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1、单片机原理及嵌入式系统设计 PrinciplesofMicrocontrollerandembeddedsystemdesign 讲授：张虎第1章 基础知识1 1.2.2 单片机简介单片机简介1 1.3.3 数制及其转换数制及其转换1 1.1.1单片机与嵌入式系统概述单片机与嵌入式系统概述1.11.1单片机与嵌入式系统概单片机与嵌入式系统概述述1.1.11.1.1单片机的含片机的含义单片机是片机是单片微型片微型计算机的算机的简称，早期的称，早期的英文名是英文名是Single-chip Microcomputer.Single-chip Microcomputer.单片机在控制片机在控制领域大域
2、大显身手，身手，单片机可以片机可以装到各种智能化装到各种智能化产品中，所以又称品中，所以又称为嵌嵌入式微控制器（入式微控制器（Embedded Embedded MicrocontrollerMicrocontroller）MCUMCU的基本含的基本含义是：是：在一在一块芯片上集成了中央芯片上集成了中央处理理单元元(CPU),(CPU),存存储器（器（RAM/ROMRAM/ROM等）、定等）、定时器器计数器及多种数器及多种输入入输出出（I/0I/0）接口的比）接口的比较完整的数字完整的数字处理理系系统。三总线三总线总线有三种有三种: 数据数据总线DB（Data Bus）, 地址地址总线 AB（
3、Address Bus）和控制）和控制总线 CB(Control Bus）计算机技算机技术在两个重要在两个重要领域域通用通用计算机算机领域和嵌入式域和嵌入式(Embedded)(Embedded)计算机算机领域域都都获得的极其重要的得的极其重要的进展展. .单片机只是一片机只是一块芯片芯片. .但包含了但包含了计算机的基本算机的基本组成成单元，仍由元，仍由运算器、控制器、存运算器、控制器、存储器、器、输入入设备、输出出设备五部分五部分组成，只不成，只不过这些都些都集成在一集成在一块芯片上，芯片上，这种种结构使得构使得单片机成片机成为具有独特功能的具有独特功能的计算机。算机。单片机以其片机以其较
4、高的性能价格比、灵活性等高的性能价格比、灵活性等特点，在嵌入式微控制系特点，在嵌入式微控制系统中具有十分中具有十分重要的地位。重要的地位。1.1.21.1.2嵌入式系统的含义嵌入式系统的含义(1)嵌入式系嵌入式系统的由来的由来 世界上最早的嵌入式系世界上最早的嵌入式系统(Embedded System)被被认为是是20世世纪60年代中后年代中后期由麻省理工学院期由麻省理工学院仪器器实验室的室的Charles Stark Draper领导的研的研发团队为美国阿波美国阿波罗登月登月舱所所设计的的专用用计算机系算机系统AGC（Apollo Guidance Computer），），该计算机被算机被镶
5、嵌在嵌在飞船船驾驶舱控制面板的中央，主要控制面板的中央，主要负责飞船船的的导航航目前广泛目前广泛认可的一种关于嵌入式系可的一种关于嵌入式系统的的定定义是：是：嵌入式系嵌入式系统是嵌入到是嵌入到应用用对象象体系中的体系中的专用用计算机系算机系统。简称嵌入式称嵌入式系系统(Embedded System)。“嵌入性嵌入性”、“专用性用性”及及“软硬件硬件紧密密结合的合的计算机系算机系统”是嵌入式系是嵌入式系统的三个基本要素。的三个基本要素。(2)嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点特点是由其特点是由其应用特征、用特征、处理器特征及理器特征及软件件特征共同反映出来的。特征共同反映出来的。1)嵌入式系嵌入
6、式系统的的应用特征用特征嵌入式系嵌入式系统是是针对各种具体各种具体应用而开用而开发的的软硬件硬件紧密密结合的合的计算机算机应用系用系统系系统的的应用特征：用特征：功能功能强、可靠性高、体、可靠性高、体积小、功耗低、成本低小、功耗低、成本低2) 2) 嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式处处理器的特征理器的特征理器的特征理器的特征嵌入式嵌入式嵌入式嵌入式处处理器的特征是：集理器的特征是：集理器的特征是：集理器的特征是：集CPUCPU及众多外及众多外及众多外及众多外设设接口接口接口接口电电路于一身，且可靠性高、体路于一身，且可靠性高、体路于一身，且可靠性高、体路于一身，且可靠性高、体积积小、功耗低、价小、功耗
7、低、价小、功耗低、价小、功耗低、价格低。格低。格低。格低。3) 3) 嵌入式系嵌入式系嵌入式系嵌入式系统统的的的的软软件特征件特征件特征件特征软软件只件只件只件只针对针对某种具体的硬件平台和具体的某种具体的硬件平台和具体的某种具体的硬件平台和具体的某种具体的硬件平台和具体的应应用用用用要求开要求开要求开要求开发发，不具有通用性；，不具有通用性；，不具有通用性；，不具有通用性；由于没有由于没有由于没有由于没有标标准准准准统统一的硬件平台，就不存在一的硬件平台，就不存在一的硬件平台，就不存在一的硬件平台，就不存在诸诸如如如如BIOSBIOS这类这类通用可共享的底通用可共享的底通用可共享的底通用可共
8、享的底层软层软件；件；件；件；软软件代件代件代件代码码量要尽可能小，代量要尽可能小，代量要尽可能小，代量要尽可能小，代码质码质量要求高，通量要求高，通量要求高，通量要求高，通常用高效的常用高效的常用高效的常用高效的C, C+C, C+语语言或言或言或言或汇编汇编开开开开发发；操作系操作系操作系操作系统统必必必必须须可以可以可以可以视视具体具体具体具体应应用的要求用的要求用的要求用的要求进进行取舍行取舍行取舍行取舍（配置、剪裁），且多数采用静（配置、剪裁），且多数采用静（配置、剪裁），且多数采用静（配置、剪裁），且多数采用静态编译态编译；操作系操作系操作系操作系统统与与与与应应用程序用程序用程序
9、用程序联联系系系系紧紧密，密，密，密，软软件与硬件的件与硬件的件与硬件的件与硬件的联联系系系系紧紧密，往往需要密，往往需要密，往往需要密，往往需要进进行捆行捆行捆行捆绑绑式开式开式开式开发发没有磁没有磁没有磁没有磁盘盘存存存存储储器，通常将所有器，通常将所有器，通常将所有器，通常将所有软软件都固化于件都固化于件都固化于件都固化于ROMROM中；中；中；中；大多数嵌入式系大多数嵌入式系大多数嵌入式系大多数嵌入式系统统具有一定的具有一定的具有一定的具有一定的实时实时性要求。性要求。性要求。性要求。从从总体上体上说，通用，通用计算机系算机系统主要用于数主要用于数值计算、信息算、信息处理，兼理，兼顾控
10、制功能，而控制功能，而嵌入式嵌入式计算机系算机系统主要用于主要用于控制控制领域域，兼兼顾数据数据处理。理。(一般人不察一般人不察觉是是计算算机机)在一个在一个综合系合系统中，会出中，会出现通用通用计算机系算机系统与嵌入式与嵌入式计算机系算机系统的的结合，各自扮合，各自扮演不同的角色，共同完成系演不同的角色，共同完成系统任任务. 1.1.3应用实例应用实例手机、手机、MP3/MP4,数数码相机、数字相机、数字电视、机机顶盒、盒、DVD,复印机、复印机、传真机、商真机、商场POS机、机、银行行ATM机、公交刷卡机等机、公交刷卡机等1.1.41.1.4嵌入式处理器嵌入式处理器 (1)嵌入式微嵌入式微
11、处理器及微控制器理器及微控制器 嵌入式嵌入式处理器目前主要有理器目前主要有X86系列（主系列（主要有要有Intel, AMD及台湾威盛生及台湾威盛生产的的产品），品），Motorola的的Power PC, MC68系列、系列、MIPS的的MIPS系列、系列、Zilog的的Z8000系列，以及目前市系列，以及目前市场占有率最高占有率最高的以的以ARM(AdvancedRISCMachines)处理器内核衍生出的各种理器内核衍生出的各种ARM系列。系列。 (2）单片机片机单片机（片机（Single-Chip Computer）或微控）或微控制器制器实际上指的是同一上指的是同一类处理器，理器，这类
12、处理器集理器集CPU及多种外及多种外设接口接口电路于一身。路于一身。有的公司将其称有的公司将其称为单片机，有的片机，有的则称其称其为微控制器微控制器 单片机目前片机目前应用最广泛的是用最广泛的是8位的位的Intel MCS-51系列以及其他公司利用系列以及其他公司利用MCS-51核核心开心开发出的其他衍生出的其他衍生产品群，如品群，如飞利浦的利浦的80C51系列、系列、Atmel的的At89系列等。另外系列等。另外几个几个应用用较多的多的单片机系列是美国片机系列是美国TI公司公司的的MSP430系列、美国系列、美国Atmel公司的公司的AVR系列、系列、飞思卡思卡尔(Motorola)公司的公
13、司的MC68系列、美国系列、美国Microchip公司的公司的PIC系列、美系列、美国国家半国国家半导体公司的体公司的COP系列等。系列等。 (3)数字信号数字信号处理器理器 数字信号数字信号处理器（理器（Digital Signal Processor, DSP）是一种）是一种专用于用于进行数字行数字信号信号处理的理的处理器，理器，这类处理器内部集成理器内部集成了了专门针对数字数字滤波、波、FFT,谱分析等常用分析等常用数字信号数字信号处理算法理算法进行行处理的硬件加速器，理的硬件加速器，所以所以对这些些应用用场合会比常合会比常规微微处理器效理器效率高得多率高得多国内市国内市场常常见的的DS
14、P处理器有美国得克理器有美国得克萨斯斯仪器公司器公司TI的的TMS320C系列，如系列，如TMS320C2X/C2XX，TI公司也成为世界上最大的DSP芯片供应商，其DSP市场份额占全世界份额近50%。 美国美国ADI公司的公司的SHARC,Blackfin系列，以系列，以及及Motorola的的DSP56系列等系列等( 4）可）可编程片上系程片上系统SOPC（System On Programmable Chip） 可可编程片上系程片上系统（System On Programmable Chip, SOPC）是嵌入式）是嵌入式系系统硬件硬件设计的最高的最高应用形式。用形式。System-on
15、-a-Programmable-Chip，即可，即可编程程片片上系上系统。 用可用可编程程逻辑技技术把整个系把整个系统放到一放到一块硅硅片上，称作片上，称作SOPC。可可编程片上系程片上系统（SOPC）是一种特殊的）是一种特殊的嵌嵌入式系入式系统：首先它是片上系：首先它是片上系统（SOC），），即由即由单个个芯片芯片完成整个系完成整个系统的主要的主要逻辑功功能；其次，它是可能；其次，它是可编程系程系统，具有灵活的，具有灵活的设计方式，可裁减、可方式，可裁减、可扩充、可升充、可升级，并，并具具备软硬件在系硬件在系统可可编程的功能。程的功能。目前的主要目前的主要应用形式是含用形式是含CPU软核的核
16、的FPGA,如美国如美国Altera公司的公司的Cyclone, Stratix系列以及美国系列以及美国Xilinx公司的公司的Spartan; Virtex系列等。系列等。1.2单片机简介1.2.1 1.2.1 单单片机片机片机片机单单片机：将微片机：将微片机：将微片机：将微处处理器理器理器理器(CPU)(CPU)、存、存、存、存储储器、器、器、器、I/OI/O接口接口接口接口电电路和相路和相路和相路和相应实时应实时控制器件集成在一控制器件集成在一控制器件集成在一控制器件集成在一块块芯片上，称其芯片上，称其芯片上，称其芯片上，称其为单为单片微型片微型片微型片微型计计算机，算机，算机，算机，简
17、简称称称称单单片机。片机。片机。片机。 单单片机开片机开片机开片机开发发系系系系统统有有有有单单片片片片单单板机和仿真器。板机和仿真器。板机和仿真器。板机和仿真器。实现单实现单片机片机片机片机 应应用系用系用系用系统统的硬、的硬、的硬、的硬、软软件开件开件开件开发发。 单单片机片机片机片机为为工工工工业测业测控而控而控而控而设计设计，又称微控制器，又称微控制器，又称微控制器，又称微控制器。具有三高具有三高具有三高具有三高优势优势( (集集集集成度高、可靠性高、性价比高成度高、可靠性高、性价比高成度高、可靠性高、性价比高成度高、可靠性高、性价比高) )。 主要主要主要主要应应用于工用于工用于工用
18、于工业检测业检测与控制、与控制、与控制、与控制、计计算机外算机外算机外算机外设设、智能、智能、智能、智能仪仪器器器器仪仪表、通表、通表、通表、通讯设备讯设备、家用、家用、家用、家用电电器等。器等。器等。器等。 特特特特别别适合于嵌入式微型机适合于嵌入式微型机适合于嵌入式微型机适合于嵌入式微型机应应用系用系用系用系统统。1. 2.2单片机的主要片机的主要应用用领域域(1)工工业方面方面实时控制、物理量的控制、物理量的检测与与处理、工理、工业机器人、机器人、数控机床、数控机床、过程控制、教学控制、智能程控制、教学控制、智能传感器、感器、数据数据传送、分布式控制等。送、分布式控制等。(2)仪器器仪表
19、方面表方面 智能智能仪器器仪表、医表、医疗器械、色器械、色谱仪、示波器智、示波器智能能测厚厚仪等。等。(3)(3)民用方面民用方面民用方面民用方面 电电子玩具、子玩具、子玩具、子玩具、电电子字典、子字典、子字典、子字典、记记事薄、高事薄、高事薄、高事薄、高级电级电子游子游子游子游戏戏机、机、机、机、录录像机、像机、像机、像机、电电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照相机、空相机、空相机、空相机、空调调机、机、机、机、电风电风扇、防盗控制、彩扇、防盗控制、彩扇、防盗控制、彩扇、防盗控制、彩电电、音响、音响
20、、音响、音响等。等。等。等。(4)(4)电讯电讯方面方面方面方面手机、手机、手机、手机、调调制解制解制解制解调调器、智能器、智能器、智能器、智能线线路运行控制、程控路运行控制、程控路运行控制、程控路运行控制、程控电话电话交交交交换换机等。机等。机等。机等。 (5)(5)导导航控制方面航控制方面航控制方面航控制方面鱼鱼雷制雷制雷制雷制导导控制、智能武器装置、控制、智能武器装置、控制、智能武器装置、控制、智能武器装置、导弹导弹控制、航天控制、航天控制、航天控制、航天导导航系航系航系航系统统、电电子干子干子干子干扰扰系系系系统统等。等。等。等。(6)(6)数据数据数据数据处处理方面理方面理方面理方面
21、 图图形形形形终终端、复印机、硬端、复印机、硬端、复印机、硬端、复印机、硬盘驱动盘驱动器、磁器、磁器、磁器、磁带带机、打印机、机、打印机、机、打印机、机、打印机、打字机等。打字机等。打字机等。打字机等。(7)(7)汽汽汽汽车车方面方面方面方面 点火控制、点火控制、点火控制、点火控制、变变速控制、防滑刹速控制、防滑刹速控制、防滑刹速控制、防滑刹车车、排气控制、排气控制、排气控制、排气控制、节节能能能能控制、保安控制、冷气控制、汽控制、保安控制、冷气控制、汽控制、保安控制、冷气控制、汽控制、保安控制、冷气控制、汽车报车报警控制、警控制、警控制、警控制、测测试设备试设备等。等。等。等。1.2.3单片
22、机发展概况单片机发展概况第一代 20世纪70年代：1975年 4位单片机 TMS-1000第二代1974-1977 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列第三代20世纪80年代：高档8位单片机 Intel MCS-51系列：-51-51子系列：子系列：8031/8051/87518031/8051/8751-52-52子系列：子系列：8032/8052/87528032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051第四代20世纪90年代:高档单片机, DSP32位单片机 ARM第五代微处理器19931993年，年，年，年，IntelIntel公
23、司推出了第五代微公司推出了第五代微公司推出了第五代微公司推出了第五代微处处理器理器理器理器PentiumPentium（中文（中文（中文（中文译译名名名名为为奔奔奔奔腾腾）。）。）。）。PentiumPentium微微微微处处理理理理器的推出使微器的推出使微器的推出使微器的推出使微处处理器的技理器的技理器的技理器的技术发术发展到了一个展到了一个展到了一个展到了一个崭崭新的新的新的新的阶阶段，段，段，段，标标志着微志着微志着微志着微处处理器完成从理器完成从理器完成从理器完成从CISCCISC向向向向RISC RISC 时时代代代代的的的的过过渡，也渡，也渡，也渡，也标标志着微志着微志着微志着微处
24、处理器向工作站和超理器向工作站和超理器向工作站和超理器向工作站和超级级小型小型小型小型机冲机冲机冲机冲击击的开始。的开始。的开始。的开始。 亚亚微米微米微米微米CMOSCMOS工工工工艺艺，它具有，它具有，它具有，它具有6464位的位的位的位的数据数据数据数据总线总线和和和和3232位的位的位的位的地址地址地址地址总线总线，CPUCPU内部采用内部采用内部采用内部采用超超超超标标量流水量流水量流水量流水线线设计设计，PentiumPentium芯片内采用双芯片内采用双芯片内采用双芯片内采用双CacheCache结结构构构构（指令指令指令指令CacheCache和数据和数据和数据和数据Cache
25、Cache），每个），每个），每个），每个CacheCache容量容量容量容量为为8KB8KB，数据，数据，数据，数据宽宽度度度度为为3232位，数据位，数据位，数据位，数据CacheCache采用采用采用采用回写回写回写回写技技技技术术，大大大大大大大大节节省了省了省了省了处处理理理理时间时间。 第六代微处理器第六代微处理器1996年年Intel公司将其第六代微公司将其第六代微处理器理器正式命名正式命名为Pentium Pro（奔（奔腾）。）。该处理器的集成理器的集成电路路采用了采用了0.35的工的工艺，时钟频率率为200MHz，在，在处理方面，理方面，Pentium Pro引入了新的引入了
26、新的指令指令执行方式，其内部核心行方式，其内部核心是是PISC处理器，理器，运算速度运算速度达达200MIPs。Pentium Pro允允许在一个系在一个系统里安装里安装4个个处理器，因此，理器，因此，Pentium Pro最合适的位置最合适的位置是作是作为高性能服高性能服务器和工作器和工作 站站 第七代微处理器第七代微处理器2000年年11月，月，Intel也推出了他的第也推出了他的第七代微七代微处理器：理器：奔奔腾4（Pentium 4，或，或简称奔称奔4或或P4），），这一新的架构称做一新的架构称做NetBurst。Pentium 4有着非常快速到有着非常快速到400MHz的的前端前端总
27、线，之后更有提升到，之后更有提升到533MHz、800MHz。它其。它其实是一个是一个为100MHz的四条并列的四条并列总线(100Mhz x4 并并列列)，因此理，因此理论上它可以上它可以传送比一般送比一般总线多多四倍的容量，所以号称有四倍的容量，所以号称有400MHz的速度。的速度。 总的发展过程：从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 1. 微型计算机组成结构微型计算机系统硬件微型计算机（主机）微处理器微处理器 (CPU)软件外围设备运算器控制器存储器存储器 (内存)RAMROM外部设备辅助设备 输入设备(键盘、扫描仪、语音识别仪) 输出设备(显示器、打印机、绘图仪、) 辅助
28、存储器(磁带、磁盘、光盘)输入输入/ /输出接口输出接口(PIO、SIO、CTC、ADC、DAC) (I/O接口接口) 总线 (AB、DB、CB)系统软件(操作系统，编辑、编译程序，故障诊断,监控程序)应用软件(科学计算，工业控制，数据处理)程序设计语言(机器语言、汇编语言、高级语言)电源电路时钟电路1.2.4计算机知识计算机知识2.计算机主要技术指标字字长： CPUCPU并行并行处理二理二进制的数据位数制的数据位数 8 8位机、位机、1616位机、位机、3232位机和位机和6464位机。位机。内存容量内存容量：内存存内存存储单元数元数 容量容量单位：位：1 1K=2K=21010=1024=
29、1024，1M=21M=22020=1KK=1KK 8K8K、64K64K、1616M M、64M64M。运算速度运算速度：CPUCPU处理速度理速度时钟频率、主率、主频、每秒运算次数、每秒运算次数 6 6MHzMHz、12MHz12MHz、2424MHzMHz、100MHz100MHz、300MHz300MHz。内存存取周期内存存取周期：内存内存读写速度写速度 5050nS nS 、70nS 70nS 、200200nS nS 。1.2 .5 典型典型单片机片机产品品简介介1、Intel公司单片机 MCS-51单片机系列 MCS-51可分为两个子系列和4种类型，如表1-1所示。按资源的配置数
30、量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列属于增强型。表1-1 MCS-51系列单片机分类 资资资资 源源源源 配配配配 置置置置 子子子子 系系系系 列列列列片内片内片内片内ROMROM的形式的形式的形式的形式片内片内片内片内ROMROM容量容量容量容量片内片内片内片内RAMRAM容量容量容量容量定时器定时器定时器定时器与与与与计数器计数器计数器计数器中中中中断断断断源源源源无无无无ROMROMEPROMEPROME E2 2PROMPROM851851系列系列系列系列803180318051805187518751895189514KB4KB128B
31、128B2162165 58C518C51系列系列系列系列80C3180C3180C5180C5187C5187C5189C5189C514KB4KB128B128B2162165 5852852系列系列系列系列803280328052805287528752895289528KB8KB256B256B3163166 68C2528C252系列系列系列系列80C23280C23280C25280C25287C25287C25289C25289C2528KB8KB256B256B3163167 7l 80C51与与8051的比较的比较（1）MCS-51系列芯片采用HMOS工艺，而80C51芯片则
32、采用CHMOS工艺。CHMOS工艺是COMS和HMOS的结合，（2）80C51芯片具有COMS低功耗的特点。例如8051芯片的功耗为630mW,而80C51的功耗只有120mW。（3）80C51在功能增加了待机和掉电保护两种工作方式，以保证单片机在掉电情况下能以最低的消耗电流维持。（4）此外，在80C51系列芯片中，内部程序存储器除了ROM型和EPROM型外，还有E2PROM型，例如89C51就有4KB E2PROM。并且随着集成技术的提高，80C51系列片内程序存储器的容量也越来越大，目前已有64KB的芯片了。另外，许多80C51芯片还具有程序存储器保密机制，以防止应用程序泄密或被复制。 M
33、CS-96系列单片机MCS-96系列单片机是Intel公司在1983年推出的16位单片机，它与8位机相比，具有集成度高、运算速度快等特点。它的内部除了有常规的I/O接口、定时器计数器、全双工串行口外，还有高速I/O部件、多路AD转换和脉宽调制输出（PWM）等电路，其指令系统比MCS-51更加丰富。2、ATMEL公司单片机 ATMEL公司生产的具有8051结构的FLASH型和EEPROM型单片机（尤其是89C51和89C52），由于和Intel的MCS-51系列单片机中典型产品完全兼容，开发和使用简便，在我国得到了广泛的应用。1997年，ATMEL公司推出了全新配置的精简指令集（RISC）的AV
34、R单片机，由于AVR单片机优良的性能，在越来越多的领域得到了应用。3.Philips3.Philips公司的公司的公司的公司的单单片机片机片机片机 PhiliPsPhiliPs公司生公司生公司生公司生产产的的的的单单片机包括片机包括片机包括片机包括80518051结结构的构的构的构的80C5180C51系列系列系列系列8 8位位位位单单片机、采用片机、采用片机、采用片机、采用80518051结结构的构的构的构的1616位位位位单单片机、以片机、以片机、以片机、以680680（力（力（力（力为为核心的核心的核心的核心的1616位位位位单单片机。其中片机。其中片机。其中片机。其中80C5180C5
35、1系列系列系列系列8 8位位位位单单片机品种多、片内片机品种多、片内片机品种多、片内片机品种多、片内资资源丰富、源丰富、源丰富、源丰富、容易开容易开容易开容易开发应发应用用用用产产品，因此得到了广泛的品，因此得到了广泛的品，因此得到了广泛的品，因此得到了广泛的应应用。用。用。用。80 80 CslCsl系列系列系列系列单单片机的特点是具有便于开片机的特点是具有便于开片机的特点是具有便于开片机的特点是具有便于开发发的的的的FLASHFLASH型型型型单单片机，具有片机，具有片机，具有片机，具有I I2 2C C串行串行串行串行总线总线口，具有口，具有口，具有口，具有8 8一一一一1010位位位位
36、A/DA/D，程序存，程序存，程序存，程序存储储器和数据存器和数据存器和数据存器和数据存储储器容量大，器容量大，器容量大，器容量大，还还具有具有具有具有CAN BUSCAN BUS（控制器局域网）接口（控制器局域网）接口（控制器局域网）接口（控制器局域网）接口. . 4 4MotorolaMotorola公司的公司的公司的公司的单单片机片机片机片机 68HC0568HC05是是是是MotorolaMotorola公司推出的一种采用公司推出的一种采用公司推出的一种采用公司推出的一种采用HCMOSHCMOS技技技技术术的的的的8 8位位位位单单片机。它的典型代表片机。它的典型代表片机。它的典型代表
37、片机。它的典型代表为为MC68HC705C8AMC68HC705C8A，它，它，它，它有有有有8 8位位位位CPUCPU、8KB8KB的的的的EPROMEPROM、304B304B的的的的RAMRAM、1616位多功位多功位多功位多功能定能定能定能定时时器、器、器、器、3434根根根根I/OI/O线线（3131根双向根双向根双向根双向I/OI/O线线，3 3根中断和定根中断和定根中断和定根中断和定时时器器器器输输人人人人输输出出出出线线）、串行通信口、串行）、串行通信口、串行）、串行通信口、串行）、串行通信口、串行扩扩展口、展口、展口、展口、 WatchdogWatchdog（看（看（看（看门
38、门狗）、狗）、狗）、狗）、5 5个中断向量（个中断向量（个中断向量（个中断向量（9 9个中断源）。个中断源）。个中断源）。个中断源）。68HC0568HC05系列有几十种型号，它系列有几十种型号，它系列有几十种型号，它系列有几十种型号，它们们的程序存的程序存的程序存的程序存储储器（器（器（器（ROMROM、EPROMEPROM）和）和）和）和RAMRAM容量、引脚封装、存容量、引脚封装、存容量、引脚封装、存容量、引脚封装、存储储空空空空间间分配、分配、分配、分配、I/OI/O功能各不相同，以适功能各不相同，以适功能各不相同，以适功能各不相同，以适应应各种各种各种各种应应用用用用场场合的不同需要
39、。表合的不同需要。表合的不同需要。表合的不同需要。表1414列列列列出了出了出了出了68 HC0568 HC05系列系列系列系列单单片机的功能特性。片机的功能特性。片机的功能特性。片机的功能特性。 5Microchip公司的公司的单片机片机 Microchip公司有公司有12位程序存位程序存储器的低器的低档档单片机、片机、14位程序存位程序存储器的中档器的中档单片机、片机、16位程序存位程序存储器的高档器的高档单片机和片机和16位程序位程序存存储器的增器的增强型型单片机共四大系列。片机共四大系列。Microchip公司的公司的PlC单片机品种丰富，在片机品种丰富，在各各类电子子产品中被广泛品中
40、被广泛应用，其用，其产品在品在8位位单片机市片机市场份份额中排名第二。中排名第二。6TOSHIBA公司的公司的单片机片机 TOSHIBA公司有公司有TLCS-470系列系列4位位单片机，片机，TLCS870、TLCS870X、TLCS870C、系列、系列8位位单片机，片机，TLCS900系列系列1632位位单片机。片机。这些些单片机不片机不但但CPU和指令系和指令系统的功能的功能强，而且片内外，而且片内外围部件丰富，提供部件丰富，提供汇编语言和言和C-Like语言言的的软件开件开发手段。手段。TLCS-870系列国系列国产的的单片机开片机开发工具工具STF870A 7. HITACHI7. H
41、ITACHI公司的公司的公司的公司的单单片机片机片机片机 HITACHIHITACHI公司的公司的公司的公司的单单片机有片机有片机有片机有H400H400的的的的4 4位位位位单单片机系列、片机系列、片机系列、片机系列、H8/300LH8/300L与与与与H8/300H8/300的的的的8 8位位位位单单片机系列、片机系列、片机系列、片机系列、H8/300HH8/300H（外（外（外（外数据数据数据数据总线总线8 8位或位或位或位或1616位）、位）、位）、位）、H8S/2000H8S/2000和和和和H8/500H8/500的的的的1616位位位位单单片机系列和片机系列和片机系列和片机系列和
42、SHSH的的的的3232位位位位单单片机系列。其中片机系列。其中片机系列。其中片机系列。其中4 4位位位位单单片机片机片机片机H400H400主要主要主要主要应应用于低档家用消用于低档家用消用于低档家用消用于低档家用消费类产费类产品以及品以及品以及品以及BPBP机等；机等；机等；机等；8 8位位位位单单片机片机片机片机的的的的H8/300LH8/300L主要用于主要用于主要用于主要用于VCR/MDVCR/MD录录像机等中高档家用消像机等中高档家用消像机等中高档家用消像机等中高档家用消费费类产类产品以及无品以及无品以及无品以及无绳电话绳电话等，等，等，等，H8/300H8/300主要用子主要用子
43、主要用子主要用子键盘键盘和和和和ABSABS汽汽汽汽车车刹刹刹刹车车等；等；等；等；1616位位位位单单片机中的片机中的片机中的片机中的H8/300HH8/300H则则用于用于用于用于CD-ROMCD-ROM驱驱动动器和打印机等，器和打印机等，器和打印机等，器和打印机等，H8S/2000H8S/2000将用于将用于将用于将用于PHSPHS系系系系统统和蜂和蜂和蜂和蜂窝电话窝电话，H8/500H8/500则则用于用于用于用于电电机控制和工程控制等；机控制和工程控制等；机控制和工程控制等；机控制和工程控制等；3232位位位位单单片机片机片机片机SHSH用于多媒体和航空航天等用于多媒体和航空航天等用
44、于多媒体和航空航天等用于多媒体和航空航天等领领域。域。域。域。 8 8SIEMENSSIEMENS公司的公司的公司的公司的单单片机片机片机片机 SIEMENSSIEMENS公司生公司生公司生公司生产产C166C166系列系列系列系列1616位位位位单单片机和片机和片机和片机和C500C500系列系列系列系列8 8位位位位单单片机。片机。片机。片机。 C166C166系列系列系列系列为为高速、高性能高速、高性能高速、高性能高速、高性能1616位位位位单单片机，片机，片机，片机，CPUCPU内部采用内部采用内部采用内部采用流水流水流水流水线线型型型型结结构，指令周期最小构，指令周期最小构，指令周期
45、最小构，指令周期最小为为80ns80ns，乘法（，乘法（，乘法（，乘法（1616位位位位* *1616位）位）位）位）、除法（、除法（、除法（、除法（3232位位位位1616位），位），位），位），仅仅400ns400ns，片内，片内，片内，片内ROMROM（或（或（或（或OTPOTP或或或或FLASH MemoryFLASH Memory）最大）最大）最大）最大为为128KB128KB，数据存，数据存，数据存，数据存储储器器器器RAMRAM最最最最大大大大为为4KB4KB。片内除常。片内除常。片内除常。片内除常规规I/OI/O部件以外，部件以外，部件以外，部件以外，还还具有具有具有具有101
46、0位位位位A/DA/D、C AN2.OBC AN2.OB等特殊等特殊等特殊等特殊I/OI/O接口，多达接口，多达接口，多达接口，多达1616个中断个中断个中断个中断优优先先先先级级、2020个个个个中断源的中断系中断源的中断系中断源的中断系中断源的中断系统统。 该该系列有系列有系列有系列有C161C161、C163C163、C164C164、C165C165、C166C166和和和和C167C167等等等等产产品。品。品。品。C166C166系列系列系列系列单单片机主要用于通信，片机主要用于通信，片机主要用于通信，片机主要用于通信，导导航等复航等复航等复航等复杂杂的的的的实时实时控制系控制系控
47、制系控制系统统中。中。中。中。 9 NS公司的公司的单片机片机 NS（National Semiconductor Corporation，美国国家半，美国国家半导体公司）有体公司）有COP4系列系列4位位单片机、片机、COP8系列系列8位位单片片机、机、HPC系列系列16位位单片机，其中片机，其中COP8系系列是列是NS公司的主要公司的主要产品。品。COP8（Contol Oriented Processor）是面向控制的）是面向控制的8位位单片机，片机，该系列品种系列品种齐全，全，应用范用范围广，广，根据根据应用用对象的不同可以分象的不同可以分为特色型、基特色型、基本型和新型三大本型和新型
48、三大类。 1010 ARMARM系列系列系列系列单单片机片机片机片机 ARMARM是是是是ARMARM微微微微处处理器核的理器核的理器核的理器核的简简称，称，称，称，ARMARM微微微微处处理器核是基理器核是基理器核是基理器核是基于于于于RISCRISC（精（精（精（精简简指令集指令集指令集指令集计计算机）技算机）技算机）技算机）技术术的微的微的微的微处处理器核，由英理器核，由英理器核，由英理器核，由英国的国的国的国的ARMARM公司公司公司公司设计设计开开开开发发。ARMARM公司本身不直接从事芯片公司本身不直接从事芯片公司本身不直接从事芯片公司本身不直接从事芯片生生生生产产，作，作，作，作
49、为为知知知知识产权识产权供供供供应应商，靠商，靠商，靠商，靠转让设计许转让设计许可，由合作公可，由合作公可，由合作公可，由合作公司生司生司生司生产产各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半导导体公司从体公司从体公司从体公司从ARMARM公司公司公司公司购买购买其其其其设计设计的的的的ARMARM微微微微处处理器核，根据理器核，根据理器核，根据理器核，根据各自不同的各自不同的各自不同的各自不同的应应用用用用领领域，加人适当的外域，加人适当的外域，加人适当的外域，加人适当
50、的外围电围电路，从而生路，从而生路，从而生路，从而生产产出出出出具有自己特色的具有自己特色的具有自己特色的具有自己特色的 ARMARM单单片机。片机。片机。片机。 ARMARM系列系列系列系列单单片机与普通片机与普通片机与普通片机与普通单单片机的主要区片机的主要区片机的主要区片机的主要区别别体体体体现现在以下在以下在以下在以下几个方面：几个方面：几个方面：几个方面： （1 1）速度快）速度快）速度快）速度快 （2 2）存）存）存）存储储器容量大器容量大器容量大器容量大（3）外部通信接日丰富）外部通信接日丰富 ARM单片机的通信接口要比普通片机的通信接口要比普通单片机片机丰富得多，有丰富得多，有
51、UART、USB、Ethernet、CAN、SPI和和I2C等通信接口，可以等通信接口，可以满足嵌足嵌入式系入式系统通信多通信多样化的要求。化的要求。（4）有）有许多第三方的多第三方的软件支持件支持 1111DSPDSP系列系列系列系列单单片机片机片机片机 DSPDSP（Digital signal ProcessorDigital signal Processor）是数字信号）是数字信号）是数字信号）是数字信号处处理器理器理器理器的的的的简简称。称。称。称。DSPDSP起源于起源于起源于起源于2020世世世世纪纪五六十年代，当五六十年代，当五六十年代，当五六十年代，当时时主要主要主要主要应应
52、用用用用于雷达、原油探勘、太空探索和医学影像等于雷达、原油探勘、太空探索和医学影像等于雷达、原油探勘、太空探索和医学影像等于雷达、原油探勘、太空探索和医学影像等领领域。域。域。域。现现在来在来在来在来看看看看DSPDSP也是一种也是一种也是一种也是一种单单片机，片机，片机，片机，是一种运行速度高，擅是一种运行速度高，擅是一种运行速度高，擅是一种运行速度高，擅长长于数字于数字于数字于数字信号信号信号信号处处理的理的理的理的单单片机。片机。片机。片机。 DSPDSP系列系列系列系列单单片机与普通片机与普通片机与普通片机与普通单单片机的主要区片机的主要区片机的主要区片机的主要区别别体体体体现现在以下
53、几在以下几在以下几在以下几个方面：个方面：个方面：个方面： （1 1）速度快）速度快）速度快）速度快 DSPDSP单单片机主片机主片机主片机主频较频较高，高，高，高，执执行一条指令所用行一条指令所用行一条指令所用行一条指令所用时间较时间较短，短，短，短，DSPDSP具有指令流水具有指令流水具有指令流水具有指令流水线线，可以多条指令并行，可以多条指令并行，可以多条指令并行，可以多条指令并行执执行。此外，行。此外，行。此外，行。此外，许许多多多多DSPDSP单单片机采用片机采用片机采用片机采用3232位运算位运算位运算位运算单单元，做与普通元，做与普通元，做与普通元，做与普通单单片机相同片机相同片
54、机相同片机相同的运算，所用的指令数目少。以上的几个因素的运算，所用的指令数目少。以上的几个因素的运算，所用的指令数目少。以上的几个因素的运算，所用的指令数目少。以上的几个因素导导致致致致DSPDSP单单片机比普通片机比普通片机比普通片机比普通单单片机快得多。片机快得多。片机快得多。片机快得多。 （2 2）具有适合数字信号）具有适合数字信号）具有适合数字信号）具有适合数字信号处处理的特殊指令理的特殊指令理的特殊指令理的特殊指令 数字信号数字信号数字信号数字信号处处理理理理时时，需要做大量的乘法和累加运算，需要做大量的乘法和累加运算，需要做大量的乘法和累加运算，需要做大量的乘法和累加运算，DSPD
55、SP单单片机片机片机片机专门专门的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条指令中完成，大大提高了数字信号指令中完成，大大提高了数字信号指令中完成，大大提高了数字信号指令中完成，大大提高了数字信号处处理的效率。理的效率。理的效率。理的效率。 （3 3）具有独特的）具有独特的）具有独特的）具有独特的寻寻址方式址方式址方式址方式 数字信号数字信号数字信号数字信号处处理中，需要理中，需要理中，需要理中，需要对对采集来的数据采集来的数据采集来的数据采集来的数据进进行重新排序，行重新排序，
56、行重新排序，行重新排序，DSPDSP单单片机的片机的片机的片机的“ “反比特反比特反比特反比特” ”寻寻址方式使排序很容易址方式使排序很容易址方式使排序很容易址方式使排序很容易实现实现，大，大，大，大大提高了排序效率。大提高了排序效率。大提高了排序效率。大提高了排序效率。 DSPDSP单单片机的生片机的生片机的生片机的生产产厂家很多，其中厂家很多，其中厂家很多，其中厂家很多，其中ADAD公司、公司、公司、公司、ATATT T公公公公司、司、司、司、MotorolaMotorola公司和公司和公司和公司和TITI公司生公司生公司生公司生产产 的的的的DSPDSP单单片机在国内比片机在国内比片机在
57、国内比片机在国内比较较流行，尤其是流行，尤其是流行，尤其是流行，尤其是TITI公司的公司的公司的公司的DSPDSP最最最最为为普及。普及。普及。普及。当前常用的51系列单片机主要产品有：51单片机*Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等；*ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；*Philips、华邦、Dallas、Siemens(Infineon)等公司的许多产品1.2.6 单片机的片机的应用模式用模式单片机应用系统的结构 单片机应用系统的结构通常分为以下三个层次。(1)单片机：通常指应用系统主处理机，即所选择的单片机器件。(2
58、)单片机系统：指按照单片机的技术要求和嵌入对象的资源要求而构成的基本系统。时钟电路、复位电路和扩展存储器等与单片机共同构成了单片机系统。(3)单片机应用系统：指能满足嵌入对象要求的全部电路系统。在单片机系统的基础上加上面向对象的接口电路，如前向通道、后向通道、人机交互通道(键盘、显示器、打印机等)和串行通信口(RS232)以及应用程序等。单片机应用系统三个层次的关系如图所示 单片机应用系统三个层次的关系1.2.7单片机嵌入式系统的开发过程通常开发一个单片机系统可按以下6个步骤进行。(1)明确系统设计任务，完成单片机及其外围电路的选型工作。(2)设计系统原理图和PCB板，经仔细检查PCB板后送工
59、厂制作。(3)完成器件的安装焊接。(4)根据硬件设计和系统要求编写应用程序。(5)在线调试软硬件。(6)使用编程器烧写单片机应用程序，独立运行单片机系统。1.3计算机的数制和转换(1) 十十进进制制N ND D有十个数码09、逢十进一。十进制用于计算机输入输出，人机交互。(2) 二二进进制制N NB B两个数码:0、1, 逢二进一。二进制为机器中的数据形式。(3) 十六十六进进制制N NH H十六个数码:09, AF, 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、101H介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法
60、。1.3.11.3.1进位计数制进位计数制（1 1）二）二进制制N NB B符号集：符号集：0 0、1 1 规则：逢二：逢二进一一。例例 1101.101=11101.101=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0+1+12 2- -1 1+1+12 2-3-3 加加权展开式以展开式以2 2为基数，各位系数基数，各位系数为0 0、1 1。一般表达式：一般表达式： N NB B = b = bn-1n-12 2n-1 n-1 + b+ bn-2n-22 2n-2 n-2 + +b+b0 02 20 0 +b+b-1-12 2-1-1+ +1.3.2计数进位规则
61、与表达（2）十六进制NH符号集：0-9、A-F 规则：逢十六进一。例：DFC.8=13162 +15161 +12160 +816-1 展开式以十六为基数，各位系数为09，AF。一般表达式：NH= hn-116n-1+ hn-216n-2+ h0160+ h-116-1+1.3.3 不同进位计数制之间的转换先展开，然后按照十进制运算法则求和。举例：1011.1010B=123+121+120+12-1+12-3=11.625DFC.8H =13162+15161+12160+816-1 = 3580.5（一）二、十六进制数转换成十进制数（一）二、十六进制数转换成十进制数（一）二、十六进制数转换
62、成十进制数（一）二、十六进制数转换成十进制数 进位计数制的一般表达式： Nr= an-1rn-1+an-2rn-2+ +a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法：先展开，然后按r进制的运算法则求和计算。（二）二进制与十六进制数之间的转换24=16 ，四位二进制数对应一位十六进制数。举例：3AF.2H = 0011 1010 1111.0010 = 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C（三）（三）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分整数、小数分别转换 1. 1.整数整数转换法法“除除基基取
63、取余余”：十十进制制整整数数不不断断除除以以转换进制制基基数数，直直至至商商为0。每每除除一一次次取取一一个个余余数数，从从低低位位排排向向高高位位。举例例：1. 39转换成二进制数39 =100111B2 39 1 （ b0） 2 19 1 （ b1） 2 9 1 （ b2） 2 4 0 （ b3） 2 2 0 （ b4） 2 1 1 （ b5） 0 2. 208转换成十六进制数 208 = D0H16 208 余余 016 13 余余 13 = D 0H （三）十进制数转换成二、十六进制数2. 小数转换法2009年10月14日“乘基取整”：用转换进制的基数乘以小数部分，直至小数为0或达到转
64、换精度要求的位数。每乘一次取一次整数，从最高位排到最低位。举例例：1. 0.625转换成二进制数0.625 2 1.250 1 (b-1) 2 0.5 0 0 (b-2) 2 1.0 1 (b-3)0.625 = 0.101B2. 0.625转换成十六进制数 0.625 16 = 10.0 0.625 = 0.AH3. 208.625 转换成十六进制数208.625 = D0.AH1.3.4带符号数的表示方法机器数机器数在计算机中，因为只有“0”和“1”两种形式，所以数的正、负号，也必须以“0”和“1”表示。通常把一个数的最高位定义为符号位，用0表示正，1表示负，称为数符：其余位仍表示数值。把
65、在机器内存放的正、负号数码化的数称为机器数，把机器外部由正、负号表示的数称为真值数。 机器中，数的符号用“0”、“1” 表示。 最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。（一）机器数与真值（一）机器数与真值（一）机器数与真值（一）机器数与真值机器数：机器数是把符号数字化的数,机器中数的二进制表示形式，其位数通常为8的倍数 真值： 机器数所代表的实际数值。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84= -1010100B 机器数(原码)：X1机= 01010100 X2机= 1101010020102010年年年年9 9月月月月27
66、27日星期一日星期一日星期一日星期一要注意的是，机器数表示的范围受到字长和数据的类型的限制。字长和数据类型定了，机器数能表示的数值范围也就定了。例如，若表示一个整数，字长为8位，则最大的正数为01111111，最高位为符号位，即最大值为127。若数值超出127，就要“溢出”。最小负数为10000000，最高位为符号位，即最小值为-128。（二）数的定点和浮点表示（二）数的定点和浮点表示 计算机内表示的数，主要算机内表示的数，主要分成定点小数、定分成定点小数、定点整数与浮点数点整数与浮点数三种三种类型。型。（1）定点小数的表示法）定点小数的表示法 定点小数是指小数点准确固定在数据某一个定点小数是
67、指小数点准确固定在数据某一个位置上的小数。一般把小数点固定在最高数据位位置上的小数。一般把小数点固定在最高数据位的左的左边，小数点前，小数点前边再再设一位符号位。按此一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写成：任何一个小数都可以写成：N=NS N1,N2NM， NS为符号位符号位（2）整数的表示法）整数的表示法 整数所表示的数据的最小整数所表示的数据的最小单位位为1，可，可以以认为它是小数点定在数它是小数点定在数值最低位右面的最低位右面的一种表示法。整数分一种表示法。整数分为带符号和不符号和不带符号符号两两类。对带符号的整数，符号位放在最高符号的整数，符号位放在最高位。可以写成：位。可以写成
68、：N=NS Nn Nn1N2 N1 N0， NS为符号位符号位(3)浮点数的表示方法浮点数的表示方法一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，大一般定点数表示的范围和精度都较小，在数值计算时，大多数采用浮点数。多数采用浮点数。 浮点法中浮点法中, 数据的小数点位置不是固定不变的数据的小数点位置不是固定不变的, 而是可而是可浮动的。浮动的。一个浮点数a由两个数m和e来表示：a=MbE(b的e次方) 因此因此, 可将任意一个二进制数可将任意一个二进制数N表示成表示成N=M2E其其中中, M为为尾尾数数, 为为纯纯二二进进制制小小数数, E称称为为阶阶码码。可可见见, 一一个个浮浮点点数数有有
69、阶阶码码和和尾尾数数两两部部分分, 且且都都带带有有表表示示正正负负的的阶阶码码符符与与数数符符, 其格式为其格式为 阶阶 符符阶码阶码E E数数 符符尾数尾数MM这种设计可以在某个固定长度的存储空间内表示定点数无法表示的更大范围的数。浮点表示法对应于科学(指数)计数法，如数110.011可表示为：N=110.011=1.100112+10=11001.1210=0.1100112+11【例】设尾数为4位，阶码为2位，则二进制数N=101.1的浮点数表示形式为：， 应当注意：浮点数的正、负是由尾数的数符确定，而阶码的正、负只决定小数点的位置，即决定浮点数的绝对值大小。带符号数的表示 在计算机中
70、，带符号数可以用不同方法表示，常用的有原码、反码和补码。最高位最高位为符号位，符号位，0 0表示表示 “+ +”，1 1表示表示“”。数数值位与真位与真值数数值位相同。位相同。( (取取绝对值) )例例 8位原位原码机器数：机器数： 真真值： x1 = +1010100B x2 = 1010100B 机器数：机器数：x1原原 = 01010100x2原原 = 11010100原原码表表示示简单直直观, ,但但0 0的的表表示示不不唯唯一一，加加减减运运算算复复杂。有符号数通常使用三种表示方法：有符号数通常使用三种表示方法：(三)原码(True Form)+1原原0 0000001， -1原原1
71、 0000001+127原原0 1111111， -127原原1 111111l在原在原码表示中，零有两种表示形式，即：表示中，零有两种表示形式，即： +000000000， -010000000。（四）补码（Twos Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于绝对值求反加1。例：求 8位补码机器数：x=+4 x补= 00000100x=-4 10000100 11111011 x补 = 11111100补码表示的优点：0的表示唯一，加减运算方便。补码是根据同余的概念引入的，我们来看一个减法通过加法来实现的例子。假定现在是北京时间6点整，有一只手表却是8
72、点整，比北京时间快了2小时，校准的方法有两种，一种是倒拨2小时，一种是正拨10小时。若规定倒拨是做减法，正拨是做加法，那么对手表来讲减2与加10是等价的，也就是说减2可以用加10来实现。这是因为8加10等于18，然而手表最大只能指示12，当大于12时12自然丢失，18减去12就只剩6了。这说明减法在一定条件下，是可以用加法来代替的。这里“12”称为“模”，10称为“-2”对模12的补数。推广到一般则有：AB=A+(B+M)=A+(B)补 补码运算X+Y补=X补+Y补X-Y补=X补+-Y补+1补00000001，-1补11111111+127补01111111，-127补10000001由此看出
73、，在补码表示中：正数的补码与原码相同，负数的补码等于它的反码加1。机器数的最高位是符号位，0代表正号，1代表负号。在补码表示中，0有唯一的编码：0补0补00000000。补码的运算方便，二进制的减法可用补码的加法实现，使用较广泛。数的补码与“模”有关 “模”即计数系统的量程。10月6日当X0，X补= 模-X7位二进制数的模为： 27 = 128当X0，X补= 27 -X = 128 -X= 127 -X+1 = X反码 + 1 规则：求反加1，符号位不变。如：1000 1101B 其补码：1111 0011规定：0000 0000B 为0 1000 0000B 不是0，而是1288 8位机器数
74、表示的真值位机器数表示的真值1.3.4带符号数的表示方法1.3.5 机器数与真值之间的转换机器数与真值之间的转换 1)X1=+127，X2=-127，求X原 、X补 X1原=X1补=01111111= 7FH X2原=11111111= FFH X2补=10000001= 81H 2)X1=+255，X2=-255 ，求X原 、X补 X1原=X1补=0000000011111111= 00FFH X2原=1000000011111111= 80FFH X2补=1111111100000001= FF01H 1.1.1.1. 真值机器数1.3.6 二二十进制编码十进制编码BCD码码例：求十进制数
75、876的BCD码876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 11 0110 1100BBCDBCD码码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。一一. .8421 8421 BCDBCD码码【例】将69.25转换成BCD码。69.2501101001.00100101结果为69.25=(01101001.00100101)BCD【例】将BCD码100101111000.01010110转换成十进制数。100101111000.01010110978.56结果为（100101111000.01010110）BCD=978.56二二. .
76、BCD码运算十进制调整：计算机实际按二进制法则计算，加入十进制调整操作，可计算BCD码。十进制调整方法：当计算结果有非BCD码或产生进位或借位，进行加6或减6调整。例：计算BCD码 78+69=？ 0111 1000 78BCD + 0110 1001 + 69BCD 1110 0001 产生非BCD码和半进位 + 0110 0110 +66H调整1 0100 0111 带进位结果：147 例：计算BCD码 38-29=？ 0011 1000 38BCD + 1101 0111 - 29BCD 1 0000 1111 产生非BCD + 1111 1010 -06调整 0 0000 1001 结
77、果无借位：91.3.7字符编码2015年9月28日星期一计算机中数的算机中数的单位位位（位（bit）计算机中数的最小算机中数的最小单位位字字节（byte）表示存表示存储空空间大小的最基本的容量大小的最基本的容量单位位字（字（word）计算机算机进行数据行数据处理和运算的理和运算的单位位二二进制制编码：把数字、字母、符号都把数字、字母、符号都转化成特定的二化成特定的二进制制码来表示。来表示。字母与字符的字母与字符的编码方法：可有不同的方法：可有不同的编码方式方式美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。计算机使用最多、最普遍的是ASCII（AmericanSt
78、andardCodeForInformationInterchange）字符编码，即美国信息交换标准代码，如表所示。 把数字（把数字（0-9）,英文大小写字母，英文大小写字母，标点点和控制的附加字符，用和控制的附加字符，用7位二位二进制来表示。制来表示。高高3位和低位和低4位。位。ASCII码的每个字符用7位二进制数表示，其排列次序为d6d5d4d3d2d1d0,d6为高位，d0为低位。而一个字符在计算机内实际是用8位表示。正常情况下，最高一位d7为“0”。7位二进制数共有128种编码组合，可表示128个字符，其中数字10个、大小写英文字母52个、其他字符32个和控制字符34个。数字09的AS
79、CII码为30H39H。大写英文字母AZ的ASCII码为41H5AH。小写英文字母az的ASCII码为61H7AH。对于ASCII码表中的0、A、a的ASCII码30H、41H、61H应尽量记住，其余的数字和字母的ASCII码可按数字和字母的顺序以十六进制的规律写出。汉字编码由于汉字是象形文字，数目很多，常用汉字就有30005000个，加上汉字的形状和笔画多少差异极大，因此，不可能用少数几个确定的符号将汉字完全表示出来，或像英文那样将汉字拼写出来。每个汉字必须有它自己独特的编码。 汉汉字交字交字交字交换码换码收收收收录汉录汉字字字字67636763个，字符个，字符个，字符个，字符682682个
80、个个个用两个用两个用两个用两个连续连续的字的字的字的字节节表示一个特定的表示一个特定的表示一个特定的表示一个特定的汉汉字字字字汉汉字字字字编编码码包包包包括括括括：汉汉字字字字输输入入入入码码、机机机机内内内内码码、字字字字形形形形码码（汉汉字字字字库库） 1 1）信息交信息交换换用用汉汉字字编码编码字符集字符集 基本集基本集 2 2）汉汉字的机内字的机内码码（GB2312-1980GB2312-1980国国标码标码） 3 3）汉汉字的字的输输入入码码（外（外码码） 4 4）汉汉字的字形字的字形码码 信息交换用汉字编码字符集信息交换用汉字编码字符集基本集基本集是我国于是我国于1980年制定的国
81、家标准年制定的国家标准GB231280，代号为国标码，是国家，代号为国标码，是国家规定的用于汉字信息交换使用的代码的规定的用于汉字信息交换使用的代码的依据。依据。汉字的机内码是供计算机系统内汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。码或汉字内码。汉字输入码是为了将汉字通过键汉字输入码是为了将汉字通过键盘输入计算机而设计的代码。汉盘输入计算机而设计的代码。汉字输入编码方案很多，其表示形字输入编码方案很多，其表示形式大多用字母、数字或符号。式大多用字母、数字或符号。汉字字形码是汉字字库中
82、存储的汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。字的显示和打印。 为了区了区别汉字和西文，将字和西文，将汉字字编码的最高的最高位置成位置成“1”，然后由，然后由软件根据最高位做出件根据最高位做出判断判断一个一个汉字可有几个外字可有几个外码，但只有一个内，但只有一个内码GB2312GB2312的的的的编码编码所有的国所有的国所有的国所有的国标汉标汉字与符号字与符号字与符号字与符号组组成一个成一个成一个成一个94949494的矩的矩的矩的矩阵阵。在此方在此方在此方在此方阵阵中中中中, ,每一行称每一行称每一行称每一行称为为一个一个一个一个
83、区区区区,每一列称每一列称每一列称每一列称为为一个一个一个一个 位位位位,因此因此因此因此, ,这这个方个方个方个方阵实际阵实际上上上上组组成了一个有成了一个有成了一个有成了一个有9494个区个区个区个区( (区号分区号分区号分区号分别为别为0 10 1到到到到94)94)、每个区内有、每个区内有、每个区内有、每个区内有9494个位个位个位个位( (位号位号位号位号分分分分别为别为0101到到到到94)94)的的的的汉汉字字符集。一个字字符集。一个字字符集。一个字字符集。一个汉汉字所在的字所在的字所在的字所在的区号和位号区号和位号区号和位号区号和位号简单简单地地地地组组合在一起就构成了合在一起
84、就构成了合在一起就构成了合在一起就构成了该汉该汉字的字的字的字的 区位区位区位区位码码 。在。在。在。在汉汉字的区位字的区位字的区位字的区位码码中，高两位中，高两位中，高两位中，高两位为为区号，低区号，低区号，低区号，低两位两位两位两位为为位号。位号。位号。位号。 在区位在区位在区位在区位码码中，中，中，中，01-0901-09区区区区为为682682个特个特个特个特殊字符，殊字符，殊字符，殊字符，16871687区区区区为汉为汉字区，包含字区，包含字区，包含字区，包含67636763个个个个汉汉字字字字 。其中。其中。其中。其中16-5516-55区区区区为为一一一一级汉级汉字字字字(375
85、5(3755个最常用的个最常用的个最常用的个最常用的汉汉字，按拼音字母的次序排列字，按拼音字母的次序排列字，按拼音字母的次序排列字，按拼音字母的次序排列) )，56-8756-87区区区区为为二二二二级汉级汉字字字字(3008(3008个个个个汉汉字，按部首次序排列字，按部首次序排列字，按部首次序排列字，按部首次序排列) )。ISO2022ISO2022规规定每个定每个定每个定每个汉汉字的区号和位号必字的区号和位号必字的区号和位号必字的区号和位号必须须分分分分别别加加加加上上上上3232（即二（即二（即二（即二进进制数制数制数制数0010000000100000），），），），经过这样经过这样
86、的的的的处处理而得的代理而得的代理而得的代理而得的代码码称称称称为为国国国国标标交交交交换码换码，简简称交称交称交称交换码换码 “ “学学学学” ”字的国字的国字的国字的国标标交交交交换码计换码计算算算算为为： 00110001 00000111 00110001 00000111+00100000 00100000+00100000 00100000 - - 01010001 00100111 01010001 00100111用十六用十六用十六用十六进进制数表示即制数表示即制数表示即制数表示即为为5127H5127H。由于文本中通常混合使用由于文本中通常混合使用汉字和西文字符，字和西文字符
87、，汉字信息如果不予以特字信息如果不予以特别标识，就会与，就会与单字字节的的ASCII码混淆。此混淆。此问题的解决方法之的解决方法之一是将一个一是将一个汉字看成是两个字看成是两个扩展展ASCII码，使表示使表示GB2312汉字的两个字字的两个字节的最高位的最高位都都为1。这种高位种高位为1的双字的双字节汉字字编码即即为GB2312汉字的机内字的机内码，简称称为内内码。因此，因此，“学学”字的机内字的机内码为：11010001 10100111用用16进制表示即制表示即为D1A7H。总结总结汉字的区位字的区位码每两位加上每两位加上0xA0就是就是计算机算机中的中的GB2312码。比如比如“啊啊”区
88、位区位码是是1601，GB码是是0xB0A1。B0 = 10 + A0，A1 = 01 + A0。汉字字形码汉字字形码 为为了将了将了将了将汉汉字在字在字在字在显显示器或打印机上示器或打印机上示器或打印机上示器或打印机上输输出，把出，把出，把出，把汉汉字按字按字按字按图图形符号形符号形符号形符号设计设计成成成成点点点点阵图阵图，就得到了相，就得到了相，就得到了相，就得到了相应应的点的点的点的点阵阵代代代代码码（字形（字形（字形（字形码码）。）。）。）。 用于用于用于用于显显示的字示的字示的字示的字库库叫叫叫叫显显示字示字示字示字库库。显显示一个示一个示一个示一个汉汉字一般采用字一般采用字一般采
89、用字一般采用16161616点点点点阵阵或或或或24242424点点点点阵阵或或或或48484848点点点点阵阵。已知。已知。已知。已知汉汉字点字点字点字点阵阵的大小，可以的大小，可以的大小，可以的大小，可以计计算出存算出存算出存算出存储储一个一个一个一个汉汉字所需占用的字所需占用的字所需占用的字所需占用的字字字字节节空空空空间间。 例：用例：用例：用例：用16161616点点点点阵阵表示一个表示一个表示一个表示一个汉汉字，就是将每个字，就是将每个字，就是将每个字，就是将每个汉汉字字字字用用用用1616行，每行行，每行行，每行行，每行1616个点表示，一个点需要个点表示，一个点需要个点表示，一
90、个点需要个点表示，一个点需要1 1位位位位二二二二进进制代制代制代制代码码，1616个点需用个点需用个点需用个点需用1616位二位二位二位二进进制代制代制代制代码码（即（即（即（即2 2个字个字个字个字节节），共），共），共），共1616行，行，行，行，所以需要所以需要所以需要所以需要1616行行行行22字字字字节节/ /行行行行=32=32字字字字节节，即，即，即，即16161616点点点点阵阵表示表示表示表示一个一个一个一个汉汉字，字形字，字形字，字形字，字形码码需用需用需用需用3232字字字字节节。 即：字即：字即：字即：字节节数数数数=点点点点阵阵行数行数行数行数（点（点（点（点阵阵列
91、数列数列数列数/8/8） 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 . . . . . . . . . . . . . . . .0 . . . . . . . . . . . . . . . . 1 . . . . . . . . . . . . . 1 . .1 . . . . . . . . . . . . . 1 . . 2 . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . .2 . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . . 3 . . 1 . . . . . . .
92、. . . 1 . .3 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 4 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .4 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 5 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .5 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 6 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .6 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 7 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .7 . . 1 . . . . . . .
93、 . . . 1 . . 0 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .0 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 1 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .1 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 2 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .2 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 3 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .3 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 4 . . 1 1 1 1 1 1 1
94、 1 1 1 1 1 . .4 . . 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 . . 5 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . .5 . . 1 . . . . . . . . . . 1 . . 6 . . . . . . . . . . . . . . . .6 . . . . . . . . . . . . . . . . 7 . . . . . . . . . . . . . . . .7 . . . . . . . . . . . . . . . . 图图1-6 “1-6 “口口口口” ”字的字的字的字的16161616点点点点阵阵字形字形字形字形图图
95、用于打印的字用于打印的字用于打印的字用于打印的字库库叫打印字叫打印字叫打印字叫打印字库库，其中的，其中的，其中的，其中的汉汉字比字比字比字比显显示示示示字字字字库库多，而且工作多，而且工作多，而且工作多，而且工作时时也不像也不像也不像也不像显显示字示字示字示字库库需需需需调调入内存。入内存。入内存。入内存。 全部全部全部全部汉汉字字形字字形字字形字字形码码的集合叫的集合叫的集合叫的集合叫汉汉字字字字字字字字库库。汉汉字字字字库库可分可分可分可分为软为软字字字字库库和硬字和硬字和硬字和硬字库库。软软字字字字库库以文件的形式存以文件的形式存以文件的形式存以文件的形式存放在硬放在硬放在硬放在硬盘盘上
96、，上，上，上，现现多用多用多用多用这这种方式，硬字种方式，硬字种方式，硬字种方式，硬字库则库则将字将字将字将字库库固化在一个固化在一个固化在一个固化在一个单单独的独的独的独的存存存存储储芯片芯片芯片芯片中，再和其它必要的中，再和其它必要的中，再和其它必要的中，再和其它必要的器件器件器件器件组组成接口卡，插接在成接口卡，插接在成接口卡，插接在成接口卡，插接在计计算机上，通常称算机上，通常称算机上，通常称算机上，通常称为为汉汉卡卡卡卡。 可以可以这样理解，理解，为在在计算机内表示算机内表示汉字而字而统一的一的编码方式形成方式形成汉字字编码叫叫内内码，内，内码是惟一的。是惟一的。为方便方便汉字字输入
97、入而形成的而形成的汉字字编码为输入入码，属于，属于汉字的外字的外码，输入入码因因编码方式不同而不同，是多种多方式不同而不同，是多种多样的。的。为显示和打印示和打印输出出汉字而形成的字而形成的汉字字编码为字形字形码，计算机通算机通过汉字内字内码在字模在字模库中找出中找出汉字的字形字的字形码，实现其其转换。 1.3.8奇偶校验码奇偶校验码是在传送的代码上附加一个校验位，作为代码的比较校验。这样在接收方，先对信息代码按双方的校验规定求奇偶校验码，然后再与收到的附加校验位作比较，若相等则认为接收的代码是正确的，否则为错。奇偶校验就是鉴别代码中有奇数个“1，还是有偶数个“1。最简单的检错方法是奇偶校验,
98、即在传送字符的各位之外,再传送1位奇/偶校验位.可采用奇校验或偶校验.奇校验:所有传送的数位(含字符的各数位和校验位)中,1的个数为奇数,如:10110,010100110,0001偶校验：所有传送的数位(含字符的各数位和校验位)中,1的个数为偶数,如:10100,010100100,0001 例如，有效信息为1011001，若采用偶校验码记为“0”的话，则有效代码为01011001；采用奇校验码记为“1”的话，有效代码则为11011001。有效代码的最前的那个数位，就是奇偶校验位。当接受方收到这组代码后，便根据奇、偶校验的约定和有效代码中“1”的个数形成校验码，然后再与接收的校验位作比较。比较相等的话，说明接受的信息正确；反之，则认为出现了错误。学习要求：学习要求：上上课记笔笔记独立完成作独立完成作业认真做好真做好实验学学习方法：方法：动手手实践践 Practice is a best way to learning.
