單片機(jī)第0章 基礎(chǔ)知識(shí)

單片機(jī)原理及應(yīng)用第0章基礎(chǔ)知識(shí)1計(jì)算機(jī)中信息表示二進(jìn)制數(shù)的概念十六進(jìn)制數(shù)和八進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換字符在計(jì)算機(jī)中的表示數(shù)值在計(jì)算機(jī)中的表示指令在計(jì)算機(jī)中的表示2二進(jìn)制數(shù)的概念計(jì)算機(jī)中為什么使用二進(jìn)制數(shù)？存儲(chǔ)易于實(shí)現(xiàn)在研發(fā)計(jì)算機(jī)時(shí)首先要解決的問題就是如何存儲(chǔ)數(shù)。如果使用十進(jìn)制數(shù)，則意味著必須找到有十個(gè)易于識(shí)別狀態(tài)的電子器件，這種器件基本上沒有。相反，存在大量的有二個(gè)狀態(tài)的電子器件，例如三極管的導(dǎo)通和截止、磁介質(zhì)的磁化和未磁化、發(fā)光二極管的亮與不亮等。運(yùn)算易于實(shí)現(xiàn)因?yàn)槎M(jìn)制運(yùn)算規(guī)則少，例如二進(jìn)制乘法規(guī)則只有2條（0*1＝0，1*1＝1），所以非常容易設(shè)計(jì)出運(yùn)算電路傳送易于實(shí)現(xiàn)在A、B兩點(diǎn)連接一條導(dǎo)線，如果我們約定導(dǎo)線上有電壓表示1，沒有電壓表示0，就可以在A、B兩點(diǎn)傳送二進(jìn)制數(shù)了3二進(jìn)制數(shù)的概念二進(jìn)制數(shù)0和1與電信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系二進(jìn)制數(shù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的存儲(chǔ)與傳遞是通過電子器件輸出電平的高低來實(shí)現(xiàn)的正邏輯表示方式高電平表示1，低電平表示0計(jì)算機(jī)內(nèi)部均采用正邏輯表示負(fù)邏輯表示方式高電平表示0，低電平表示14二進(jìn)制數(shù)的概念進(jìn)制數(shù)位權(quán)1位二進(jìn)制數(shù)只有二個(gè)狀態(tài)，只能表示0和1二個(gè)數(shù)量，大于1的數(shù)量采用多位二進(jìn)制數(shù)表示例如：10（2），11（3），100（4），101（5），110（6），111（7），10000001（129）位權(quán)8431021011001010000127262524232221202158281802AB162161160小數(shù)部分的位權(quán)：10-1,10-2,10-3,….（十進(jìn)制）2-1,2-2,2-3,2-4,…..（二進(jìn)制）5二進(jìn)制數(shù)的概念練習(xí)請(qǐng)根據(jù)各種進(jìn)制數(shù)的位權(quán)定義，求出下列各種進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)（10101.101）2＝（）10（413.26）8＝（）10（8D.C）16＝（）108位最大二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是多少？16位最大二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)是多少？6十六進(jìn)制數(shù)為什么使用十六進(jìn)制數(shù)？信息的二進(jìn)制數(shù)表示太長(zhǎng)，書寫和識(shí)別很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。

例如：（129）10＝（10000001）2十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)之間有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系，易于書寫和識(shí)別，也容易相互轉(zhuǎn)換。十六進(jìn)制數(shù)共有16個(gè)數(shù)符0～9，A，B，C，D，E，F(xiàn)十六進(jìn)制數(shù)書寫規(guī)則在十六進(jìn)制數(shù)后加H作為標(biāo)識(shí)如果最高位是字母，為了區(qū)別，在前面加0例如：16H，9BH，0A8H，0FFH7十六進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)與二進(jìn)制數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系十六進(jìn)制共有16個(gè)數(shù)符，剛好與4位二進(jìn)制數(shù)的個(gè)數(shù)一樣，所以每個(gè)十六進(jìn)制數(shù)符與4位二進(jìn)制數(shù)一一對(duì)應(yīng)。8十六進(jìn)制數(shù)八進(jìn)制與二進(jìn)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系與使用十六進(jìn)制的理由一樣，偶爾也使用八進(jìn)制八進(jìn)制共有8個(gè)數(shù)符（0～7），剛好與3位二進(jìn)制數(shù)的個(gè)數(shù)一樣，所以每個(gè)八進(jìn)制數(shù)符與3位二進(jìn)制數(shù)一一對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)關(guān)系八進(jìn)制二進(jìn)制

0000

1001

2010

3011

4100

5101

6110

71119二進(jìn)制數(shù)應(yīng)用實(shí)例七段發(fā)光數(shù)碼管可以顯示數(shù)字0～9，控制信號(hào)由A～G引腳輸入，高電平亮，低電平滅假設(shè)A~G對(duì)應(yīng)著7位二進(jìn)制數(shù)的最低位～最高位，請(qǐng)寫出控制數(shù)碼管分別顯示0~9的二進(jìn)制編碼和十六進(jìn)制編碼10二進(jìn)制數(shù)應(yīng)用實(shí)例GFEDCBA001111113FH1000011006H210110115BH310011114FH4110011066H511011016DH611111017DH7000011107H811111117FH911011116FH11進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換所有進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)的方法是：按位權(quán)展開，然后進(jìn)行計(jì)算。十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)的方法（P12）十進(jìn)制整數(shù)的轉(zhuǎn)換除2取余倒排十進(jìn)制小數(shù)的轉(zhuǎn)換乘2取整順排（35.86）10＝

（100011.110111）212進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制以25D.BCH為例將每個(gè)十六進(jìn)制位寫成對(duì)應(yīng)的4位二進(jìn)制數(shù)

001001011101.10111100去掉最左邊和最右邊的全零即可

1001011101.10111113進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十六進(jìn)制以1101011011.10101為例整數(shù)部分從右向左每4位劃分為一小節(jié)，最高一節(jié)不足4位的話高位補(bǔ)零小數(shù)部分從左向右每4位劃分為一小節(jié)，最后一節(jié)不足4位的話低位補(bǔ)零0011′0101′1011.1010′1000將每一小節(jié)寫成對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制數(shù)

35B.A8H14進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換八進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制以（256.14）8為例將每個(gè)八進(jìn)制位寫成對(duì)應(yīng)的3位二進(jìn)制數(shù)

010101110.001100去掉最左邊和最右邊的全零即可

10101110.001115進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制以1101011011.10101為例整數(shù)部分從右向左每3位劃分為一小節(jié)，最高一節(jié)不足4位的話高位補(bǔ)零小數(shù)部分從左向右每3位劃分為一小節(jié)，最后一節(jié)不足4位的話低位補(bǔ)零001′101′011′011.101′010將每一小節(jié)寫成對(duì)應(yīng)的八進(jìn)制數(shù)

（1533.52）816進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換八進(jìn)制與十六進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換以二進(jìn)制作為橋梁，首先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，然后再由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制和十六進(jìn)制方法一：采用與十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的方法，即整數(shù)部分采用除8（或16）取余倒排，小數(shù)部分采用乘8（或16）取整順排方法二：以二進(jìn)制作為橋梁，首先轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，然后再由二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為八進(jìn)制或十六進(jìn)制17進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換課堂練習(xí)完成P16習(xí)題0.1-0.218計(jì)算機(jī)中信息表示計(jì)算機(jī)中信息存儲(chǔ)的基本單位是字節(jié)（byte）

1個(gè)字節(jié)包含8個(gè)二進(jìn)制位（8bit）1KB＝1024字節(jié)，1MB＝1024KB，1GB＝1024MB任何信息（數(shù)值、字符、圖像、指令等）在計(jì)算機(jī)中都是用1個(gè)字節(jié)或多個(gè)字節(jié)表示的，例如：英文字符編碼使用1個(gè)字節(jié)（ASCII碼），漢字編碼使用2個(gè)字節(jié)（GB2312、GBK）整型數(shù)用1，2，4個(gè)字節(jié)（短整型、整型、長(zhǎng)整型）實(shí)型數(shù)用4，8字節(jié)（浮點(diǎn)型，雙精度型）19計(jì)算機(jī)中信息表示英文字符的二進(jìn)制編碼（ASCII）20計(jì)算機(jī)中信息表示十進(jìn)制數(shù)的二進(jìn)制編碼方法一：將十進(jìn)制數(shù)的各位分別用二進(jìn)制編碼表示（BCD碼）。方法二：將十進(jìn)制數(shù)整體轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)，然后以適當(dāng)?shù)木幋a表示（原碼，反碼，補(bǔ)碼）。方法一在一些特殊場(chǎng)合使用，計(jì)算機(jī)中數(shù)的編碼主要采用方法二。BCD碼8421碼21計(jì)算機(jī)中信息表示無符號(hào)整型數(shù)的二進(jìn)制編碼即所有二進(jìn)制位均用來表示數(shù)的大小無符號(hào)短整型（字符型）1個(gè)字節(jié)，表示數(shù)的范圍0～255無符號(hào)整型2個(gè)字節(jié)，表示數(shù)的范圍0～65535無符號(hào)長(zhǎng)整型4個(gè)字節(jié)，表示數(shù)的范圍0～429496729522計(jì)算機(jī)中信息表示有符號(hào)整型數(shù)的二進(jìn)制編碼用最高位表示符號(hào)，一般規(guī)定1表示負(fù)數(shù)有原碼、反碼、補(bǔ)碼三種編碼方式，一般用補(bǔ)碼表示8位有符號(hào)整型數(shù)原碼編碼規(guī)則最高位為符號(hào)位，其后7位表述數(shù)的絕對(duì)值大小例如[+10]原碼＝00001010B，[-10]原碼＝10001010B表示數(shù)的范圍-127～+127，數(shù)0有2個(gè)編碼：＋0（00H）和－0（80H）不滿足（+10）+（-10）＝0基本規(guī)則[+10]原碼+[-10]原碼＝00001010B+10001010B＝10010100B≠0的原碼23計(jì)算機(jī)中信息表示8位有符號(hào)整型數(shù)反碼編碼規(guī)則最高位為符號(hào)位如果是正數(shù)，則與原碼相同如果是負(fù)數(shù)，則除符號(hào)位外，其余各位是原碼的各位求反例如[+10]反碼＝00001010B，[-10]反碼＝11110101B表示數(shù)的范圍-127～+127，數(shù)0有2個(gè)編碼：＋0（00H）和－0（0FFH）24計(jì)算機(jī)中信息表示8位有符號(hào)整型數(shù)反碼滿足（+10）+（-10）＝0基本規(guī)則[+10]反碼+[-10]反碼＝00001010B+11110101B＝11111111B＝[-0]反碼不滿足（+10）+（－6）＝+4基本規(guī)則[+10]反碼+[-8]反碼＝00001010B+11111001B＝00000011B（舍棄最高位的進(jìn)位）＝[+3]反碼≠[+4]反碼25計(jì)算機(jī)中信息表示8位有符號(hào)整型數(shù)補(bǔ)碼由以上分析可知，如果對(duì)負(fù)數(shù)的反碼加上1，則既滿足（+10）+（－10）＝0，又滿足（+10）+（－6）＝+4我們將負(fù)數(shù)的反碼加上1后形成的編碼稱為補(bǔ)碼補(bǔ)碼編碼規(guī)則最高位為符號(hào)位如果是正數(shù)，則與原碼相同如果是負(fù)數(shù)，則除符號(hào)位外，其余各位是原碼的各位求反然后加1令80H（10000000B）為－128的補(bǔ)碼26計(jì)算機(jī)中信息表示8位有符號(hào)整型數(shù)補(bǔ)碼例如[+10]補(bǔ)碼＝00001010B，[-10]補(bǔ)碼＝11110110B表示數(shù)的范圍-128～+127，所有編碼唯一補(bǔ)碼的真值表補(bǔ)碼012312712825325425500H01H02H03H7FH80H0FDH0FEH0FFH真值+0+1+2+3+127-128-3-2-127計(jì)算機(jī)中信息表示由補(bǔ)碼求真值的方法利用公式[x]原＝[[x]補(bǔ)]補(bǔ)求出原碼，在由原碼算出真值例：求補(bǔ)碼0BCH的真值寫出二進(jìn)制：0BCH=>10111100除符號(hào)位外各位求反：=>11000011加1得原碼：=>11000100除符號(hào)位外，轉(zhuǎn)為十進(jìn)制數(shù)：=>-6828計(jì)算機(jī)中信息表示課堂練習(xí)求-53的8位原碼、反碼、補(bǔ)碼？如果將9DH分別看作是原碼、反碼、補(bǔ)碼，則對(duì)應(yīng)的真值分別是多少？求-75的16位補(bǔ)碼？已知0B2C3H為16位的補(bǔ)碼，求其真值？16位補(bǔ)碼表示數(shù)的范圍是多少？29計(jì)算機(jī)中信息表示補(bǔ)碼的加減運(yùn)算溢出問題運(yùn)算結(jié)果超出了所對(duì)應(yīng)編碼的表示范圍稱為溢出。例如8位無符號(hào)整數(shù)200+90＝290>255，則運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生溢出，結(jié)果肯定不正確。在不產(chǎn)生溢出的情況下[x]補(bǔ)+[y]補(bǔ)＝[x+y]補(bǔ)[x]補(bǔ)-[y]補(bǔ)＝[x]補(bǔ)+[-y]補(bǔ)＝[x-y]補(bǔ)[-y]補(bǔ)＝[y]補(bǔ)的變補(bǔ)＝將[y]補(bǔ)的所有位取反加1補(bǔ)碼加減運(yùn)算產(chǎn)生溢出的判斷CY≠CY-130計(jì)算機(jī)中信息表示課堂練習(xí)完成P1