因此：MCS-51只能對(duì)二進(jìn)制整數(shù)進(jìn)行直接運(yùn)算和處理，它在遇到二進(jìn)制小數(shù)時(shí)，必須把該小數(shù)按比例擴(kuò)大成二進(jìn)制整數(shù)后進(jìn)行處理，并在處理完畢后再按照同樣比例縮小后進(jìn)行輸出。,浮點(diǎn)數(shù),一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)N兩個(gè)數(shù)P和S來(lái)表示：N = S bP。b為

7、記數(shù)系統(tǒng)的基，S為尾數(shù)，P為指數(shù)，如果S的第一位是非0，則S稱為規(guī)格化的。,單片機(jī)浮點(diǎn)數(shù)表示： 二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù) 十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù),一.二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)（基為2） 用三個(gè)字節(jié)表示，第一個(gè)字節(jié)的最高位為符號(hào)位，其余七位為階碼（補(bǔ)碼形式），第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié)，第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)，尾數(shù)用雙字節(jié)純小數(shù)（原碼）來(lái)表示。當(dāng)尾數(shù)的最高位為時(shí)，便稱為規(guī)格化浮點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱操作數(shù)。 -6.000 二進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)表示為 1100000 0000 00000.110 0000 0000 000023 階碼為3，尾數(shù)1100 0000 0000 0000 83C000H,二十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)（基為10） 用三個(gè)字節(jié)表示，第一個(gè)字節(jié)的

8、最高位為數(shù)符，其余七位為階碼（二進(jìn)制補(bǔ)碼形式），第二字節(jié)為尾數(shù)的高字節(jié)，第三字節(jié)為尾數(shù)的低字節(jié)，尾數(shù)用雙字節(jié)碼純小數(shù)（原碼）來(lái)表示。 當(dāng)十進(jìn)制數(shù)的絕對(duì)值大于時(shí)，階碼就等于整數(shù)部分的位數(shù)，如 876.5 的階碼是03H；當(dāng)十進(jìn)制數(shù)的絕對(duì)值小于1 時(shí)，階碼就等于 80H 減去小數(shù)點(diǎn)后面零的個(gè)數(shù)，例如 0.00382 的階碼是 7EH。,0.003820.38210-2 階碼為-2 尾數(shù)為3820 則十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)表示為 FE 38 20,876.5 表示為十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)為 876.50.8765103 階碼為3 尾數(shù)為8765 則十進(jìn)制浮點(diǎn)數(shù)為 03 87 65,編碼方案：原碼、反碼、補(bǔ)碼。 ASCI

9、I碼 BCD碼,1.3 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示形式,1、原碼 原碼：用最高位表示符號(hào)，其中：0-正、1-負(fù)，其它位表示數(shù)值的絕對(duì)值。,【例】有符號(hào)數(shù)的原碼表示。 X=45=00101101B X原= 00101101B X=-45, X原=10101101B,0的表示形式（8位） +0原=00000000 -0原=10000000,特點(diǎn) A、原碼與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單。 B、0的編碼不唯一，處理運(yùn)算不方便。 C、8位二進(jìn)制數(shù)，原碼可表示的范圍：+127-127,2、反碼 正數(shù)的反碼與原碼相同，符號(hào)位用0表示，數(shù)值位值不變。 負(fù)數(shù)的反碼符號(hào)位用1表示, 數(shù)值位由原碼數(shù)值位按位取反形成，即0變1、1變0。

10、 【例】有符號(hào)數(shù)的反碼表示。 X=45=00101101B, X反=00101101B X=-45, X反=11010010B A、0的表示有兩種形式（8位） +0反 = 0000 0000 -0反 = 1111 1111 B、8位二進(jìn)制數(shù)，反碼可表示的范圍：+127-127,3、補(bǔ)碼 正數(shù)的補(bǔ)碼和原碼相同。 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼+1。 【例】有符號(hào)數(shù)的補(bǔ)碼表示。 X=45=00101101B X補(bǔ)=00101101B X=-45 X補(bǔ)=11010011B,注： A、0補(bǔ)=+0補(bǔ)=-0補(bǔ)=00000000 B、8位二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)值范圍是：+127-128 C、知道補(bǔ)碼求原碼：X補(bǔ)補(bǔ) = X原,例

11、：用補(bǔ)碼進(jìn)行下列運(yùn)算 已知X=+18 Y=-15，求X+Y X+Y補(bǔ)=X補(bǔ)+Y補(bǔ),解 0001 0010B +18補(bǔ) + 1111 0001B -15補(bǔ) 10000 0011B +3補(bǔ) 符號(hào)位的進(jìn)位，舍棄,減法運(yùn)算變?yōu)榧臃ㄟ\(yùn)算，減去一個(gè)數(shù)等于加上這個(gè)數(shù)的補(bǔ)碼,已知X=+6、 Y=25，求X-Y X-Y補(bǔ)=X補(bǔ)+-Y補(bǔ),解 0000 0110B +6補(bǔ) + 1110 0111B -25補(bǔ) 1110 1101B -19補(bǔ),溢出問(wèn)題,運(yùn)算結(jié)果超出了所能表示的數(shù)據(jù)范圍，就會(huì)產(chǎn)生溢出。,溢出檢測(cè)方法,單符號(hào)位檢測(cè)法,2.最高有效位產(chǎn)生進(jìn)位而符號(hào)位無(wú)進(jìn)位時(shí)，發(fā)生上溢。,最高有效位無(wú)進(jìn)位而符號(hào)位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，

12、發(fā)生下溢。,最高有效位的進(jìn)位與符號(hào)位的進(jìn)位值相異時(shí)發(fā)生溢出。,1.同符號(hào)數(shù)相加，運(yùn)算結(jié)果符號(hào)與加數(shù)符號(hào)相異，發(fā)生溢出。,雙符號(hào)位檢測(cè)法（變形補(bǔ)碼）,運(yùn)算結(jié)果的兩符號(hào)位相異時(shí)發(fā)生溢出。,1 0 1 0 1 1 0 1 + 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 0,1 0 1 0 1 1 0 1 + 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0,沒(méi)有溢出,溢出,數(shù)的表示方法,PS：計(jì)算機(jī)里的有符號(hào)數(shù)都是以補(bǔ)碼的形式來(lái)表示 的，引入原碼和反碼的概念只是加深大家對(duì)補(bǔ)碼的 理解。,常用的字符編碼方式為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換（American Standard C

13、ard for Information Interchange，ASCII碼）。 標(biāo)準(zhǔn)ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)編碼，共有128個(gè)。 計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器基本單位為8位，ASCII碼的最高位通常為0，通信時(shí)，最高位用作奇偶校驗(yàn)位。 ASCII碼表中的前33個(gè)和最后1個(gè)編碼是不能顯示的控制字符，用于表示某種操作。 ASCII碼表中20H后的94個(gè)編碼是可顯示和打印的字符，其中包括數(shù)碼09，英文字母，標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等。,2、ASCII碼,高位b6b5b4,低位b3b2b1b0,7位ASCII碼編碼表,3、BCD碼 雖然二進(jìn)制數(shù)實(shí)現(xiàn)容易,但不符合人們的使用習(xí)慣,且書(shū)寫(xiě)閱讀不方便，所以在計(jì)算機(jī)輸入輸出時(shí)通常還是采用

14、十進(jìn)制來(lái)表示數(shù)，這就需要實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制與二進(jìn)制間的轉(zhuǎn)換。為了轉(zhuǎn)換方便,常采用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制,簡(jiǎn)稱為BCD碼。,BCD碼是一種用4位二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示一位十進(jìn)制數(shù)字的編碼，也成為二進(jìn)制編碼表示的十進(jìn)制數(shù)（Binary Code Decimal），簡(jiǎn)稱BCD碼。下表示出了十進(jìn)制數(shù)0-9的BCD碼。,表 十進(jìn)制數(shù)字的8421BCD碼,BCD碼有兩種格式： （1）壓縮BCD碼格式，也叫組合式BCD碼 用4個(gè)二進(jìn)制位表示一個(gè)十進(jìn)制位，就是用0000B-1001B來(lái)表示十進(jìn)制數(shù)0-8。 例如：十進(jìn)制數(shù)4256的壓縮BCD碼表示為：0100 0010 0101 0110 B (即4256H) （2）非壓縮BC

15、D碼格式，也叫分離式BCD碼 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(wú)意義，我們一般用xxxx表示，低四位和壓縮BCD碼相同。,例如：十進(jìn)制數(shù)4256的非壓縮BCD碼表示為： xxxx0100 xxxx0010 xxxx0101 xxxx0110 B 有時(shí)，要求非壓縮BCD碼的高4位為0，這時(shí)，4256（10）的非壓縮BCD碼為04020506H。,1.4.2 漢字的編碼,國(guó)標(biāo)碼（GB 2312）,國(guó)標(biāo)碼共收集6763個(gè)漢字，還收集有202個(gè)一般字符，序號(hào)，數(shù)字等，共7445個(gè)圖形字符。 7445個(gè)圖形采用14位二進(jìn)制來(lái)編碼，14位中的高7位占一個(gè)字節(jié)（最高位不用），為第一字節(jié)；低7位占

16、一個(gè)字節(jié)（最高位不用），為第二字節(jié)。采用4位十六進(jìn)制數(shù)來(lái)表示一個(gè)漢字。,2. 區(qū)位碼及其向國(guó)標(biāo)碼的替換,區(qū)位碼和國(guó)標(biāo)碼的區(qū)別不大，共用一張編碼表，用4位十進(jìn)制區(qū)號(hào)和位來(lái)表示一個(gè)漢字。,1.4.3 校驗(yàn)碼編碼,在計(jì)算機(jī)中信息的傳遞或存儲(chǔ)常常由于某種干擾而發(fā)生錯(cuò)誤，為了確保信息的可靠性，希望能對(duì)存儲(chǔ)器中讀出的信息或接收端收到的信息自動(dòng)作出判斷，并加以糾錯(cuò)。因此，引入了對(duì)校驗(yàn)碼的編碼和解碼問(wèn)題。 校驗(yàn)碼編碼發(fā)生在信息發(fā)送之前，校驗(yàn)碼解碼發(fā)生在信息被接收后進(jìn)行。校驗(yàn)位的位數(shù)越多，其查錯(cuò)和糾錯(cuò)能力越強(qiáng)。,奇偶校驗(yàn)碼編碼,只有一個(gè)校驗(yàn)位。 奇校驗(yàn)：編碼后的校驗(yàn)碼中1的個(gè)數(shù)（包括有效信息位和奇校驗(yàn)位）保持為

17、奇數(shù)； 偶校驗(yàn)：編碼后的校驗(yàn)碼中1的個(gè)數(shù)（包括有效信息位和奇校驗(yàn)位）保持為偶數(shù)；,奇校驗(yàn)位 有效信息 1 100 0001 0 100 0011,發(fā)送：校驗(yàn)位的狀態(tài)由發(fā)送端的奇偶校驗(yàn)電路自動(dòng)根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息中1的個(gè)數(shù)來(lái)確定 接收：接收端只要判斷每個(gè)字節(jié)是否有奇數(shù)個(gè)1（包括奇偶校驗(yàn)位）就可以知道信息在傳輸?shù)倪^(guò)程中是否出錯(cuò)。,2 海明碼編碼,海明碼即能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤又能糾正錯(cuò)誤的校驗(yàn)碼。,校驗(yàn)位的位數(shù),n為有效信息的位數(shù)，k為校驗(yàn)位位數(shù)，n和k要滿足關(guān)系：,海明碼結(jié)構(gòu),編碼中規(guī)定：位號(hào)等于2的權(quán)值的那些位（即第1、2、4、8等位）均可以作為校驗(yàn)位，并命名為P1、P2、P3、P4，余下的為有效信息位。,

18、海明碼位號(hào),第i位由校驗(yàn)位位號(hào)之和等于i的那些校驗(yàn)位所校驗(yàn),P1（1）：負(fù)責(zé)3、5、7、9、11位的校驗(yàn) P2（2）：負(fù)責(zé)3、6、7、10、11位的校驗(yàn) P3（4）：負(fù)責(zé)5、6、7位的校驗(yàn) P4（8）：負(fù)責(zé)9、10、11位的校驗(yàn),海明碼的編碼原理（采用偶校驗(yàn)）,在發(fā)送端，根據(jù)有效信息位確定P1、P2、P3、P4的值，并填入對(duì)應(yīng)海明碼的碼位上 例如：62H（1100010B）,P1：3、5、7、9、11位對(duì)應(yīng)為11000，偶校驗(yàn)結(jié)果為0 P2：3、6、7、10、11位對(duì)應(yīng)為10010，偶校驗(yàn)結(jié)果為0 P3：5、6、7位對(duì)應(yīng)為100，偶校驗(yàn)結(jié)果為1 P4：9、10、11位對(duì)應(yīng)為010，偶校驗(yàn)結(jié)果為1 最中海明碼為00111001010B,海明碼的解碼和糾錯(cuò),有四個(gè)校驗(yàn)位則分四組校驗(yàn)，每組產(chǎn)生一位檢錯(cuò)信息，四組共四位檢錯(cuò)信息，構(gòu)成一個(gè)錯(cuò)誤字E4E3E2E1,E1：1、3、5、7、9、11位，進(jìn)行偶校驗(yàn) E2：2、3、6、7、10、11位，進(jìn)行偶校驗(yàn) E3：4、5