單片微型計(jì)算機(jī)概述

1、1.1 單片微型計(jì)算機(jī)發(fā)展概況1.2 微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念1.3 單片機(jī)的特點(diǎn)1.4 計(jì)算機(jī)中的數(shù)和編碼l單片微型計(jì)算機(jī)就是將CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口都集成到一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。因此，一塊芯片就構(gòu)成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、保安、在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、保安、金融、金融、儀器儀表、儀器儀表、航空航天、航空航天、醫(yī)療、通訊、辦醫(yī)療、通訊、辦公設(shè)備、公設(shè)備、娛樂(lè)娛樂(lè)休閑、健身、體育競(jìng)賽、服務(wù)領(lǐng)休閑、健身、體育競(jìng)賽、服務(wù)領(lǐng)域域, ,大量單片機(jī)大量單片機(jī)- -嵌入式技術(shù)已經(jīng)無(wú)處不在嵌入式技術(shù)已經(jīng)無(wú)處不在。它已成為工業(yè)控制領(lǐng)域、智能儀器儀表、尖端武器、日常生活中最廣泛使

2、用的計(jì)算機(jī),并正迅正迅速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。速改變著人們傳統(tǒng)的生產(chǎn)和生活方式。單片機(jī)的發(fā)展歷史劃分為四階段：第二階段（19761976年）：低性能單片機(jī)的探索階段。以Intel公司的MCS-48為代表，采用了單片結(jié)構(gòu)，即在一塊芯片內(nèi)含有8位CPU、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、RAM和ROM等。主要用于工業(yè)領(lǐng)域。第一階段（19741976年）：?jiǎn)纹瑱C(jī)初級(jí)階段。功能簡(jiǎn)單，只包括了8位CPU、64字節(jié)RAM和2個(gè)并行口。l第四階段：（1982年 ）：8位鞏固發(fā)展和16位單片機(jī)階段。16位單片機(jī)除CPU為16位外，片內(nèi)RAM和ROM容量進(jìn)一步增大，實(shí)時(shí)處理能力更強(qiáng)，體現(xiàn)了微控制器的特征。例

3、如Intel公司的MCS-96主振頻率為12M，片內(nèi)RAM為232字節(jié)，ROM為8K字節(jié)，中斷處理能力為8級(jí)，片內(nèi)帶有10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件等。l微控制器的全面發(fā)展階段，各公司的產(chǎn)品在盡量兼容的同時(shí)，向高速、強(qiáng)運(yùn)算能力、尋址范圍大以及小型廉價(jià)方面發(fā)展。l第三階段（19781982年）：高性能單片機(jī)階段，這一類(lèi)單片機(jī)帶有串行I/O口，8位數(shù)據(jù)線(xiàn)、16位地址線(xiàn)可以尋址的范圍達(dá)到64K字節(jié)、控制總線(xiàn)、較豐富的指令系統(tǒng)等。這類(lèi)單片機(jī)的應(yīng)用范圍較廣，并在不斷的改進(jìn)和發(fā)展。l單片機(jī)體積小、功能強(qiáng)、功耗低、可靠性高和性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)，在過(guò)程控制、機(jī)電一體化產(chǎn)品、智能儀器、家用電器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及

4、通訊等方面得到廣泛應(yīng)用。l單片機(jī)經(jīng)歷了一位、4位、8位、16位及32位的發(fā)展階段，世界上一些著名的半導(dǎo)體器件廠家都開(kāi)發(fā)了單片機(jī)如Intel、Motorola、Zilog、Philips等。l單片機(jī)的品種日益增加，在眾多的通用型單片機(jī)里，以Intel公司的MCS系列單片機(jī)最為著名。 返回本章首頁(yè)圖1-1 微處理器、微計(jì)算機(jī)和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的關(guān)系返回本章首頁(yè) （1）體積小、重量輕、功耗低、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高。 （2）數(shù)據(jù)大都在單片機(jī)內(nèi)部傳送，運(yùn)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高。 （3）結(jié)構(gòu)靈活，易于組成各種微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。（4）應(yīng)用廣泛，既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合，又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及家用電器等

5、領(lǐng)域。 返回本章首頁(yè)l 1.4.1 計(jì)數(shù)制l 1.4.2 二進(jìn)制數(shù)（用B表示）l 1.4.3 十六進(jìn)制數(shù)（用H表示）l 1.4.4 不同進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換l 1.4.5 數(shù)制書(shū)寫(xiě)約定l 1.4.6 計(jì)算機(jī)中數(shù)的表示l 1.4.7 計(jì)算機(jī)常用編碼 返回本章首頁(yè)返回本節(jié) 基數(shù)小于10的計(jì)數(shù)制，可用十進(jìn)制相應(yīng)的數(shù)碼作為它的數(shù)字符號(hào)，一個(gè)數(shù)一般由多個(gè)數(shù)碼組成。數(shù)碼在數(shù)中的位置不同，其值也不同。 日常生活中廣泛使用的數(shù)為十進(jìn)制數(shù)，這是一種逢十進(jìn)一的計(jì)數(shù)方法。用的數(shù)制還有二進(jìn)制、八進(jìn)制和十六進(jìn)制等。l以2為基數(shù)的數(shù)制稱(chēng)為二進(jìn)位計(jì)數(shù)制，它只包括0和1兩個(gè)數(shù)碼，很容易用電子元件的兩種不同的狀態(tài)來(lái)表示，例如，用高

6、電平表示1，用低電平表示0。所以，計(jì)算機(jī)中通常采用二進(jìn)制數(shù)。l二進(jìn)制數(shù)的計(jì)數(shù)特征：逢二進(jìn)一，運(yùn)算簡(jiǎn)單。 l在加、減、乘、除四則運(yùn)算中，乘法實(shí)質(zhì)上是做移位加法，除法則是移位減法。 返回本節(jié)l為了書(shū)寫(xiě)和閱讀方便，經(jīng)常采用十六進(jìn)制數(shù)作為二進(jìn)制的縮寫(xiě)形式。十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)的對(duì)照表如表1-1所示。l在計(jì)數(shù)時(shí)，逢十六進(jìn)一，這樣書(shū)寫(xiě)長(zhǎng)度短，且可方便將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)或?qū)⒍M(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。表1-1 十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)對(duì)照表 返回本節(jié) l 1二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制基本方法：將二進(jìn)制數(shù)按權(quán)展開(kāi)式，利用十進(jìn)制數(shù)的運(yùn)算法則求和，即可得到等值的十進(jìn)制數(shù)。l 2十進(jìn)制到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換十

7、進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制整數(shù)十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制小數(shù)帶小數(shù)的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)3十進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換（1）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制整數(shù)整數(shù)和和十進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)換成二進(jìn)制整數(shù)類(lèi)似，采用類(lèi)似，采用“除除1616取余取余”的的方法。方法。（2）十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制小數(shù)小數(shù)和和十進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)換成二進(jìn)制小數(shù)類(lèi)似，采用類(lèi)似，采用“乘乘1616取整取整”的的方法。方法。解：解： 余數(shù)（結(jié)果）寫(xiě)作余數(shù)（結(jié)果）寫(xiě)作 低位低位 16 3901 - 13 D 16 243 - 03 3 15 - 15 F 高位高位 最后結(jié)果： （3901

8、）10 =0F3DH解：解： 0.76171875 16 高位高位 12.18750000 - 整數(shù)為整數(shù)為12 0.1875 16 3.0000 - 整數(shù)為整數(shù)為3 低位低位最后結(jié)果： （0.76171875）10 =0.C3Hl 4二進(jìn)制、十六進(jìn)制之間的相互轉(zhuǎn)換將二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)，從低位開(kāi)始，每四位一組，然后將其轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)。如最后一組不足四位，需在左邊補(bǔ)0。用同樣方法可將二進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制小數(shù)。只是分組應(yīng)從小數(shù)點(diǎn)右邊開(kāi)始分成四位一組。十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，將每位十六進(jìn)制數(shù)直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)。例1-6將將1000110.01B轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制

9、數(shù)。 10010001100110. .0101B = B = 0 0100100 01100110. .01010000 B B = 4 6 . 4 H = 4 6 . 4 H例例1-7：將：將352.6H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。 3 5 2 . 6 H 11 0101 0010 0110 =11 0101 0010 . 0110H下一頁(yè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)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(kāi)求和即可。方法：按二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)進(jìn)行展開(kāi)求和即可。例例1-1 將將11011.01B轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。11011.01B=124+123+022+121+120+

10、02-1+12-2=16+8+0+2+1+0+0.25=27.25 返回l方法：方法：1）十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)有很多方法，）十進(jìn)制整數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制整數(shù)有很多方法，但一般使用但一般使用“除除2取余法取余法”?！俺?取余法取余法”法則是：法則是： 用用2連續(xù)去除要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，直到商連續(xù)去除要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制數(shù)，直到商小于小于2為止，然后把各次余數(shù)按最后得到的為為止，然后把各次余數(shù)按最后得到的為最高位和最先得到的為最低位，依次排列起來(lái)最高位和最先得到的為最低位，依次排列起來(lái)便是所求的二進(jìn)制數(shù)。便是所求的二進(jìn)制數(shù)。解：解： 余數(shù)（結(jié)果）余數(shù)（結(jié)果） 低位低位 2 52 - 0 2 26 - 0

11、 2 13 - 1 2 6 - 0 2 3 - 1 2 1 - 1 高位高位轉(zhuǎn)換結(jié)果：（轉(zhuǎn)換結(jié)果：（52）D=（110100）B2）十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制一般使用）十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制一般使用“乘乘2取整取整法法”?！俺顺?取整法取整法”法則是：法則是： 用用2連續(xù)去乘要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù)，直到所連續(xù)去乘要轉(zhuǎn)換的十進(jìn)制小數(shù)，直到所得積的小數(shù)部分為得積的小數(shù)部分為0或滿(mǎn)足所需精度為止，然后或滿(mǎn)足所需精度為止，然后把各次整數(shù)按最先得到的為最高位和最后得到的把各次整數(shù)按最先得到的為最高位和最后得到的為最低位，為最低位，“順序順序”依次排列起來(lái)所對(duì)應(yīng)的數(shù)便依次排列起來(lái)所對(duì)應(yīng)的數(shù)便是所求的二進(jìn)制小數(shù)。是

12、所求的二進(jìn)制小數(shù)。解：解： 0.1875 2 0.3750 - 整數(shù)為整數(shù)為0 高位高位 2 0.7500 - 整數(shù)為整數(shù)為0 2 1.5000 - 整數(shù)為整數(shù)為1 0.5000 2 1.0000 - 整數(shù)為整數(shù)為1 低位低位轉(zhuǎn)換結(jié)果：轉(zhuǎn)換結(jié)果：(0.1875)D = (0.0011)B返回l在書(shū)寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序時(shí)，一般不用基數(shù)作為下標(biāo)來(lái)區(qū)分各種進(jìn)制，而是用相應(yīng)的英文字母作后綴來(lái)表示各種進(jìn)制的數(shù)。 例如：B（Binary）表示二進(jìn)制數(shù)。 D（Decimal）表示十進(jìn)制數(shù)，一般D可省略，即無(wú)后綴的數(shù)字為十進(jìn)制數(shù)。 H（Hexadecimal）表示十六進(jìn)制數(shù)。l 1原碼、反碼和補(bǔ)碼原碼：在符號(hào)位中用0

13、表示正、用1表示負(fù)的二進(jìn)制數(shù)，稱(chēng)為原碼。例如， x1=1110111B， x1原=01110111B x2=1110111B， x2原=11110111B數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： 0原=0000 0000B 0原=1000 0000B反碼：正數(shù)的反碼=原碼；負(fù)數(shù)的反碼=原碼的符號(hào)位不變而數(shù)值按位取反。所謂按位取反，即將各位的1變成0，0變成1。例如，x1=13，x1反=13原=0 0001101B 。 若 x2=13， x2原=13原=1 0001101B， x2反=13反=1 1110010B。數(shù)0可是0或0。因此，0在原碼中形式： +0反=00000000B -0反=1111

14、1111B 補(bǔ)碼：正數(shù)的補(bǔ)碼=原碼； 負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼=反碼1。例如，x1=1101101B， x1補(bǔ)=13原=0 1101101B 。又如， x2=1101101B， x2反=10010010B， x2補(bǔ)=10010011B。在補(bǔ)碼表示中，“0”是唯一的。即 0補(bǔ)=00000000B l 2數(shù)的小數(shù)點(diǎn)表示方法 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(lèi)。數(shù)符 尾數(shù)純整數(shù)表示方法純整數(shù)表示方法 純小數(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：其格式如下所示： 浮點(diǎn)表示法 浮點(diǎn)表示法中小數(shù)點(diǎn)的位置是不固定的。任意二進(jìn)制數(shù)N一般可表示為：N=2PS 一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)分為階碼和尾數(shù)兩部分，二者各有表示正負(fù)的階符和數(shù)符，常用存儲(chǔ)格式：階符階碼數(shù)符尾數(shù)返回本節(jié)l常見(jiàn)的編碼有BCD碼、ASCII碼等。1二 十進(jìn)制編碼是