单片微型计算机原理及接口技术(杨光友版)课件ch

第一章 单片微型计算机概述1-1 单片机发展概况1-4 计算机中的数和编码

1-3 单片机的特点

1-2 微计算机系统概念

单片机单片机的最初译法是SingleChipMicrocomputer，但只是准确的译法，但最能反映设计思想的是Microcontroller，因为新一代的89C51，89C51RD等等，在单片机加入了各种控制功能，A/D，D/A，PWM，锁相环，DMA，浮点运算单元和WDT等。内置内存，程序存储器均达到64K，达到了设计极限，极大地方便了其应用。1971年Intel推出4位微处理器40041976-1978初级8位单片机IntelMCS-48系列1978-1982高档8位单片机IntelMCS-51系列：-51：子系列-52：子系列1-1单片机发展概况1983-199016位单片机IntelMCS-96系列：8098/8096、80C198/80C1961990-~

32位单片机80960ARM系列8031/8051/87518032/8052/8752现代单片机的特点现代单片机的特点：32位地址总线和数据总线，有能力运行完全的32位操作系统高档8位单片机的出现：A/D，D/A，PWM，锁相环，DMA，浮点运算单元等1-2微计算机系统概念CPU（ALUREGCC）时钟复位外部设备ROMRAM定时器/计数器中断系统I/O口(DB)(AB)(CB)

微计算机系统

输入/输出外围设备（显示器、键盘、磁盘、磁带、打印机等）

微计算机（μC）微处理器（μP）算术逻辑部件（ALU）（单片、单板）

寄存器

控制电路

系统软件

系统总线地址总线

存储器输入/输出电路

数据总线

控制总线电源ROM、PROM

RAM

串行输入/输出接口并行输入/输出接口微计算机系统1-3单片机的特点

（1）体积小、重量轻、功耗低、功能强、性价比高。（2）数据大都在单片机内部传送，运行速度快，抗干扰能力强，可靠性高。（3）结构灵活，易于组成各种微机应用系统。（4）应用广泛。既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。

由于单片机采用大规模集成电路和超大规模集成电路，在一块芯片上集成了一台微型计算机。因此，除具有一般计算机快速性、准确性、逻辑功能强等特性外，还具有其自身特点：应用领域，单机应用智能产品，如现代电视，空调智能仪表，电子式万用表测控系统，自动线的控制数控系统，数控机床智能接口，如打印机，绘图仪等数据处理，如数字滤波，线性化，误差修正等。应用领域，多机应用功能弥散系统，如数控加工中心，主机负责协调并行多机控制，多点采集，避免同一性误差局部网络系统，如目前用得广泛的家用宽带路由器，串口/TCPIP协议转换器等。单片机系统的设计硬件设计和软件设计系统扩展，通道和接口设计系统抗干扰设计应用软件设计，汇编/C，C为目前的主流微机应用实例单片机概述图1.9本书结构1.发展历程2.微机系统3.特点计算机所认识的数----二进制数物理组成----硬件结构基础知识微机是什么东东？感性认识，微机如何工作，内存做什么用？单片机指令系统微机能做什么，怎么控制微机汇编程序设计微机指令流----系统功能实现定时/计数，中断特殊而且实用功能？系统的扩展：内存，程序存储，I/O扩展内存不够，怎么办？串行通讯微机联系，网络通讯，微机集控D/A,A/D数据采集，数据监控，控制功能实现综合1-4计算机中的数和编码

介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法。1-4-1 计数制一.

十进制ND有十个数码0～9、逢十进一。十进制用于计算机输入输出，人机交互。二.

二进制NB两个数码:0、1,逢二进一。二进制为机器中的数据形式。三.

十六进制NH十六个数码:0～9,A～F,逢十六进一。十六进制用于表示二进制数。不同进位制数以下标或后缀区别,十进制数可不带下标。如:101、101D、101B、101H、101H1-4-2二进制数（用B表示）二进制数的计数特征为：逢二进一，运算简单。

1101被加数＋1001

加数10110和加法：进位规则为逢二进一，如

减法：借位规则为借一当二，如1001被减数－0110

减数0011差

乘法：规则为：0×0=0，1×0=0，1×1=11011被乘数×101

乘数1011

00001011

110111积

除法：除法是乘法的逆运算。101100011…被除数101111101

000111…商除数

…101101

01-4-3十六进制数（用H表示）

为了书写和阅读方便，经常采用的是十六进制数作为二进制的缩写形式。十进制数、二进制数、十六进制数的对照表如表1-1:00000010001120010230011

3

4

0100450101560110670111

781000891001

9101010

A111011

B121100

C131101

D141110

E十进制二进制十六进制151111F1-4-4不同进制数之间的转换

1. 二进制转换为十进制

二进制转换为十进制的基本方法是将二进制数按权展开式，利用十进制数的运算法则求和，即可得到等值的十进制数。例1.1将二进制数1101.01转化为十进制数。解：（1101.01）2=1×23＋1×22＋0×21＋1×20＋0×2-1＋1×2-2

=(13.25)10上述方法适用于其他进制数到十进制的转换。

例1.2将八进制数156和十六进制数64转化为十进制数。解：（1）（156）8=1×82＋5×81＋6×80

=64＋40＋6 =（110）10（2）（64）16=6×161＋4×160=96＋4=（100）10

2.十进制到二进制的转换

（1）十进制整数转换为二进制整数.9

其转换方法为除2取余数。即把十进制数依次除以2并记下每次所得的余数（0或1），直到商等于0为止，所得余数依次记为K0、K1、…Kn-1。则转换后的二进制数为Kn-1…K1K0。例1.3将十进制数25转换为二进制数。解：225…余1（K0）.212…余0（K1）.26…余0（K2）.23…余1（K3）.21…余1（K4）.

0.

1-4-5数制书写约定在书写计算机程序时，一般不用基数作为下标来区分各种进制，而是用相应的英文字母作后缀来表示各种进制的数。例如：B（Binary）------表示二进制数。D（Decimal）------表示十进制数，一般D可省略，即无后缀的数字为十进制数。H（Hexadecimal）------表示十六进制数。

（2）十进制小数转换为二进制小数

其转换方法为乘2取整数。即依次用2去乘要转换的十进制小数，记录每次所得溢出数（即整数部分，0或1），记作K-1、K-2，…。若乘积的小数部分最后为0，那么最后一次乘积的溢出数记作K-m；若乘积的小数部分最后不为0，则只要换算到所需精度为止。将起始溢出位写在二进制小数点后的第一位（即小数部分的最高位），依次写到最低位。小数部分从最高位到最低位的顺序与产生溢出的顺序相同。例1.4.4将十进制数0.3125转换为相应的二进制数.解：0.3125×2=0.625=0.625 溢出0←MSB0.6250×2=1.250=0.250 10.2500×2=0.500=0.500 00.5000×2=1.000=0 1←LSB即：0.3125=0.0101B。

3.二进制、十六进制之间的相互转换十六进制数的每一位都与四位二进制数相对应。将二进制数转换为十六进制数，从低位开始，每四位一组，然后将其转换为对应的十六进制数。如在最后一组不足四位，需在左边补0。用同样方法可将二进制小数转换为十六进制小数。只是分组应从小数点右边开始分成四位一组。十六进制数转换为二进制数，将每位十六进制数直接转换成相应的二进制数。例1.6将二进制数10101101101转换为十六进制数。解：将二进制数10101101101B改写为：010101101101所以：10101101101B=56DH例1.7将十六进制数8E转换为二进制数。解：将十六进制数8E改写为：10001110所以：8EH=10001110B1-4-6计算机中数的表示

计算机进行运算时，还有带符号的正数和负数的运算。为了区分正数和负数，将“＋”、“－”符号数字化，通常用二进制数的最高位表示数的符号：用“0”表示“＋”号，用“1”表示“－”。把一个数及其符号在机器中的表示加以数字化，这样的数称为机器数，而把机器数所代表的数的实际值称为机器数的真值。例如，真值x1=＋1000111,x2=－1000111。机器数x1=01000111，x2=11000111

（1）原码在符号位中用0表示正、用1表示负的二进制数，称为原码。例如，x1=＋1110111B [x1]原=01110111Bx2=－1110111B [x2]原=11110111B数0可以认为它是＋0，也可是－0。因此，0在原码表示中有以下两种形式： [＋0]原=00000000B,[－0]原=10000000B1.原码、反码和补码

（2）反码

反码是有符号数在计算机中的另一表示方法。其定义是：正数：反码=原码；负数：反码=原码的符号位不变而数值按位取反。所谓按位取反，即将各位的1变成0，0变成1。例如，x1=＋13, [x1]反=[＋13]原=0001101B。又如，x2=－13，[x2]原=[－13]原=10001101B，[x2]反=[－13]反=11110010B在反码表示中，“0”也不是唯一的。

（3）补码计算机中用补码来表示带符号的数。其定义是：正数：补码=原码；负数：补码=反码＋1。例如，x1=＋1101101B, [x1]补=[＋13]原=01101101B。又如，x2=－1101101B，[x2]反=10010010B，[x2]补=10010011B。在补码表示中，“0”是唯一的。即[±0]补=00000000B。例1.4.835－24=11.解：用减法：00100011←35

－00011000←2400001011←11用加法：00100011←35

＋11101000←[-24]补

100001011←11↑自然丢失数的小数点表示方法

（1）定点表示法

定点表示法中小数点的位置是固定的。纯整数表示方法数符尾数·

纯小数表示方法数符·尾数例如，定点纯整数N=01101011B，即N=1101011B。又如，定点纯小数N=01101011B，即N=0.1101011B。浮点表示法中小数点的位置是不固定的。任意二进制数N一般可表示为：

N=2P×S阶符阶码数符尾数一个浮点数分为阶码和尾数:（2）浮点表示法在微计算机中常用的浮点数表示有四字节和三字节两种表示方法。

D7D6……D0第一字节第二字节第三字节第四字节阶符Pf阶码

数符Sf尾数高字节尾数中字节尾数低字节(1)四字节浮点数格式:

(2）三字节浮点数格式

D7D6D5……D0第一字节第二字节第三字节数符Sf阶符Pf阶码

尾数高字节尾数低字节字母和符号的编码

ASCII码是一种八位代码，最高位一般用于奇偶校验，其余七位二进制码对128个字符进行编码。如表1-3所示。

1-4-7计算机常用编码

二—