《单片机原理与应用》胡辉电子教案

单片机原理与应用

胡辉主编

李叶紫胡力平副主编

中国水利水电出版社普通高等教育“十一五”国家级规划教材课程的性质和目的

单片机是微型计算机应用技术的一个重要分支，近年来在工业智能仪器仪表、光机电设备、自动检测、信息处理、家电等的得到广泛应用和迅速发展。第1章单片机系统基础知识

1.1单片机的数制表示法在人们的日常生活和数学计算中，我们经常采用的是十进制，但计算机只能“识别”二进制数。所以，二进制数及其编码是所有计算机的基本语言。其基本信息只有“0”和“1”，这是因为数字电路中的开关只有“通”和“断”两个状态。如果计算机要进行十进制或其它进制的计算，那么都要转换成二进制进行计算。1.1.1二进制、十进制与十六进制

1．二进制以2为基数的数制叫二进制，它只包括“0”和“1”两个符号二进制数以B作为标识符。

一个含有n位整数，m位小数的二进制数可表示为：

N=Xn－1×2n-1＋Xn－2×2n－2＋

…＋X0×20＋X－1×2-1＋X－2×2-2＋

…＋X－m×2-m

或：举例例如：二进制数101.101B等于十进制的5.625其各位数码代表的数值为：

1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

=5.6252．十进制

以10为基数的数制叫十进制，十进制用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等10个符号来表示。进位规则是“逢十进一”。十进制数以D作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十进制数可表示为：N=Xn－1×10n-1＋Xn－2×10n－2＋

…＋X0×100＋X－1×10-1＋X－2×10-2＋

…＋X－m×10-m

或：3．十六进制

以16为基数的数制叫十六进制，进位规则是“逢十六进一”。十六进制数以H作为标识符。一个含有n位整数，m位小数的十六进制数可表示为：

N=Xn－1×16n-1＋Xn－2×16n－2＋

…＋X0×160＋X－1×16-1＋X－2×16-2＋

…＋X－m×16-m

或：1.1.2数制的转换

1．二进制→十进制的转换例如：

1101.11B=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋1×2－1＋1×2－2=13.752．十六进制→十进制的转换例如：

3BH=3×161＋11×160=591A6CH=1×163＋10×162＋6×161＋12×160=67643．十进制→二进制的转换

把一个十进制整数依次除以2，并记下每次所得的余数（1或0），最后所得的余数的组合即为转换的十进制数。第一位余数为最低位（LSB），最后一个余数为最高位（MSB）。例如：

126=1111110B例如：213=11010101B

十进制数转换成二进制例如：0.318=010100010…B4．十六进制→二进制的转换

将每位十六进制数转换成相应的四位二进制数即可。5．二进制→十六进制的转换只需从二进制数的最低位算起，每四位一个数，到最高位不够四位填0，即可按位转换成十六进制数。

6．十进制→十六进制的转换十进制转换成十六进制与十进制转换成二进制方法一样，只是除数为16而不是2。而余数是0～F中的任一个数。例如：

9168=23D0H

1.1.3原码、反码与补码

在计算机中，为了运算的方便，数的最高位用来表示正、负数。最高位为“0”表示正数，最高位为“1”表示负数。为了区别原来的数与它在计算机中的表示形式，我们将已经数码化了的带符号数称为机器数。而把原来的数称为机器数的真值。

机器数有三种表示方法：原码、反码、补码。1．原码在符号位用0表示正数，在符号位用l表示负数，而数值位保持原样的数，这样的机器数称为原码。8位二进制原码表示的数的范围为：－127～＋127。

（1）正数

正数的原码与原来的数相同。

（2）负数

负数的原码为符号位置1，而数值位不变。

（3）0的原码表示

0的原码表示法有两种，即正0和负0。

[+0]原＝00000000

[-0]原＝10000000

2．反码8位二进制反码表示的数的范围为：－127～＋127（1）正数正数的反码与正数的原码相同。（2）负数负数的反码为数值位的值按位求反，符号位取“1”。(3）0的反码表示0在反码中也有两种表示法，正0和负0。[+0]反＝00000000[-0]反＝11111111

3．补码

8位二进制补码表示的数的范围为：－128～＋127。补码概念举例：（1）正数

正数的补码与正数的原码相同。（2）负数负数的补码由它的绝对值求反加1后得到。（3）0的补码表示0的补码表示只有一种，其表达式为：[+0]补=[-0]补＝00000000B补码的加法规则是：

[X＋Y]补=[X]补＋[Y]补

补码的减法规则是：

[X－Y]补=[X]补＋[-Y]补

补码运算举例1：求十进制数76－28的运算76的2进制是

0100110028的2进制是

00011100-28的补码是

11100100补码运算举例2：求十进制数36－52的运算总结：

对于正数：[x]原＝[x]反＝[x]补

对于负数：[x]反＝[x]原数值位取反，符号位不变。[x]补=[x]反＋1采取求补运算，可以将计算机中的减法运算转换成加法运算，从而节约了计算机的硬件成本。

1.1.4计算机中常用的编码1．BCD（8421）码

采用二进制数对每一位十进制数字编码，这种编码方式称为BCD码（BinarycodedDecimalCode）。表1-2十进制与二进制的对照

（2）BCD码的换算

（3）BCD码加法：“逢十进一”，若各位的和均在0～9之间，则其加法运算规则完全同二进制数加法的规则一样；若相加后的低4位（或高4位）二进制数大于9，或大于15（即低4位或高4位的最高位有进位），则应对低4位（或高4位）加6修正。

例如：BCD码X=59，Y=78，求X+YX=01011001，Y=01111000（4）BCD码减法

BCD码进行减法时，也会出现需要修正的现象，BCD码减法修正的条件和方法是：低4位向高4位借位，或低4位出现非法码，低4位减6修正；高4位出现非法码，或高4位向更高的借位，高4位减6修正。例如：BCD码X=55，Y=38，求X-Y

X=01010101，Y=00111000

2．ASCⅡ码ASCⅡ编码表（AmericanstandardCodeforinformationinterchange美国信息交换标准代码）

ASCⅡ码用7位二进制数表示，可表达128个字符，其中包括数码0～9，英文大小写字母，标点符号和控制字符。7位ASCⅡ码分成二组：高3位一组，低4位一组，分别表示这些符号的列序和行序，

ASCⅡ码的分组如图1-3所示。

1.1.5二进制的运算

1．二进制加法2．二进制减法

常用的与门电路有2输入与门、3输入与门、4输入与门。常用的TTL电路的与门芯片有74LS08（四2输入正与门）、74LS09（四2输入正与门）、74LS11（三3输入正与门）、74LS21（二4输入正与门）等。1.2单片机常用逻辑电路简介

1.2.1基本门电路1．与门电路

电路符号：

或门电路的形式也有许多种，常用的或门电路有2输入或门。TTL电路的或门芯片有74LS32（四2输入正或门）。1.2单片机常用逻辑电路简介

1.2.1基本门电路2．或门电路电路符号：

TTL电路的非门芯片有74LS04（六反相器）、74LS05（集电极开路型六反相器）。

1.2单片机常用逻辑电路简介

1.3.1基本门电路3．非门电路

电路符号：

常用的TTL电路的与非门芯片有74LS00（四2输入正与非门）、74LS10（三3输入正与非门）、74LS20（二4输入正与非门）、74LS30（8输入正与非门）、74LS01/03（集电极开路型四2输入正与非门）。或非门芯片有74LS02（四2输入正或非门）、74LS27（三3输入正或非门）、74LS25（带选通端二4输入正或非门）。

4．与非门和或非门电路

电路符号：RS触发器的工作状态1.2.2触发器1．基本RS触发器电路图

D触发器真值表

2．D触发器

内部结构JK触发器真值表

3．JK触发器内部结构常用的TTL电路JK触发器有74LS70（带预置和清除端的正边沿触发器）、74LS72（带预置和清除端的JK主从触发器）、74LS73（带清除端的双JK触发器）、74LS76（带预置和清除端的双JK触发器）

2．移位寄存器

1.2.3寄存器

1．简单的寄存器常用的这类寄存器有74LS75、74LS175、CC4076等。常用的这类移位寄存器有74LS194、74LS195、74LS164、74LS165、74LS166等。

1.2.4计数器1．同步计数器

4位同步二进制计数器有74161，用T´触发器构成的同步十六进制加法计数器有CC4520，单时钟同步十六进制加/减计数