1、微机原理及应用微机原理及应用中国矿业大学信息与电气工程学院中国矿业大学信息与电气工程学院电气工程系电气工程系 张同庄张同庄 博士博士 副教授副教授单片机学习网站单片机学习网站(部分部分)1. “学习单片机学习单片机” WWW2. “单片机基地单片机基地” WWW3. “PIC单片机单片机” WWW4. “中国单片机世界中国单片机世界” WWW5. “单片机资讯网单片机资讯网” WWW6. “微控设计网微控设计网” WWW7. “C8051F网络网络” WWW8. “华工单片机科技网华工单片机科技网” WWW 微机原理及应用微机原理及应用n自我介绍自我介绍: 张同庄，男，张同庄，男，1964年生
2、，年生，1985年大学年大学本科毕业于中国矿业大学自动化系；本科毕业于中国矿业大学自动化系；1988年研究年研究生硕士毕业于中国矿业大学信电学院（电力电子生硕士毕业于中国矿业大学信电学院（电力电子与电力传动）；与电力传动）；2002年研究生博士毕业于中国矿年研究生博士毕业于中国矿业大学信电学院（电力电子与电力传动）；现在业大学信电学院（电力电子与电力传动）；现在电气工程系系主任。电气工程系系主任。n电话号码：电话号码：13952115828n办公室：南湖校区信电学院楼办公室：南湖校区信电学院楼B517n电子信箱：电子信箱： 微机原理及应用微机原理及应用n有几句话送给大家，希望我们共同勉励：有几
3、句话送给大家，希望我们共同勉励：n“常问问自己，谁最关心你的未来。常问问自己，谁最关心你的未来。”n“别人的轻视不可怕，可怕的是自己轻视自己。别人的轻视不可怕，可怕的是自己轻视自己。”n“远离心浮气躁的人，易于成就大业。远离心浮气躁的人，易于成就大业。”n“命运是一念之间的事，所以人的命运随时都可以改变。命运是一念之间的事，所以人的命运随时都可以改变。”n“拖延所毁掉的最后一个目标是人的前途。拖延所毁掉的最后一个目标是人的前途。”n“时间是生命的代名词。不能珍惜当下，就不能很好地把握未时间是生命的代名词。不能珍惜当下，就不能很好地把握未来。来。”n“要努力把未来变成现在，不要把希望寄托在未来。
4、要努力把未来变成现在，不要把希望寄托在未来。”n“消极的人，总是替失败找借口；积极的人，总是为成功找方消极的人，总是替失败找借口；积极的人，总是为成功找方法。法。”n“奴隶社会虽然走远了，但到浪费时间的人群中，仍能找到奴奴隶社会虽然走远了，但到浪费时间的人群中，仍能找到奴隶。隶。” 微机原理及应用课程教学说明微机原理及应用课程教学说明n1. 考试方式考试方式:闭卷闭卷,100分钟分钟.n2. 成绩评定方法成绩评定方法:考试成绩考试成绩(100分分)占总成绩的占总成绩的70%,实验成实验成绩绩(100分分)占总成绩的占总成绩的20%,平时成绩平时成绩(100分分)(主要是作业主要是作业)占占总成
5、绩的总成绩的10%.n3. 每人准备一个作业本每人准备一个作业本,每班指定一名课代表每班指定一名课代表.n4. 主要参考书主要参考书:n(1)教材教材n(2)肖看等肖看等,单片机原理、接口及应用单片机原理、接口及应用,清华大学出版社清华大学出版社,2010n(3)王贤勇王贤勇,单片机原理与接口技术单片机原理与接口技术,清华大学出版社清华大学出版社,2010n(4)周兴华周兴华,手把手教你学单片机手把手教你学单片机(第第2版版),北航出版社北航出版社,2007n(5)夏路易夏路易,单片机原理及应用单片机原理及应用,电子工业出版社电子工业出版社,2010微机原理及应用课程教学说明微机原理及应用课程
6、教学说明n(6) 周兴华周兴华,手把手教你单片机手把手教你单片机C程序设计程序设计,北京航空航天大北京航空航天大学出版社学出版社,2007.n(7)刘同法刘同法,单片机基础与最小系统单片机基础与最小系统,北航出版社北航出版社,2007.n(8)周坚周坚,单片机轻松入门单片机轻松入门(第第2版版),北航出版社北航出版社,2007.n(9)杨居义杨居义,单片机原理与工程应用单片机原理与工程应用,清华大学出版社清华大学出版社,2009,3.n(10)杨居义杨居义,单片机课程设计指导单片机课程设计指导,清华大学出版社清华大学出版社,2009,9.n(11)潘晓宁，单片机程序设计实践教程，清华大学出版社
7、，潘晓宁，单片机程序设计实践教程，清华大学出版社，2009，8.n（12）谢维成，单片机原理与应用及）谢维成，单片机原理与应用及C51程序设计，清华程序设计，清华大学出版社，大学出版社，2009，7.n(13) 李萍李萍,51单片机单片机C语言及汇编语言实用程序设计语言及汇编语言实用程序设计,中国中国电力出版社电力出版社,2010n(14) 皮大能皮大能, 单片机课程设计指导书单片机课程设计指导书,北京理工大学出版北京理工大学出版社社,2010微机原理及应用课程重要性的说明微机原理及应用课程重要性的说明n企业家周立功的感言企业家周立功的感言:n我在我在2003年出版的年出版的单片机与单片机与C
8、PLD综合应用技术综合应用技术一书中一书中写了一篇前言写了一篇前言,叫叫寻找一份好工作并不难寻找一份好工作并不难.n这篇前言开头写道这篇前言开头写道:“2002年年1112月间的一个多月的时间里，月间的一个多月的时间里，我走访了全国各地的十几所大学，接触了我走访了全国各地的十几所大学，接触了300多名应届本科多名应届本科与硕士生，面试的结果实在有点出人意外，至今（与硕士生，面试的结果实在有点出人意外，至今（2007年年3月）仍然令人感慨万千，我的内心久久不能平静。月）仍然令人感慨万千，我的内心久久不能平静。”若大的若大的一个国家找几个有用之才竟是这样如此之艰辛，可谓是可悲一个国家找几个有用之才
9、竟是这样如此之艰辛，可谓是可悲可叹啊！这在一名企业家的心灵深处，留下的是怎样的感叹？可叹啊！这在一名企业家的心灵深处，留下的是怎样的感叹？企业家对人才的渴望是尤为深切的。我们每年对人才的寻找，企业家对人才的渴望是尤为深切的。我们每年对人才的寻找，都要花费很大的人力与财力，几乎发动了全国所有的相关老都要花费很大的人力与财力，几乎发动了全国所有的相关老师。师。微机原理及应用课程重要性的说明微机原理及应用课程重要性的说明n我曾在该文中呼吁我曾在该文中呼吁：“我只要求他们能够掌握单片我只要求他们能够掌握单片机应用开发的基本技能。用汇编和机应用开发的基本技能。用汇编和C51语言写过一些语言写过一些基本的
10、程序，真正动手做过一些简单的项目，然后基本的程序，真正动手做过一些简单的项目，然后可以将自己做过的项目写成比较规范的文可以将自己做过的项目写成比较规范的文档。档。”“”“这种形式的自我介绍肯定要比写得千篇一这种形式的自我介绍肯定要比写得千篇一律的律的八股文八股文简历不知道要强多少倍。简历不知道要强多少倍。”“”“只有只有具备这样基础的学生，才值得企业花钱对其进行二具备这样基础的学生，才值得企业花钱对其进行二次次开发开发。”n单片机技术几乎是一门纯粹的技术，几乎没有什么单片机技术几乎是一门纯粹的技术，几乎没有什么理论性可言。理论性可言。所以，学习单片机，实践是第一位的，所以，学习单片机，实践是第
11、一位的，应用是最终的目的。学习的口号是：实践，实践，应用是最终的目的。学习的口号是：实践，实践，再实践！再实践！微机原理及应用微机原理及应用n第第1章章 微型计算机基础微型计算机基础n第第2章章 MCS-51单片机的结构和原理单片机的结构和原理n第第3章章 MCS-51单片机的指令系统单片机的指令系统n第第4章章 汇编语言程序设计汇编语言程序设计n第第5章章 半导体存储器半导体存储器n第第6章章 定时器及应用定时器及应用n第第7章章 MCS-51单片机的中断系统单片机的中断系统n第第8章章 单片机系统扩展及接口单片机系统扩展及接口n第第9章章 MCS-51的串行通讯的串行通讯第第1章微型计算机
12、基础章微型计算机基础n电子计算机是一种对信息进行加工处理的机器电子计算机是一种对信息进行加工处理的机器,它具有记它具有记忆忆,判断和运算能力判断和运算能力,能模仿人类的思维活动能模仿人类的思维活动,代替人的部分代替人的部分脑力劳动脑力劳动,并能对生产过程实施某种控制并能对生产过程实施某种控制,等等等等.n1946年年,美国制造出世界上第一台电子计算机美国制造出世界上第一台电子计算机.它经历了电它经历了电子管子管,晶体管晶体管,集成电路和超大集成电路等阶段集成电路和超大集成电路等阶段,现在进入第现在进入第四代四代.n计算机按照体系结构计算机按照体系结构.运算速度运算速度.结构规模结构规模.适用领
13、域适用领域,一般分一般分为巨型机为巨型机,大型机大型机,中型机中型机,小型机和微型机等五类小型机和微型机等五类.n目前目前,以应用为中心以应用为中心,按照计算机的嵌入式应用和非嵌入式按照计算机的嵌入式应用和非嵌入式应用分类应用分类:分为嵌入式计算机和非嵌入式计算机分为嵌入式计算机和非嵌入式计算机.n通用计算机具有计算机的标准形态通用计算机具有计算机的标准形态,通过装配不同的应用通过装配不同的应用软件软件,以类似的形式存在以类似的形式存在,并应用在社会的各个方面并应用在社会的各个方面,其典型其典型产品为产品为PC.第第1章微型计算机基础章微型计算机基础n计算机的基本组成计算机的基本组成n现代计算
14、机所遵循的是冯现代计算机所遵循的是冯.诺依曼提出的体系结构，其核心是诺依曼提出的体系结构，其核心是存储程序原理：计算机在工作前，必须保证计算机正常工作存储程序原理：计算机在工作前，必须保证计算机正常工作的程序以及为解决各种问题所需的程序和数据预先存储在具的程序以及为解决各种问题所需的程序和数据预先存储在具有记忆功能的存储器中；计算机上电工作时，按照预先规定有记忆功能的存储器中；计算机上电工作时，按照预先规定的顺序依次从指定的存储器单元中读取程序中的每一条指令，的顺序依次从指定的存储器单元中读取程序中的每一条指令，对其分析并执行所规定的各种动作，直到程序全部执行完为对其分析并执行所规定的各种动作
15、，直到程序全部执行完为止。止。n三大硬件系统三大硬件系统：（：（1）一个中央处理器（）一个中央处理器（CPU）；（）；（2）一个）一个主存储器系统；（主存储器系统；（3）一个输入、输出系统。）一个输入、输出系统。n通用微机的通用微机的CPU功能强大，已跨入功能强大，已跨入64位时代，拥有强大的运位时代，拥有强大的运算能力，需要专门的时钟发生电路，算能力，需要专门的时钟发生电路，ROM较小，较小，RAM很大很大是程序运行的载体，并配有专用的定时是程序运行的载体，并配有专用的定时/计数、中断、并串计数、中断、并串I/O.第第1章微型计算机基础章微型计算机基础n嵌入式计算机则以嵌入式系统的形式隐藏在
16、各种装置、产品嵌入式计算机则以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统中。和系统中。n嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可增减，针对具体应用系统，对功能、可靠性、成本、硬件可增减，针对具体应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗进行严格要求的专用计算机系统。体积、功耗进行严格要求的专用计算机系统。n嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台通用计算机的外部设备中就包含了台通用计算机的外部设备中就包含了510个嵌入式微处理器，个嵌入式微处理器，键盘、鼠标、
17、软驱、硬盘、显卡、显示器、网卡、键盘、鼠标、软驱、硬盘、显卡、显示器、网卡、Modem、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、声卡、打印机、扫描仪、数码相机、USB集线器等均是嵌入集线器等均是嵌入式微处理器控制的。式微处理器控制的。n制造工业、过程控制、传动设备、通信、仪器、仪表、汽车、制造工业、过程控制、传动设备、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等都是嵌入式计算船舶、航空、航天、军事装备、家电产品等都是嵌入式计算机的应用领域。机的应用领域。n本章主要介绍微机的基础知识本章主要介绍微机的基础知识,组成原理组成原理,以及单片机的产生以及单片机的产生,发展和应用发展和应用,为
18、后续几章的学习打下基础为后续几章的学习打下基础.1.0 嵌入式系统嵌入式系统n嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合的产物，这决定了它必然是以及各个行业的具体应用相结合的产物，这决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。系统。n1、嵌入式系统的种类、嵌入式系统的种类n嵌入式系统的核心部件嵌入式系统的核心部件 有以下有以下3类：类：n（1）嵌入式微处理器（）嵌入式微处理器（Embedded Microprocessor U
19、nit, EMPU）n其功能与标准的其功能与标准的CPU相同，主要为相同，主要为32位，但在工作温度范围、位，但在工作温度范围、抗电磁干扰、可靠性等方面有所提高。抗电磁干扰、可靠性等方面有所提高。n最大的不同，在于其大多数工作为特定用户群专门设计的系最大的不同，在于其大多数工作为特定用户群专门设计的系统中，将通用微型机系统中许多由板卡完成的任务集成到芯统中，将通用微型机系统中许多由板卡完成的任务集成到芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化、提高片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化、提高设计和运行效率以及可靠性，软件上通常使用实时操作系统。设计和运行效率以及可靠性，软件上通常
20、使用实时操作系统。例如，诸多公司生产的例如，诸多公司生产的32位的位的ARM系列。系列。1.0 嵌入式系统嵌入式系统n（2）微控制器（）微控制器（Microcontroller Unit , MCU,又称单片机）又称单片机）n顾名思义，单片机就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。顾名思义，单片机就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。它以一种微处理器为核心，芯片内部集成它以一种微处理器为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、并行计数器、看门狗、并行I/O接口、接口、串行串行I/O接口、脉宽调制输出（接口、脉宽调制输出（PWM）、
21、）、A/D、D/A。n和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是：单片化、和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是：单片化、体积小、功耗低、成本低、可靠性高。体积小、功耗低、成本低、可靠性高。n微控制器是目前嵌入式系统工业的主流，以微控制器是目前嵌入式系统工业的主流，以MCU为核心的嵌为核心的嵌入式系统约占市场份额的入式系统约占市场份额的70%。n例如，超市的收银机和电子秤；家庭的烤箱、洗衣机、闹钟、例如，超市的收银机和电子秤；家庭的烤箱、洗衣机、闹钟、电视机、空调、电视机、空调、DVD、玩具、立体声音响；办公室的打印机、玩具、立体声音响；办公室的打印机和复印机；汽车的仪表盘和点火系统；工厂
22、里的机床、设备；和复印机；汽车的仪表盘和点火系统；工厂里的机床、设备；甚至甚至PC机的键盘、磁盘驱动器、鼠标等。机的键盘、磁盘驱动器、鼠标等。1.0 嵌入式系统嵌入式系统n例如：例如：Atmel公司的的公司的的Flash产品中，产品中，AT89系列，系列，AT90系列，系列，AT91系列等，包括了系列等，包括了CISC以及以及RISC单片机。一共有四档，分别是商业单片机。一共有四档，分别是商业C档档（Commercial），工业），工业I档（档（Industry），汽车），汽车A档（档（Automobile），军用），军用M档（档（Military）。）。C档使用温度为：档使用温度为：070C
23、，I档：档：- 40 + 85C，A档：档：- 40+ 125C，M档：档：- 55 + 125C。1.0 嵌入式系统嵌入式系统n（3）嵌入式）嵌入式DSP处理器（处理器（Embedded Digital Signal Processor，EDSP）nDSP处理器普遍采用了哈佛结构和流水线技术，使其适合执处理器普遍采用了哈佛结构和流水线技术，使其适合执行行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。在数字算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。在数字滤波、滤波、FFT、谱分析等方面，、谱分析等方面，DSP算法目前广泛应用于嵌入算法目前广泛应用于嵌入式领域，式领域，DSP应用正从单片机中以普通
24、指令实现应用正从单片机中以普通指令实现DSP 功能，功能，过渡到采用嵌入式过渡到采用嵌入式DSP处理器。处理器。n2、嵌入式系统的特征、嵌入式系统的特征n（1）分散、创新、不可垄断。）分散、创新、不可垄断。n从某重意义上讲，通用计算机行业的技术是垄断的。而嵌入从某重意义上讲，通用计算机行业的技术是垄断的。而嵌入式系统不会垄断。式系统不会垄断。n（2）产品发展的稳定性。）产品发展的稳定性。1.0 嵌入式系统嵌入式系统n嵌入式微处理器的发展具有稳定性。一个体系结构及其相关的片上外设、嵌入式微处理器的发展具有稳定性。一个体系结构及其相关的片上外设、开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系统
25、，用户和半开发工具、库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知识系统，用户和半导体厂商都不会轻易地放弃某一种微处理器。导体厂商都不会轻易地放弃某一种微处理器。n3、嵌入式系统软件的特征、嵌入式系统软件的特征n嵌入式系统软件所使用的语言可以是汇编语言，也可以是高级语言。软嵌入式系统软件所使用的语言可以是汇编语言，也可以是高级语言。软件要固态化存储，一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存件要固态化存储，一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存储于磁盘等载体中。代码要求质量高、可靠性高、实时性高，并尽量减储于磁盘等载体中。代码要求质量高、可靠性高、实时性高，并尽量减少占用存储器空间，抗干扰能
26、力强。少占用存储器空间，抗干扰能力强。n4、嵌入式系统开发需要的开发工具和环境、嵌入式系统开发需要的开发工具和环境n通用计算机具有完善的人机接口界面，在上面增加一些开发应用程序和通用计算机具有完善的人机接口界面，在上面增加一些开发应用程序和环境即可进行对自身的开发。环境即可进行对自身的开发。n而嵌入式系统本身不具备开发能力，系统设计完成以后，用户必须有一而嵌入式系统本身不具备开发能力，系统设计完成以后，用户必须有一套开发工具和环境才能对系统进行调试、修改，这些工具和环境一般是套开发工具和环境才能对系统进行调试、修改，这些工具和环境一般是基于通用计算机上的软硬件设备以及各种仿真器、编程器、逻辑分
27、析仪、基于通用计算机上的软硬件设备以及各种仿真器、编程器、逻辑分析仪、示波器等。示波器等。1.1 计算机中的数制及数的转换计算机中的数制及数的转换n1.1.1 计算机中的数制计算机中的数制n数制数制: 是指数的形式是指数的形式,是人们利用符号计数的一种科学方法是人们利用符号计数的一种科学方法.常用的有十进制常用的有十进制,二进制二进制,八进制八进制,十六进制等十六进制等.n1. 十进制十进制(Decimal)n主要特点主要特点: (1) 有有09十个不同的数码十个不同的数码,作为基本符号作为基本符号.n(2) 逢逢10进位进位.n(3) 统一表示形式统一表示形式:n式中式中: i表示数中任意一
28、位表示数中任意一位,是一个变量是一个变量,ai表示第表示第i位的数码位的数码,n为该数整数部分的位数为该数整数部分的位数,m 为小数部分的位数为小数部分的位数.imniiaN1011.1 计算机中的数制及数的转换计算机中的数制及数的转换n2. 二进制二进制(Binary)n主要特点为主要特点为: (1)它共有它共有0和和1两个数码两个数码,二进制数都由它们二进制数都由它们组成组成.n(2) 基数是基数是2,是逢是逢2进进1的进位原则的进位原则.n10110.11B=22.75n3. 十六进制十六进制(Hexadecimal)n主要特点为主要特点为: (1)它有它有0,1,2,9, A,B,C,
29、D,E,F等十六个数等十六个数码码.n(2) 基数是基数是16,进位计数为逢进位计数为逢16进进1.n在计算机内在计算机内,数的表示形式是二进制数的表示形式是二进制.因为只有因为只有0和和1,采用晶采用晶体管的导通和截止体管的导通和截止,脉冲的高电平和低电平很容易表示脉冲的高电平和低电平很容易表示,二二进制运算简单进制运算简单,便于电子线路实现便于电子线路实现.1.1 计算机中的数制及数的转换计算机中的数制及数的转换n二进制的缺点二进制的缺点:阅读和书写困难阅读和书写困难.采用十六进制可以大大减采用十六进制可以大大减轻阅读和书写二进制数时的负担轻阅读和书写二进制数时的负担.n例如例如: 110
30、11011B=DBHn为了区分数制为了区分数制,数的后面要用大写字母写出数制的标志数的后面要用大写字母写出数制的标志,二二进制用进制用B,如如:00110011B.十六进制要用十六进制要用H,例如例如:00FFH.n1.1.2 计算机中数制间的转换计算机中数制间的转换n1. 二进制数和十进制数间的转换二进制数和十进制数间的转换n(1) 二进制数转换成十进制数二进制数转换成十进制数: 只要把欲转换的数按权展只要把欲转换的数按权展开后相加即可开后相加即可.n(2)十进制数转换成二进制数十进制数转换成二进制数nA 十进制整数转换成二进制整数十进制整数转换成二进制整数:”除除2取余取余,倒序排列法倒序
31、排列法”nB十进制小数转换成二进制小数十进制小数转换成二进制小数:”乘乘2取整取整,正序排列法正序排列法”1.1 计算机中的数制及数的转换计算机中的数制及数的转换n2. 十六进制数和十进制数间的转换十六进制数和十进制数间的转换n(1)十六进制数转换成十进制数十六进制数转换成十进制数: 把十六进制数按权展开后把十六进制数按权展开后相加相加. FFH=255n(2)十进制数转换成十六进制数十进制数转换成十六进制数nA 整数整数: “除除16取余法取余法”. 例如例如: 100=64HnB 小数小数: “乘乘16取整法取整法”. 例如例如: 0.761 718 75=0.C3Hn3. 二进制数和十六
32、进制数的转换二进制数和十六进制数的转换n(1) 二进制数转换成十六进制数二进制数转换成十六进制数 “四位合一位法四位合一位法”.例如例如: n 01011010B=5AHn(2)十六进制数转换成二进制数十六进制数转换成二进制数 “四位展开四位展开,连成一体连成一体”.n例如例如:BCH=10111100B1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法n在计算机中在计算机中,小数和整数都是以二进制形式表示的小数和整数都是以二进制形式表示的,但对小但对小数点数点,通常有定点和浮点两种表示方法通常有定点和浮点两种表示方法.n小数点采用定点表示法的称为小数点采用定点表示法的称为定点机定点机,采用浮点
33、表示法的采用浮点表示法的叫做叫做浮点机浮点机.n1.2.1 定点机中数的表示方法定点机中数的表示方法n在定点计算机中在定点计算机中,二进制数的小数点位置是固定不变的二进制数的小数点位置是固定不变的,小小数点可以固定在数值位之前数点可以固定在数值位之前,也可以约定在数值之后也可以约定在数值之后.前者前者称为定点小数计算机称为定点小数计算机,后者叫做定点整数计算机后者叫做定点整数计算机.n1. 定点整数表示法定点整数表示法n小数点位置被固定在数值位之后小数点位置被固定在数值位之后.n优点优点: 运算规则简单运算规则简单.缺点缺点:表示的数的范围小表示的数的范围小.1.2 计算机中数的表示方法计算机
34、中数的表示方法n2. 定点小数表示法定点小数表示法n小数点的位置被约定在数值位之前小数点的位置被约定在数值位之前.因此因此,这种计算机在实这种计算机在实际计算前应先把参加计算的二进制整数按适当比例替换成际计算前应先把参加计算的二进制整数按适当比例替换成纯小数纯小数,计算结束后再按同样的逆比例替换后输出计算结束后再按同样的逆比例替换后输出.n1.2.2 浮点机中数的表示方法浮点机中数的表示方法n小数点的位置是浮动的小数点的位置是浮动的,不固定的不固定的.n一个浮点数一个浮点数N由阶码和尾数两部分组成由阶码和尾数两部分组成.阶码部分包括阶符阶码部分包括阶符和阶码和阶码,尾数部分由数符和尾数组成尾数
35、部分由数符和尾数组成.n其中其中Pf为阶符为阶符,Pf=0表示为正表示为正,Pf=1表示为负表示为负;Sf为数为数符符,Sf=0表示为正数表示为正数,Sf=1表示为负数表示为负数.Pf 。 Sf 。1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法n浮点法的优点浮点法的优点:数的表示范围大数的表示范围大.缺点缺点:运算规则复杂运算规则复杂,通常通常要对阶码和尾数分别计算要对阶码和尾数分别计算.n1.2.3 二进制数的计算二进制数的计算n大部分计算机采用定点整数表示法大部分计算机采用定点整数表示法n1. 算术运算算术运算n(1)加法运算加法运算n(2)减法运算减法运算n(3)乘法运算乘法运算n(4
36、)除法运算除法运算n2. 逻辑运算逻辑运算n逻辑与逻辑与,逻辑或逻辑或,逻辑取反逻辑取反,逻辑异或等逻辑异或等.1.2 计算机中数的表示方法计算机中数的表示方法n逻辑与运算通常可用于从某数中取出某几位。逻辑与运算通常可用于从某数中取出某几位。n逻辑或运算通常可用于使某数中某几位变为逻辑或运算通常可用于使某数中某几位变为“1”。n逻辑异或运算通常可用于使某数中某几位取反。逻辑异或运算通常可用于使某数中某几位取反。1.3 计算机中数的表示形式计算机中数的表示形式n1.3.1 机器数的原码、反码和补码机器数的原码、反码和补码n机器数是指数的符号和值均采用二进制的表示形式机器数是指数的符号和值均采用二
37、进制的表示形式.n原码、反码和补码是机器数的三种基本形式原码、反码和补码是机器数的三种基本形式,它和机器数它和机器数的真值不同的真值不同.n1. 原码原码(true form)n定义定义:机器数的原码为最高位为符号位机器数的原码为最高位为符号位,其余位为数值位其余位为数值位,符符号位为号位为0表示该数为正数表示该数为正数,符号位为符号位为1表示它是负数表示它是负数.n例如例如:X=+1010B Y=-1010BnX原原=00001010B Y原原=10001010B n+0原原=00000000B -0原原=10000000B n原码在进行乘法和除法运算时特别方便原码在进行乘法和除法运算时特别
38、方便.1.3 计算机中数的表示形式计算机中数的表示形式n2. 反码反码(ones complement )n(1)正数的反码和原码相同正数的反码和原码相同.n(2)负数的反码的符号位和负数的原码相同负数的反码的符号位和负数的原码相同,数值位是它的数值位是它的数值位的按位求反数值位的按位求反.n例如例如: X=+1101101B Y=-0110110Bn X原原=01101101B Y原原=10110110Bn X反反=01101101B Y反反=11001001Bn3.补码补码(twos complement )n(1)正数的补码和原码相同正数的补码和原码相同.n(2)负数的补码是其原码求反加
39、负数的补码是其原码求反加1.n例如例如:X=+1010B Y=-01010BnX原原=00001010B Y原原=10001010BnX补补=00001010B Y补补=11110110B1.3 计算机中数的表示形式计算机中数的表示形式n4. 补码的符号扩展补码的符号扩展n补码数的符号扩展可以定义为一个补码数的符号扩展可以定义为一个n位补码数扩展为位补码数扩展为2n位位补码数补码数,只要把符号位向左扩展只要把符号位向左扩展n位位,其值不变其值不变.n1.3.2 补码的加减运算补码的加减运算n(1)补码的加法运算补码的加法运算 X+Y补补=X补补+Y补补 n n(2)补码的减法运算补码的减法运算
40、 X-Y补补=X补补+-Y补补 n两数之差的补码等于两数补码之和两数之差的补码等于两数补码之和.n上述运算表明上述运算表明:补码加法可以将减法运算化为加法来做补码加法可以将减法运算化为加法来做.1.4 计算机中数和字符的编码计算机中数和字符的编码n计算机只能识别二进制数计算机只能识别二进制数,因此键盘上所有数字因此键盘上所有数字,字母和符号字母和符号必须事先为它们进行编码必须事先为它们进行编码,以便于计算机对它们加以识别以便于计算机对它们加以识别,存存储和传送储和传送.n1.4.1 BCD码和码和ASCII码码nBCD码码(Binary Coded Decimal,二进制编码的十进制数二进制编
41、码的十进制数), ASCII码码(American Standard Code for Information Interchange , 美国信息交换标准码美国信息交换标准码)n1. BCD码码 8421码码, 2421码码, 余余3码码, 格雷码等格雷码等.n(1)8421码码 一种采用一种采用4位二进制数来代表十进制数码的代位二进制数来代表十进制数码的代码系统码系统.n0000B-0,0001B-1,0010B-2,0011B-3,0100B-4,n0101B-5,0110B-6,0111B-7,1000B-8,1001B-9,n00010000B-101.4 计算机中数和字符的编码计算
42、机中数和字符的编码n(2)BCD码的加法运算码的加法运算n计算机先按二进制数进行运算计算机先按二进制数进行运算,然后进行十进制调整然后进行十进制调整.n原则如下原则如下:若和的低若和的低4位大于位大于9或低或低4位高位高4位向发生了进位位向发生了进位,则低则低4位加位加6修正修正;若高若高4位大于位大于9或高或高4位的最高位发生了进位的最高位发生了进位位,则高则高4位加位加6修正修正.n例如例如: X=48, Y=69, 试分析试分析BCD的加法过程的加法过程.n(3)BCD减法减法: 变成补码的加法进行计算变成补码的加法进行计算.n例如例如: X=51, Y=28, 试分析试分析BCD的减法
43、过程的减法过程.n2. ASCII码码n诞生于诞生于1963年年,由由7位二进制编码构成位二进制编码构成,共共128个字符编码个字符编码,如书上附录如书上附录A.1.4 计算机中数和字符的编码计算机中数和字符的编码n1.4.2 汉字的编码汉字的编码n两类两类:汉字输入法编码汉字输入法编码, 汉字内部二进制编码汉字内部二进制编码.n输入编码输入编码:五笔字型编码五笔字型编码,汉语拼音编码等数百种汉语拼音编码等数百种.n计算机内部编码计算机内部编码: 电报码电报码,国标码国标码,区位码等区位码等.n1.4.3 检验码编码检验码编码n作用作用:用于信息的传递和交换用于信息的传递和交换.n欲发送的信息
44、应首先按照某种约定规律编码成检验码欲发送的信息应首先按照某种约定规律编码成检验码,使使有用的信息加载在检验码上进行传送有用的信息加载在检验码上进行传送;接收端对接收到的接收端对接收到的检验码按约定规律的逆规律进行解码和还原检验码按约定规律的逆规律进行解码和还原,并在解码过并在解码过程中去发现和纠正因传输过程中的干扰所引起的错误码位程中去发现和纠正因传输过程中的干扰所引起的错误码位.n1. 奇偶检验码编码奇偶检验码编码n又称奇偶校验又称奇偶校验,是一种只有一位冗余位的检验码编码方法是一种只有一位冗余位的检验码编码方法.n作用作用:常用于主存校验和信息传送常用于主存校验和信息传送.1.4 计算机中
45、数和字符的编码计算机中数和字符的编码n奇偶校验分为两种奇偶校验分为两种:奇校验和偶校验奇校验和偶校验.n奇校验奇校验:奇校验的约定编码规律要求编码后的奇校验的约定编码规律要求编码后的检验码中检验码中”1”的个数的个数(包括有效信息位和奇校验位包括有效信息位和奇校验位)保持为奇数保持为奇数.n偶校验偶校验:偶校验则要求编码后的偶校验则要求编码后的校验码中校验码中”1”的个数的个数(包括包括有效信息位和偶校验位有效信息位和偶校验位)保持为偶数保持为偶数.n例如例如:奇校验奇校验 奇校验位奇校验位 有效数位有效数位n A= 1 100 0001Bn B= 1 100 0010Bn C= 0 100
46、0011Bn接收端奇偶校验电路只要判断每个字节中是否有奇数接收端奇偶校验电路只要判断每个字节中是否有奇数个个”1” (包括奇偶校验位包括奇偶校验位)就可以知道信息在传送中是否出就可以知道信息在传送中是否出错错.n2. 海明码编码海明码编码(略略)1.5 单片微型计算机概述单片微型计算机概述n微型计算机技术出现之后，一直有两个截然不同的发展方向：微型计算机技术出现之后，一直有两个截然不同的发展方向：一个是高速、性能优异的高档微型机；另一个就是简单可靠、一个是高速、性能优异的高档微型机；另一个就是简单可靠、小巧便宜的单片机。小巧便宜的单片机。n单片机的全称是单片微型计算机（单片机的全称是单片微型计
47、算机（Single Chip Microcomputer ），又称），又称MCU（Microcontroller Unit），），是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微是将计算机的基本部分微型化，使之集成在一块芯片上的微机。机。n片内含有片内含有CPU、ROM、 RAM、并行、并行I/O接口、串行接口、串行I/O接口、接口、定时定时/计数器、计数器、A/D、D/A、中断控制、系统时钟及系统总线、中断控制、系统时钟及系统总线等。等。n为了适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种为了适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品。例如，衍生产品。例如，MCS-51单
48、片机是一个庞大的家族，有几单片机是一个庞大的家族，有几百种产品可供用户选择。百种产品可供用户选择。1.5 单片微型计算机概述单片微型计算机概述图图 单片机内部组成的功能框图单片机内部组成的功能框图1.5 单片微型计算机概述单片微型计算机概述n1.5.1 单片机的发展历史单片机的发展历史n第一款单片机第一款单片机F8，由美国的，由美国的 Fairchild（仙童）公司于（仙童）公司于1974年推出，随后年推出，随后Intel公司推出了影响面更大、应用更广的公司推出了影响面更大、应用更广的MCS-48单片机系列。以单片机系列。以8位单片机的推出为起点，发展过程位单片机的推出为起点，发展过程大致分为
49、以下几个阶段：大致分为以下几个阶段：n1、单片机探索阶段、单片机探索阶段n单片机探索阶段的任务是探索计算机的单片集成。单片机探索阶段的任务是探索计算机的单片集成。1974年的年的F8，1976年的年的MCS-48等等。等等。n2、单片机完善阶段、单片机完善阶段n1980年年Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列，它在以下几个方面完系列，它在以下几个方面完善了单片机体系结构。善了单片机体系结构。n(1) 完善的外部总线。完善的外部总线。MCS-51设置了经典的设置了经典的8位单片机的总位单片机的总线结构，包括线结构，包括8位数据总线，位数据总线，16位地址总线，控制总线及具位地址总线，控
50、制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。有多机通信功能的串行通信接口。1.5 单片微型计算机概述单片微型计算机概述n（2）CPU外围功能单元的集中管理模式。外围功能单元的集中管理模式。n（3）体现工业控制特性的位地址空间及位操作方式。）体现工业控制特性的位地址空间及位操作方式。n（4）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功）指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。能的指令。nMCS-51系列对单片机体系结构的完善，奠定了它在单片机领系列对单片机体系结构的完善，奠定了它在单片机领域的地位，形成了单片机标准结构。域的地位，形成了单片机标准结构。30多年来一直不衰。多年来
