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1、单片机原理及嵌入式系统设计 Principles of Microcontrollerand embedded system design 讲授：张虎工学单片机原理与嵌入式系统设计第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工学单片机原理与嵌入式系统设计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单片机的含义单片机的含义单片机是单片微型计算机的简称，早期的单片机是单片微型计算机的简称，早期的英文名是英文名是Single-chip Microcomputer.
2、Single-chip Microcomputer.单片机在控制领域大显身手，单片机在控制领域大显身手，单片机可以单片机可以装到各种智能化产品中，所以又称为嵌装到各种智能化产品中，所以又称为嵌入式微控制器（入式微控制器（Embedded Embedded MicrocontrollerMicrocontroller）工学单片机原理与嵌入式系统设计MCUMCU的基本含义是：的基本含义是：在一块芯片上集成了中央处理单元在一块芯片上集成了中央处理单元(CPU),(CPU),存储器（存储器（RAM/ROMRAM/ROM等）、定等）、定时器计数器及多种输入输出时器计数器及多种输入输出（I/0I/0）接口
3、的比较完整的数字处理）接口的比较完整的数字处理系统。系统。工学单片机原理与嵌入式系统设计三总线三总线工学单片机原理与嵌入式系统设计总线有三种总线有三种: 数据总线数据总线DB（Data Bus）, 地址总线地址总线 AB（Address Bus）和控制总）和控制总线线 CB(Control Bus）工学单片机原理与嵌入式系统设计计算机技术在两个重要领域计算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式通用计算机领域和嵌入式(Embedded)(Embedded)计计算机领域算机领域都获得的极其重要的进展都获得的极其重要的进展. .单片机只是一块芯片单片机只是一块芯片. .但包含了计算机的基本组成单
4、元，仍由但包含了计算机的基本组成单元，仍由运算器、控制器、存储器、输入设备、运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备输出设备五部分组成，只不过这些都五部分组成，只不过这些都集成在一块芯片上，这种结构使得单集成在一块芯片上，这种结构使得单片机成为具有独特功能的计算机。片机成为具有独特功能的计算机。工学单片机原理与嵌入式系统设计单片机以其较高的性能价格比、灵活性等单片机以其较高的性能价格比、灵活性等特点，在嵌入式微控制系统中具有十分特点，在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。重要的地位。工学单片机原理与嵌入式系统设计1.1.21.1.2嵌入式系统的含义嵌入式系统的含义(1)嵌入式系统的由来嵌入
5、式系统的由来计算机是应数值计算的要求而诞生的。计算机是应数值计算的要求而诞生的。直到直到20世纪世纪70年代，电子计算机在数字年代，电子计算机在数字计算、逻辑运算与推理，信息处理以及计算、逻辑运算与推理，信息处理以及实际控制方面表现出非凡能力后，在通实际控制方面表现出非凡能力后，在通信、测控、数据传输等领域，人们对计信、测控、数据传输等领域，人们对计算机技术给予更大的期待。算机技术给予更大的期待。工学单片机原理与嵌入式系统设计主要表现在主要表现在直接面向控制对象；嵌入到具体的应用体直接面向控制对象；嵌入到具体的应用体中，而不以计算机的面貌出现；能在现中，而不以计算机的面貌出现；能在现场可靠地运
6、行；体积小，应用灵活；突场可靠地运行；体积小，应用灵活；突出控制功能出控制功能,特别是对外部信息的捕捉特别是对外部信息的捕捉与丰富的与丰富的1/O功能等。把满足海量高速功能等。把满足海量高速数值计算的计算机称为通用计算机系统，数值计算的计算机称为通用计算机系统，而而面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，面向测控对象，嵌入到实际应用系统中，实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式实现嵌入式应用的计算机称之为嵌入式计算机系统，简称嵌入式系统计算机系统，简称嵌入式系统(Embedded System)。工学单片机原理与嵌入式系统设计从总体上说，通用计算机系统主要用于数从总体上说，通用计算机系统主要用于数值计
7、算、信息处理，兼顾控制功能，而值计算、信息处理，兼顾控制功能，而嵌入式计算机系统主要用于控制领域，嵌入式计算机系统主要用于控制领域，兼顾数据处理。兼顾数据处理。(一般人不察觉是计算一般人不察觉是计算机机)在一个综合系统中，会出现通用计算机系在一个综合系统中，会出现通用计算机系统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮统与嵌入式计算机系统的结合，各自扮演不同的角色，共同完成系统任务演不同的角色，共同完成系统任务. 工学单片机原理与嵌入式系统设计（2 2）单片机与嵌入式系统的关系）单片机与嵌入式系统的关系）单片机与嵌入式系统的关系）单片机与嵌入式系统的关系嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的嵌
8、入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的嵌入式系统是面向测控对象，嵌入到实际应用系统中的计算机系统的统计算机系统的统计算机系统的统计算机系统的统, ,称嵌入式系统通常有称嵌入式系统通常有称嵌入式系统通常有称嵌入式系统通常有工控机、通用工控机、通用工控机、通用工控机、通用CPUCPU模块、嵌入式微处理器模块、嵌入式微处理器模块、嵌入式微处理器模块、嵌入式微处理器(Embedded (Embedded ProcessorProcessor）和嵌入式微控制器）和嵌入式微控制器）和嵌入式微控制器）和嵌入式微控制器(Embedded (Embedde
9、d MicrocontrollerMicrocontroller）。前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用前两者是基于通用计算机系统，即将通用计算机系统用于测控对象。于测控对象。于测控对象。于测控对象。后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式微处嵌入式微处嵌入式微处嵌入式微处理器理器理器理器是在通用是在通用是在通用是在通用CPUCPU基础上发展，增加满足测控对象基础上发展，
10、增加满足测控对象基础上发展，增加满足测控对象基础上发展，增加满足测控对象要求的外围接口电路，用于测控领域。要求的外围接口电路，用于测控领域。要求的外围接口电路，用于测控领域。要求的外围接口电路，用于测控领域。工学单片机原理与嵌入式系统设计嵌入式微控制器嵌入式微控制器:是在嵌入式系统的概念广泛是在嵌入式系统的概念广泛使用后，给传统单片机定位的称呼使用后，给传统单片机定位的称呼.所以，所以，所以说所以说单片机是典型的嵌入式系统单片机是典型的嵌入式系统.单片机从体系结构到指令系统都是按照嵌入单片机从体系结构到指令系统都是按照嵌入式系统的应用特点专门设计的，它能很好式系统的应用特点专门设计的，它能很好
11、地满足应用系统的嵌入，面向测控对象、地满足应用系统的嵌入，面向测控对象、现场可靠运行等方面的要求，因此由单片现场可靠运行等方面的要求，因此由单片机构成的系统是发展最快、品种最多、数机构成的系统是发展最快、品种最多、数量最大、应用最广的嵌入式系统。量最大、应用最广的嵌入式系统。工学单片机原理与嵌入式系统设计由于单片机有嵌入式应用的专用体系结构与由于单片机有嵌入式应用的专用体系结构与指令系统，而且具有体积小、可靠性高等指令系统，而且具有体积小、可靠性高等特点，又具有各种各样的型号，可以满足特点，又具有各种各样的型号，可以满足不同的需求，实际应用时，开发者可根据不同的需求，实际应用时，开发者可根据具
12、体要求选用最佳型号的单片机嵌入到应具体要求选用最佳型号的单片机嵌入到应用系统中。用系统中。工学单片机原理与嵌入式系统设计1.2单片机简介1.2.1 1.2.1 单片机单片机单片机单片机单片机：将微处理器单片机：将微处理器单片机：将微处理器单片机：将微处理器(CPU)(CPU)、存储器、存储器、存储器、存储器、I/OI/O接口电路和相应实时接口电路和相应实时接口电路和相应实时接口电路和相应实时控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算机，简称单控制器件集成在一块芯片上，称其为单片微型计算
13、机，简称单片机。片机。片机。片机。 单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机单片机开发系统有单片单板机和仿真器。实现单片机 应用系统的硬、软件开发。应用系统的硬、软件开发。应用系统的硬、软件开发。应用系统的硬、软件开发。 单片机为工业测控而设计，又称微控制器单片机为工业测控而设计，又称微控制器单片机为工业测控而设计，又称微控制器单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势具有三高优势具有三高优势具有三高优势( (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
14、价比高成度高、可靠性高、性价比高) )。 主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通主要应用于工业检测与控制、计算机外设、智能仪器仪表、通讯设备、家用电器等。讯设备、家用电器等。讯设备、家用电器等。讯设备、家用电器等。 特别适合于嵌入式微型机应用系统。特别适合于嵌入式微型机应用系统。特别适合于嵌入式微型机应用系统。特别适合于嵌入式微型机应用系统。工学单片机原理与嵌入式系统设计1. 2.2单片机的主要应用领域单片机的主要应用领域(1)工业方面工业方面实时控制、物理量的检测与处理
15、、工业机器人、实时控制、物理量的检测与处理、工业机器人、数控机床、过程控制、教学控制、智能传感器、数控机床、过程控制、教学控制、智能传感器、数据传送、分布式控制等。数据传送、分布式控制等。(2)仪器仪表方面仪器仪表方面 智能仪器仪表、医疗器械、色谱仪、示波器智智能仪器仪表、医疗器械、色谱仪、示波器智能测厚仪等。能测厚仪等。工学单片机原理与嵌入式系统设计(3)(3)民用方面民用方面民用方面民用方面 电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机、电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机、电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机、电子玩具、电子字典、记事薄、高级电子游戏机、录像机、电冰箱、洗衣机、
16、抽湿机、消毒柜、照录像机、电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照录像机、电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照录像机、电冰箱、洗衣机、抽湿机、消毒柜、照相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音响相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音响相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音响相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音响等。等。等。等。(4)(4)电讯方面电讯方面电讯方面电讯方面手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话交换机等。交换机等。交换机等。交换机等。 工学单片机
17、原理与嵌入式系统设计(5)(5)导航控制方面导航控制方面导航控制方面导航控制方面鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导航系统、电子干扰系统等。航系统、电子干扰系统等。航系统、电子干扰系统等。航系统、电子干扰系统等。(6)(6)数据处理方面数据处理方面数据处理方面数据处理方面 图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机、图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机、图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机、图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机、打
18、字机等。打字机等。打字机等。打字机等。(7)(7)汽车方面汽车方面汽车方面汽车方面 点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能点火控制、变速控制、防滑刹车、排气控制、节能控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测控制、保安控制、冷气控制、汽车报警控制、测试设备等。试设备等。试设备等。试设备等。工学单片机原理与嵌入式系统设计1.2.3单片机发展概况单片机发展概况 2020世纪世纪7070年代：年代：19751975年年 4
19、4位单片机位单片机 TMS-1000TMS-1000 1976-1978 1976-1978 初级初级8 8位单片机位单片机 Intel MCS-48 Intel MCS-48 系列系列 2 20 0世纪世纪8080年代：高档年代：高档8 8位单片机位单片机 Intel MCS-51Intel MCS-51系列：系列： -51-51-51-51子系列：子系列：子系列：子系列：8031/8051/87518031/8051/87518031/8051/87518031/8051/8751 -52-52-52-52子系列：子系列：子系列：子系列：8032/8052/87528032/8052/87
20、528032/8052/87528032/8052/8752 低功耗型低功耗型8080C31C31高性能型高性能型8080C252C252廉价型廉价型8989C2051/1051C2051/105120世纪90年代:高档单片机, DSP32位单片机 ARM工学单片机原理与嵌入式系统设计 14位单片机阶段位单片机阶段 自1975年美国德克萨斯仪器公司首次推出4位单片机TMS-1000后，各个计算机生产公司竞相推出4位单片机。例如美国国家半导体公司(National Semiconductor)的COP402系列，日本电气公司(NEC)的PD75XX系列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的PP
21、S/1系列，日本松下公司的MN1400系列，富士通公司的MB88系列等。 4位单片机主要用于家用电器、电子玩具等。工学单片机原理与嵌入式系统设计 随着集成电路工艺水平的提高，在1978年到1983年期间集成度提高到几万只管/片，因而一些高性能的8位单片机相继问世。例如，1978年摩托罗拉公司的MC6801系列，齐洛格(Zilog)公司的Z8系列，1979年NEC公司的PD78XX系列，1980年Intel公司的MCS-51系列。这类单片机的寻址能力达64 KB，片内ROM容量达48 KB，片内除带有并行I/O口外，还有串行I/O口，甚至某些还有A/D转换器功能。因此，把这类单片机称为高档8位单
22、片机。工学单片机原理与嵌入式系统设计 在高档8位单片机的基础上，单片机功能进一步得到提高，近年来推出了超8位单片机。如Intel公司的8X252、UPI-45283C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC等，它们不但进一步扩大了片内ROM和RAM的容量，同时还增加了通信功能、DMA传输功能以及高速I/O功能等。自1985年以来，各种高性能、大存储容量、多功能的超8位单片机不断涌现，它们代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。 8位单片机由于功能强，被广泛用于工业控制、智能接口、仪器仪表等各个领域。工学单片机原理与嵌入式系统设计 316位单
23、片机阶段位单片机阶段 1983年以后，集成电路的集成度可达十几万只管/片，16位单片机逐渐问世。这一阶段的代表产品有1983 年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel公司又推出的80C96，美国国家半导体公司推出的HPC16040和NEC公司推出的783XX系列等。 16位单片机把单片机的功能又推向了一个新的阶段。如MCS-96系列的集成度为12万只管/片，片内含16位CPU、8 KB ROM、232字节RAM、5个8位并行I/O口、4个全双工串行口、4个16位定时器/计数器、8级中断处理系统。MCS-96系列还具有多种I/O功能，如高速输入/输出(HSIO)、脉冲宽度调制
24、(PWM)输出、特殊用途的监视定时器(Watchdog)等等。 16位单片机可用于高速复杂的控制系统。工学单片机原理与嵌入式系统设计 432位单片机位单片机 近年来，各个计算机生产厂家已进入更高性能的32位单片机研制、生产阶段。由于控制领域对32位单片机需求并不十分迫切，所以32位单片机的应用并不很多。 需要提及的是，单片机的发展虽然按先后顺序经历了4位、8位、16位的阶段，但从实际使用情况看，并没有出现推陈出新、以新代旧的局面。4位、8位、16位单片机仍各有应用领域，如4位单片机在一些简单家用电器、高档玩具中仍有应用，8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，16位单片机在比较复杂的控制系
25、统中才有应用。工学单片机原理与嵌入式系统设计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
26、计算机知识计算机知识工学单片机原理与嵌入式系统设计2.计算机主要技术指标字长字长： CPUCPU并行处理二进制的数据位数并行处理二进制的数据位数 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：内存存储单元数内存存储单元数 容量单位：容量单位：1 1K=2K=21010=1024=1024，1M=21M=22020=1KK=1KK 8K8K、64K64K、1616M M、64M64M。运算速度运算速度：CPUCPU处理速度处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数时钟频率、主频、每秒运算次数 6 6MHzMHz、12MHz12MHz、2424MHzMH
27、z、100MHz100MHz、300MHz300MHz。内存存取周期内存存取周期：内存读写速度内存读写速度 5050nS nS 、70nS 70nS 、200200nS nS 。工学单片机原理与嵌入式系统设计1.2 .5 典型单片机产品简介典型单片机产品简介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ROM
28、ROM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803180318051805187518751895189514KB4KB128B128B2162165 58C518C51系列系列系列系列80C3180C3180C5180C5187C5187C5189C5189C514KB4KB128B128B2162165 5852852系列系列系列系列80328
29、0328052805287528752895289528KB8KB256B256B3163166 68C2528C252系列系列系列系列80C23280C23280C25280C25287C25287C25289C25289C2528KB8KB256B256B3163167 7工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计l 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
30、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。 工学单片机原理与嵌入式系统设计MCS-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
31、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。 工学单片机原理与嵌入式系统设计2、 ATMEL公司单片机 ATMEL公司生产的具有8051结构的FLASH型和EEPRQM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AVR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。
32、工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计3.Philips3.Philips公司的单片机公司的单片机公司的单片机公司的单片机 PhiliPsPhiliPs公司生产的单片机包括公司生产的单片机包括公司生产的单片机包括公司生产的单片机包括80518051结构的结构的结构的结构的80C5180C51系列系列系列系列8 8位单片机、采用位单片机、采用位单片机、采用位单片机、采用80518051结构的结构的结构的结构的1616位位位位单片机、以单片机、以单片机、以单片机、以680680（力为核心的（力为核心的（力为核心的（力为核心的1616位单片机。其中位单片机。其中位单片机。其中位
33、单片机。其中80C5180C51系列系列系列系列8 8位单片机品种多、片内资源丰富、位单片机品种多、片内资源丰富、位单片机品种多、片内资源丰富、位单片机品种多、片内资源丰富、容易开发应用产品，因此得到了广泛的应用。容易开发应用产品，因此得到了广泛的应用。容易开发应用产品，因此得到了广泛的应用。容易开发应用产品，因此得到了广泛的应用。80 80 CslCsl系列单片机的特点是具有便于开发的系列单片机的特点是具有便于开发的系列单片机的特点是具有便于开发的系列单片机的特点是具有便于开发的FLASHFLASH型单片机，具有型单片机，具有型单片机，具有型单片机，具有I I2 2C C串行总线口，具有串行
34、总线口，具有串行总线口，具有串行总线口，具有8 8一一一一1010位位位位A/DA/D，程序存储器和数据存储器容量大，还具有，程序存储器和数据存储器容量大，还具有，程序存储器和数据存储器容量大，还具有，程序存储器和数据存储器容量大，还具有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. .工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 4 4MotorolaMotorola公司的单片机公司的单片机公司的单片机公司的单片机 68HC0568HC05是是是是MotorolaMotorola公司推出的一种采用公司推出的一种采
35、用公司推出的一种采用公司推出的一种采用HCMOSHCMOS技技技技术的术的术的术的8 8位单片机。它的典型代表为位单片机。它的典型代表为位单片机。它的典型代表为位单片机。它的典型代表为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时器、能定时器、能定时器、能定时器、3434根根根根I/OI/O线（线（线（线（3131根双向根双向根双向根双向I/OI/O线，线，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器输人输出线
36、）、串行通信口、串行扩展口、时器输人输出线）、串行通信口、串行扩展口、时器输人输出线）、串行通信口、串行扩展口、时器输人输出线）、串行通信口、串行扩展口、 WatchdogWatchdog（看门狗）、（看门狗）、（看门狗）、（看门狗）、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，它们的程序存储器（系列有几十种型号，它们的程序存储器（系列有几十种型号，它们的程序存储器（系列有几十种型号，它们的程序存储器（ROMROM、EPROMEPROM）和）和）和）和RAMRAM容量、引脚封装、存储空间分
37、配、容量、引脚封装、存储空间分配、容量、引脚封装、存储空间分配、容量、引脚封装、存储空间分配、I/OI/O功能各不相同，以适应各种应用场合的不同需要。表功能各不相同，以适应各种应用场合的不同需要。表功能各不相同，以适应各种应用场合的不同需要。表功能各不相同，以适应各种应用场合的不同需要。表1414列列列列出了出了出了出了68 HC0568 HC05系列单片机的功能特性。系列单片机的功能特性。系列单片机的功能特性。系列单片机的功能特性。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 5Microchip公司的单片机公司的单片机 Microchip公司有公司有12位程序存储器的低位程
38、序存储器的低档单片机、档单片机、14位程序存储器的中档单片机、位程序存储器的中档单片机、16位程序存储器的高档单片机和位程序存储器的高档单片机和16位程序位程序存储器的增强型单片机共四大系列。存储器的增强型单片机共四大系列。Microchip公司的公司的PlC单片机品种丰富，在单片机品种丰富，在各类电子产品中被广泛应用，其产品在各类电子产品中被广泛应用，其产品在8位位单片机市场份额中排名第二。单片机市场份额中排名第二。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计6TOSHIBA公司的单片机公司的单片机 TOSHIBA公司有公司有TLCS-470系列系列4位单位单片机，片机，TL
39、CS870、TLCS870X、TLCS870C、系列、系列8位单片机，位单片机，TLCS900系列系列1632位单片机。这些单片机不位单片机。这些单片机不但但CPU和指令系统的功能强，而且片内外和指令系统的功能强，而且片内外围部件丰富，提供汇编语言和围部件丰富，提供汇编语言和C-Like语言语言的软件开发手段。的软件开发手段。TLCS-870系列国产的单系列国产的单片机开发工具片机开发工具STF870A工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 7. HITACHI7. HITACHI公司的单片机公司的单片机公司的单片机公司的单片机 HITACHIHITACHI公司的单片机有
40、公司的单片机有公司的单片机有公司的单片机有H400H400的的的的4 4位单片机系列、位单片机系列、位单片机系列、位单片机系列、H8/300LH8/300L与与与与H8/300H8/300的的的的8 8位单片机系列、位单片机系列、位单片机系列、位单片机系列、H8/300HH8/300H（外（外（外（外数据总线数据总线数据总线数据总线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位单位单位单位单片机系列和片机系列和片机系列和片机系列和SHSH的的的的3232位单片机系列。其中位单片机系列。其中位单片机系列。其
41、中位单片机系列。其中4 4位单片机位单片机位单片机位单片机H400H400主要应用于低档家用消费类产品以及主要应用于低档家用消费类产品以及主要应用于低档家用消费类产品以及主要应用于低档家用消费类产品以及BPBP机等；机等；机等；机等；8 8位单片机位单片机位单片机位单片机的的的的H8/300LH8/300L主要用于主要用于主要用于主要用于VCR/MDVCR/MD录像机等中高档家用消费录像机等中高档家用消费录像机等中高档家用消费录像机等中高档家用消费类产品以及无绳电话等，类产品以及无绳电话等，类产品以及无绳电话等，类产品以及无绳电话等，H8/300H8/300主要用子键盘和主要用子键盘和主要用子
42、键盘和主要用子键盘和ABSABS汽汽汽汽车刹车等；车刹车等；车刹车等；车刹车等；1616位单片机中的位单片机中的位单片机中的位单片机中的H8/300HH8/300H则用于则用于则用于则用于CD-ROMCD-ROM驱驱驱驱动器和打印机等，动器和打印机等，动器和打印机等，动器和打印机等，H8S/2000H8S/2000将用于将用于将用于将用于PHSPHS系统和蜂窝电话，系统和蜂窝电话，系统和蜂窝电话，系统和蜂窝电话，H8/500H8/500则用于电机控制和工程控制等；则用于电机控制和工程控制等；则用于电机控制和工程控制等；则用于电机控制和工程控制等；3232位单片机位单片机位单片机位单片机SHSH
43、用于多媒体和航空航天等领域。用于多媒体和航空航天等领域。用于多媒体和航空航天等领域。用于多媒体和航空航天等领域。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 8 8SIEMENSSIEMENS公司的单片机公司的单片机公司的单片机公司的单片机 SIEMENSSIEMENS公司生产公司生产公司生产公司生产C166C166系列系列系列系列1616位单片机和位单片机和位单片机和位单片机和C500C500系列系列系列系列8 8位单片机。位单片机。位单片机。位单片机。 C166C166系列为高速、高性能系列为高速、高性能系列为高速、高性能系列为高速、高性能1616位单片机，位单片机，位单片
44、机，位单片机，CPUCPU内部采用内部采用内部采用内部采用流水线型结构，指令周期最小为流水线型结构，指令周期最小为流水线型结构，指令周期最小为流水线型结构，指令周期最小为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），仅位），仅位），仅位），仅400ns400ns，片内，片内，片内，片内ROMROM（或（或（或（或OTPOTP或或或或FLASH MemoryFLASH Memory）最大为）最大为）最大为）最大为128KB128KB，数据存储器，数据存储器，数据存储器，数据存储器RAMR
45、AM最最最最大为大为大为大为4KB4KB。片内除常规。片内除常规。片内除常规。片内除常规I/OI/O部件以外，还具有部件以外，还具有部件以外，还具有部件以外，还具有1010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个中断优先级、个中断优先级、个中断优先级、个中断优先级、2020个个个个中断源的中断系统。中断源的中断系统。中断源的中断系统。中断源的中断系统。 该系列有该系列有该系列有该系列有C161C161、C163C163、C164C164、C165C165、C166C166和和和和C167C167
46、等产品。等产品。等产品。等产品。C166C166系列单片机主要用于通信，导航等复杂的系列单片机主要用于通信，导航等复杂的系列单片机主要用于通信，导航等复杂的系列单片机主要用于通信，导航等复杂的实时控制系统中。实时控制系统中。实时控制系统中。实时控制系统中。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 9 NS公司的单片机公司的单片机 NS（National Semiconductor Corporation，美国国家半导体公司）有，美国国家半导体公司）有COP4系列系列4位单片机、位单片机、COP8系列系列8位单片位单片机、机、HPC系列系列16位单片机，其中位单片机，其中CO
47、P8系系列是列是NS公司的主要产品。公司的主要产品。COP8（Contol Oriented Processor）是面向控制的）是面向控制的8位位单片机，该系列品种齐全，应用范围广，单片机，该系列品种齐全，应用范围广，根据应用对象的不同可以分为特色型、基根据应用对象的不同可以分为特色型、基本型和新型三大类。本型和新型三大类。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 1010 ARMARM系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机 ARMARM是是是是ARMARM微处理器核的简称，微处理器核的简称，微处理器核的简称，微处理器核的简称，ARMARM微处理器核是基微处理器核是基微处
48、理器核是基微处理器核是基于于于于RISCRISC（精简指令集计算机）技术的微处理器核，由英（精简指令集计算机）技术的微处理器核，由英（精简指令集计算机）技术的微处理器核，由英（精简指令集计算机）技术的微处理器核，由英国的国的国的国的ARMARM公司设计开发。公司设计开发。公司设计开发。公司设计开发。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产，作为知识产权供应商，靠转让设计许可，由合作公生产，作为知识产权供应商，靠转让设计许可，由合作公生产，作为知识产权供应商，靠转让设计许可，由合作公生产，作为知识产权供应商，靠转让设计许可，由合作公
49、司生产各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半导司生产各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半导司生产各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半导司生产各具特色的芯片。目前，全世界有几十家大的半导体公司从体公司从体公司从体公司从ARMARM公司购买其设计的公司购买其设计的公司购买其设计的公司购买其设计的ARMARM微处理器核，根据微处理器核，根据微处理器核，根据微处理器核，根据各自不同的应用领域，加人适当的外围电路，从而生产出各自不同的应用领域，加人适当的外围电路，从而生产出各自不同的应用领域，加人适当的外围电路，从而生产出各自不同的应用领域，加人适当的外围电路，从而生产出具有自己特色的具
50、有自己特色的具有自己特色的具有自己特色的 ARMARM单片机。单片机。单片机。单片机。 ARMARM系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下几个方面：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）存储器容量大）存储器容量大）存储器容量大）存储器容量大工学单片机原理与嵌入式系统设计（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单片机单片机的通信接口要比普通单片机丰富得多，有丰富得多，有UART、USB、Et
51、hernet、CAN、SPI和和I2C等通信接口，可以满足嵌等通信接口，可以满足嵌入式系统通信多样化的要求。入式系统通信多样化的要求。 （4）有许多第三方的软件支持）有许多第三方的软件支持工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 1111DSPDSP系列单片机系列单片机系列单片机系列单片机 DSPDSP（Digital signal ProcessorDigital signal Processor）是数字信号处理器的简称。）是数字信号处理器的简称。）是数字信号处理器的简称。）是数字信号处理器的简称。DSPDSP起源于起源于起源于起源于2020世纪五六十年代，当时主要应用于
52、雷达、原油探勘、太世纪五六十年代，当时主要应用于雷达、原油探勘、太世纪五六十年代，当时主要应用于雷达、原油探勘、太世纪五六十年代，当时主要应用于雷达、原油探勘、太空探索和医学影像等领域。现在来看空探索和医学影像等领域。现在来看空探索和医学影像等领域。现在来看空探索和医学影像等领域。现在来看DSPDSP也是一种单片机，也是一种单片机，也是一种单片机，也是一种单片机，是一种运是一种运是一种运是一种运行速度高，擅长于数字信号处理的单片机。行速度高，擅长于数字信号处理的单片机。行速度高，擅长于数字信号处理的单片机。行速度高，擅长于数字信号处理的单片机。 DSPDSP系列单片机与普通单片机的主要区别体现
53、在以下几个方面：系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下几个方面：系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下几个方面：系列单片机与普通单片机的主要区别体现在以下几个方面： （1 1）速度快）速度快）速度快）速度快 DSPDSP单片机主频较高，执行一条指令所用时间较短，单片机主频较高，执行一条指令所用时间较短，单片机主频较高，执行一条指令所用时间较短，单片机主频较高，执行一条指令所用时间较短，DSPDSP具有指令具有指令具有指令具有指令流水线，可以多条指令并行执行。此外，许多流水线，可以多条指令并行执行。此外，许多流水线，可以多条指令并行执行。此外，许多流水线，可以多条指令并行执行。此外，许多
54、DSPDSP单片机采用单片机采用单片机采用单片机采用3232位运位运位运位运算单元，做与普通单片机相同的运算，所用的指令数目少。以上的几算单元，做与普通单片机相同的运算，所用的指令数目少。以上的几算单元，做与普通单片机相同的运算，所用的指令数目少。以上的几算单元，做与普通单片机相同的运算，所用的指令数目少。以上的几个因素导致个因素导致个因素导致个因素导致DSPDSP单片机比普通单片机快得多。单片机比普通单片机快得多。单片机比普通单片机快得多。单片机比普通单片机快得多。 工学单片机原理与嵌入式系统设计 （2 2）具有适合数字信号处理的特殊指令）具有适合数字信号处理的特殊指令）具有适合数字信号处理
55、的特殊指令）具有适合数字信号处理的特殊指令 数字信号处理时，需要做大量的乘法和累加运算，数字信号处理时，需要做大量的乘法和累加运算，数字信号处理时，需要做大量的乘法和累加运算，数字信号处理时，需要做大量的乘法和累加运算，DSPDSP单片机专门的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条单片机专门的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条单片机专门的乘累加指令，使乘法和累加运算可以在一条单片机专门的乘累加指令，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处理的效率。指令中完成，大大提高了数字信号处理的效率。指令中完成，大大提高了数字信号处理的效率。指令中完成，大大提高了数字信号处理的效率。
56、 （3 3）具有独特的寻址方式）具有独特的寻址方式）具有独特的寻址方式）具有独特的寻址方式 数字信号处理中，需要对采集来的数据进行重新排序，数字信号处理中，需要对采集来的数据进行重新排序，数字信号处理中，需要对采集来的数据进行重新排序，数字信号处理中，需要对采集来的数据进行重新排序，DSPDSP单片机的单片机的单片机的单片机的“ “反比特反比特反比特反比特” ”寻址方式使排序很容易实现，大寻址方式使排序很容易实现，大寻址方式使排序很容易实现，大寻址方式使排序很容易实现，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单片机的生产厂家很多，其中单片机的生产
57、厂家很多，其中单片机的生产厂家很多，其中单片机的生产厂家很多，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公司生产公司生产公司生产公司生产 的的的的DSPDSP单片机在国内比较流行，尤其是单片机在国内比较流行，尤其是单片机在国内比较流行，尤其是单片机在国内比较流行，尤其是TITI公司的公司的公司的公司的DSPDSP最为最为最为最为普及。普及。普及。普及。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计1.2.6 单片机的应用模式单片机的应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
58、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)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。工学单片机原理与嵌入式系统设计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工学单片机原理与嵌入式系统设计1.2.7 单片机系统的开发过程 通常开发一个单片机
59、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。 工学单片机原理与嵌入式系统设计1.3 计算机的数制和转换 (1)(1) 十进制十进制N ND D有十个数码有十个数码0 09 9、逢十进一。、逢十进一。十进制用于计算机输入输出，人机交互十进制用于计算机输入输出，人机交互。 (2)(2) 二进制二进制N NB B两个数码两个数码:0:0、1,
60、1, 逢二进一逢二进一。二进制为机器中的数据形式。二进制为机器中的数据形式。 (3)(3) 十六进制十六进制N NH H十六个数码十六个数码:0:09, 9, A AF, F, 逢十六进一逢十六进一。十六进制用于表示二进制数。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不同进位制数以下标或后缀区别, ,十进制数可不带下标。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。介绍计算机中数的表示方法和基本运算方法。1.3.11.3.1进位计数制进位计数制工学单片机原理与嵌入式系统设计（1 1）二进制）二进制N NB B符号集：
61、符号集：0 0、1 1 规则：逢二进一规则：逢二进一。例例 1101.101=121101.101=123 3+12+122 2+02+021 1+12+120 0+12+12- -1 1+12+12-3-3 加权展开式以加权展开式以2 2为基数，各位系数为为基数，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-122n-1 n-1 + b+ bn-2n-222n-2 n-2 +b+b0 0220 0 +b+b-1-122-1-1+1.3.2计数进位规则与表达工学单片机原理与嵌入式系统设计（2）十六进制NH符号集：0-9、A-F 规则：逢十六进一。例：
62、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+工学单片机原理与嵌入式系统设计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、十六进制数转换成十进制数（一）二、十六进制数转换成十进
63、制数 进位计数制的一般表达式进位计数制的一般表达式： Nr= aNr= an-1n-1r rn-1n-1+a+an-2n-2r rn-2n-2+ +a+ +a1 1r r1 1a a0 0r r0 0a a-1-1r r-1-1a a-m-mr r-m-m 一个一个r r1 1进制的数转换成进制的数转换成r r2 2进制数的方法：进制数的方法：先展开，然后按先展开，然后按r r2 2进制的运算法则求和计算进制的运算法则求和计算。工学单片机原理与嵌入式系统设计（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 1111.00
64、10 = 3 A F 2 1111101.11B = 0111 1101.1100 = 7D.CH 7 D C工学单片机原理与嵌入式系统设计（三）（三）十进制数转换成二、十六进制数整数、小数分别转换整数、小数分别转换 1. 1.整数转换法整数转换法“除除基基取取余余”：十十进进制制整整数数不不断断除除以以转转换换进进制制基基数数，直直至至商商为为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。举例举例：1. 1. 3939转换成二进制数转换成二进制数39 =10011139 =100111B B2 2 39 1 39 1 （ b b0 0） 2 2 19 1 19 1
65、（ b b1 1） 2 9 1 2 9 1 （ b b2 2） 2 2 4 0 4 0 （ b b3 3） 2 2 2 0 2 0 （ b b4 4） 2 1 1 2 1 1 （ b b5 5） 0 0 2. 2. 208208转换成十六进制数转换成十六进制数 208 = D0H16 208 余余 016 13 余余 13 = D 0H 工学单片机原理与嵌入式系统设计（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。举例举例：1. 1. 0.6250.
66、625转换成二进制数转换成二进制数0.625 0.625 2 2 1.250 1 (1.250 1 (b b-1-1) ) 2 2 0.5 0 0 (b0.5 0 0 (b-2-2) ) 2 2 1.0 1.0 1 (b 1 (b-3-3) ) 0.625 = 0.1010.625 = 0.101B B2. 2. 0.6250.625转换成十六进制数转换成十六进制数 0.625 16 = 10.00.625 16 = 10.0 0.625 = 0.0.625 = 0.AHAH3. 208.625 3. 208.625 转换成十六进制转换成十六进制数数208.625 = 208.625 = D0
67、.AHD0.AH工学单片机原理与嵌入式系统设计1.3.4带符号数的表示方法机器数机器数机器数机器数在计算机中，因为只有在计算机中，因为只有“ “0”0”和和“ “1”1”两种形式，所以数两种形式，所以数的正、负号，也必须以的正、负号，也必须以“ “0”0”和和“ “1”1”表示。通常把一个表示。通常把一个数的最高位定义为符号位，用数的最高位定义为符号位，用0 0表示正，表示正，1 1表示负，称为表示负，称为数符：其余位仍表示数值。数符：其余位仍表示数值。把在机器内存放的正、负号把在机器内存放的正、负号数码化的数称为机器数，把机器外部由正、负号表示的数码化的数称为机器数，把机器外部由正、负号表示
68、的数称为真值数。数称为真值数。 机器中，数的符号用机器中，数的符号用“0 0”、“1 1” 表示。表示。 最高位作符号位，最高位作符号位，“0 0”表示表示“+”+”，“1 1”表示表示“- -”。（一）机器数与真值（一）机器数与真值（一）机器数与真值（一）机器数与真值工学单片机原理与嵌入式系统设计 机器数机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为机器中数的表示形式，其位数通常为8 8的倍的倍数数 真值真值： 机器数所代表的实际数值。机器数所代表的实际数值。 举例举例: :一个一个8 8位机器数与它的真值对应关系如下：位机器数与它的真值对应关系如下： 真值：真值：X1=+84=+1010100X
69、1=+84=+1010100B B X2=-84=X2=-84= -1010100-1010100B B 机器数机器数( (原码原码) )： X1X1机机= 01010100 = 01010100 X2X2机机= = 1101010011010100 20102010年年年年9 9月月月月2727日星期一日星期一日星期一日星期一工学单片机原理与嵌入式系统设计要注意的是，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，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，最
70、高位为符号位，即最小值为-128。工学单片机原理与嵌入式系统设计 （二）数的定点和浮点表示（二）数的定点和浮点表示（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，主要分成定点小数、定点整数计算机内表示的数，主要分成定点小数、定点整数计算机内表示的数，主要分成定点小数、定点整数计算机内表示的数，主要分成定点小数、定点整数与浮点数三种类型。与浮点数三种类型。与浮点数三种类型。与浮点数三种类型。 （1 1）定点小数的表示法）定点小数的表示法）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位置上定点小数是指小数点准确固定在数据某一个位置上定点小数是指小数
71、点准确固定在数据某一个位置上定点小数是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的左边，小数点的小数。一般把小数点固定在最高数据位的左边，小数点的小数。一般把小数点固定在最高数据位的左边，小数点的小数。一般把小数点固定在最高数据位的左边，小数点前边再设一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写前边再设一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写前边再设一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写前边再设一位符号位。按此规则，任何一个小数都可以写成：成：成：成： N=NSNN=NSN1,N1,N2N2NMM， NSNS为符号位为符号位为符号位为符号位 （2 2）整数的表示
72、法）整数的表示法）整数的表示法）整数的表示法 整数所表示的数据的最小单位为整数所表示的数据的最小单位为整数所表示的数据的最小单位为整数所表示的数据的最小单位为1 1，可以认为它是小，可以认为它是小，可以认为它是小，可以认为它是小数点定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号数点定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号数点定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号数点定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号和不带符号两类。对带符号的整数，符号位放在最高位。和不带符号两类。对带符号的整数，符号位放在最高位。和不带符号两类。对带符号的整数，符号位放在最高位。和不带符号两类。对带符
73、号的整数，符号位放在最高位。可以写成：可以写成：可以写成：可以写成： N=NSNnNnN=NSNnNn1N2 N1 N01N2 N1 N0， NSNS为符号位为符号位为符号位为符号位工学单片机原理与嵌入式系统设计(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。 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
74、, 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工学单片机原理与嵌入式系统设计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：， 工学单片机原理与嵌入式系统设计 应当注意：浮点数的正、负是由尾数的数符确定，而
75、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，带符号数可以用不同方法表示，常用的有原码、反码和补码。工学单片机原理与嵌入式系统设计最高位为符号位，最高位为符号位，0 0表示表示 “+” “+”，1 1表示表示“”。数值位与真值数值位相同。数值位与真值数值位相同。例例例例 8 8位原码机器数：位原码机器数：位原码机器数：位原码机器数： 真值：真值： x1 = +B x2 = B 机器数：机器数：x1原原原原 = = x2原原 = 原原码码表表示示简简单单直直观观, ,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。杂。 有符号数通常使用三种表示
76、方法：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：有符号数通常使用三种表示方法：( (三三) )原码原码( (True Form)True Form)工学单片机原理与嵌入式系统设计+1原原0 0000001， -1原原1 0000001+127原原0 1111111， -127原原1 111111l在原码表示中，零有两种表示形式，即：在原码表示中，零有两种表示形式，即： +0， -0。工学单片机原理与嵌入式系统设计（四）补码（四）补码（Twos ComplementTwos Complement）正数的补码表示与原码相同。 负数补码的符号位为1，数值位等于求反加1。例：求 8位
77、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。工学单片机原理与嵌入式系统设计补码运算X+Y补=X补+Y补X-Y补=X补+-Y补工学单片机原理与嵌入式系统设计 +1+1补，补， -1-1补补 +127 +127补，补， -127-127补补 由此看出，在补码表示中：由此看出，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正数的补码与原码相同，负数的补码等于它的反码加1 1。 机器数的最高位是符号位，机器数的最高位是符号位，0 0代表正号，代表正号，1 1代表负号。代
78、表负号。 在补码表示中，在补码表示中，0 0有唯一的编码：有唯一的编码： 00补补 00补。补。 补码的运算方便，二进制的减法可用补码的加法实补码的运算方便，二进制的减法可用补码的加法实现，使用较广泛。现，使用较广泛。工学单片机原理与嵌入式系统设计数的补码与数的补码与“模模”有关有关 “模模”即计数系统的量程。即计数系统的量程。当X0，X补= 模-X8位二进制数的模为： 28 = 256当X0，X补= 28 -X = 256 -X= 255 -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
79、0000B 不是0，而是128工学单片机原理与嵌入式系统设计8 8位机器数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工学单片机原理与嵌入式系统设计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=11111= 00FFH X2原=11111= 80FFH X2补=1111111100000001= FF01H 1. 1. 1. 1. 真值
80、机器数工学单片机原理与嵌入式系统设计1.3.6 二二十进制编码十进制编码BCD码码例：求十进制数876的BCD码876BCD = 1000 0111 0110 876 = 36CH = 11 0110 1100BBCDBCD码码( (Binary Coded Decimal)Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。二进制代码表示的十进制数。一一. .8421 8421 BCDBCD码码工学单片机原理与嵌入式系统设计 【例例】将将69.2569.25转换成转换成BCDBCD码。码。 6 9 . 2 5 6 9 . 2 5 0110 1001 . 0010 0101 0
81、110 1001 . 0010 0101 结果为结果为69.25=(01101001.00100101)BCD69.25=(01101001.00100101)BCD 【例例】将将BCDBCD码码1.010101101.01010110转换成十进制数。转换成十进制数。 1001 0111 1000 . 0101 01101001 0111 1000 . 0101 0110 9 7 8 . 5 6 9 7 8 . 5 6 结果为（结果为（1.010101101.01010110）BCD=978.56BCD=978.56工学单片机原理与嵌入式系统设计二二. . BCD码运算十进制调整：计算机实际按
82、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 结果无借位：9工学单片机原理与嵌入式系
83、统设计1.3.7字符编码计算机中数的单位计算机中数的单位位（位（bit）计算机中数的最小单位计算机中数的最小单位字节（字节（byte）表示存储空间大小的最基本的容量单位表示存储空间大小的最基本的容量单位字（字（word）计算机进行数据处理和运算的单位计算机进行数据处理和运算的单位工学单片机原理与嵌入式系统设计二进制编码：二进制编码：把数字、字母、符号都转化成特定的二进把数字、字母、符号都转化成特定的二进制码来表示。制码来表示。字母与字符的编码方法：可有不同的编码字母与字符的编码方法：可有不同的编码方式方式工学单片机原理与嵌入式系统设计美国标准信息交换码美国标准信息交换码ASCIIASCII码码
84、，用于计算机与，用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。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（American Standard Code For Information Interchange）字符编码，即美国信息交换标准代码，如表所示。 工学单片机原理与嵌入式系统设计把数字（把数字（0-9）,英文大小写字母，标点英文大小写字母，标点和控制的附加字符，用和控制的附加字符，用7位二进制来表示。位二进制来表示。高高3位和低位和低4位。位。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计 ASCIIASCII码的每个字符用码的每个字符用7 7位二
85、进制数表示，其排列次序为位二进制数表示，其排列次序为d6d5d4d3d2d1d0, d6d6d5d4d3d2d1d0, d6为高位，为高位，d0d0为低位。而一个字符在为低位。而一个字符在计算机内实际是用计算机内实际是用8 8位表示。正常情况下，最高一位位表示。正常情况下，最高一位d7d7为为“ “0”0”。7 7位二进制数共有位二进制数共有128128种编码组合，可表示种编码组合，可表示128128个个字符，其中数字字符，其中数字1010个、大小写英文字母个、大小写英文字母5252个、其他字符个、其他字符3232个和控制字符个和控制字符3434个。个。 数字数字0 09 9的的ASCIIAS
86、CII码为码为30H30H39H39H。 大写英文字母大写英文字母A AZ Z的的ASCIIASCII码为码为41H41H5AH5AH。 小写英文字母小写英文字母a az z的的ASCIIASCII码为码为61H61H7AH7AH。 对于对于ASCIIASCII码表中的码表中的0 0、A A、a a的的ASCIIASCII码码30H30H、41H41H、61H61H应尽量记住，其余的数字和字母的应尽量记住，其余的数字和字母的ASCIIASCII码可按数字和码可按数字和字母的顺序以十六进制的规律写出。字母的顺序以十六进制的规律写出。工学单片机原理与嵌入式系统设计工学单片机原理与嵌入式系统设计汉字
87、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。 工学单片机原理与嵌入式系统设计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
88、汉字字字字库库） 1 1）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 2 2）汉字的机内码汉字的机内码（GB2312-1980GB2312-1980国标码）国标码） 3 3）汉字的输入码（外码）汉字的输入码（外码） 4 4）汉字的字形码汉字的字形码 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
89、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。 工学单片机原理与嵌入式系统设计为了区别汉字和西文，将汉字编码的最高为了区别汉字和西文，将汉字编码的最高位置成位置
90、成“1”，然后由软件根据最高位做出判，然后由软件根据最高位做出判断断一个汉字可有几个外码，但只有一个内码一个汉字可有几个外码，但只有一个内码工学单片机原理与嵌入式系统设计GB2312GB2312的编码的编码的编码的编码所有的国标汉字与符号组成一个所有的国标汉字与符号组成一个所有的国标汉字与符号组成一个所有的国标汉字与符号组成一个94949494的矩阵。的矩阵。的矩阵。的矩阵。在此方阵中在此方阵中在此方阵中在此方阵中, ,每一行称为一个每一行称为一个每一行称为一个每一行称为一个 区区区区,每一列称为一个每一列称为一个每一列称为一个每一列称为一个 位位位位,因此因此因此因此, ,这个方阵实际上组成
91、了一个有这个方阵实际上组成了一个有这个方阵实际上组成了一个有这个方阵实际上组成了一个有9494个区个区个区个区( (区号分别为区号分别为区号分别为区号分别为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别为分别为分别为分别为0101到到到到94)94)的汉字字符集。一个汉字所在的的汉字字符集。一个汉字所在的的汉字字符集。一个汉字所在的的汉字字符集。一个汉字所在的区号和位号简单地组合在一起就构成了该汉字的区号和位号简单地组合在一起就构成了该汉字的区号和位号简单地组合在一起就构成了该汉字的区号和位号简单地组合在一起就
92、构成了该汉字的 区位码区位码区位码区位码 。在汉字的区位码中，高两位为区号，低。在汉字的区位码中，高两位为区号，低。在汉字的区位码中，高两位为区号，低。在汉字的区位码中，高两位为区号，低两位为位号。两位为位号。两位为位号。两位为位号。 在区位码中，在区位码中，在区位码中，在区位码中，01-0901-09区为区为区为区为682682个特个特个特个特殊字符，殊字符，殊字符，殊字符，16871687区为汉字区，包含区为汉字区，包含区为汉字区，包含区为汉字区，包含67636763个汉字个汉字个汉字个汉字 。其中。其中。其中。其中16-5516-55区为一级汉字区为一级汉字区为一级汉字区为一级汉字(37
93、55(3755个最常用的汉个最常用的汉个最常用的汉个最常用的汉字，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区为二级汉区为二级汉区为二级汉区为二级汉字字字字(3008(3008个汉字，按部首次序排列个汉字，按部首次序排列个汉字，按部首次序排列个汉字，按部首次序排列) )。工学单片机原理与嵌入式系统设计汉字的区位码每两位加上汉字的区位码每两位加上0xA0就是计算机就是计算机中的中的GB2312码。码。比如比如“啊啊”区位码是区位码是1601，GB码是码是0xB0A1。B0 = 16 + A0，A1 = 01 + A0。
94、工学单片机原理与嵌入式系统设计2011年年9月月19日日 1 1.3.8 .3.8 奇偶校验码奇偶校验码 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偶校验就是鉴别代码中有奇数个“ “1 1，还是有偶数个，还是有偶数个“ “1
95、1。工学单片机原理与嵌入式系统设计最简单的检错方法是 奇偶校验 ,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:1 0110 , 0101 0 0110 , 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:1 0100 , 0101 0 0100 , 0001 工学单片机原理与嵌入式系统设计例如，有效信息为，若采用偶校验码记为“0”的话，则有效代码为0 1011001 ；采用奇校验码记为“1”的话，有效代码则为1 1011001 。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。工学单片机原理与嵌入式系统设计学习要求：学习要求：上课记笔记上课记笔记独立完成作业独立完成作业认真做好实验认真做好实验学习方法：动手实践学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.工学单片机原理与嵌入式系统设计
