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1、介绍单片机介绍单片机基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势基础知识、发展历史、应用领域及发展趋势。8 8位单片机的主流机型，较大市场份额的位单片机的主流机型，较大市场份额的MCS-51MCS-51系列单片机系列单片机及其兼容的单片机（统称为及其兼容的单片机（统称为5151系列单片机）系列单片机）对目前对目前流行的流行的5151单片机单片机的的代表性机型：代表性机型：美国美国ATMELATMEL公司的公司的AT89C5x/AT89S5xAT89C5x/AT89S5x系列单片机及代表性产品系列单片机及代表性产品AT89S51AT89S51详细详细介绍。介绍。简要介绍简要介绍其它类型其它类型的单片机
2、。的单片机。初步了解初步了解嵌入式处理器嵌入式处理器：单片机，数字信号处理器（：单片机，数字信号处理器（DSPDSP）、）、嵌入式微处理器嵌入式微处理器第一章内容概要第一章内容概要11 1 电子计算机的发展概述电子计算机的发展概述1. 1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算机的问世及其经典结构3 3 单片机的发展过程及产品近况单片机的发展过程及产品近况3. 1 单片机的发展过程单片机的发展过程1. 2 微型计算机的应用形态微型计算机的应用形态3. 2 单片机产品近况单片机产品近况2. 1 存储器的概述存储器的概述2. 3 I/O接口及外设接口及外设2. 2 CPU的组成及作用的组成及作用2
3、2 计算机各组成部分的介绍计算机各组成部分的介绍25 5 MCS-51系列与系列与AT89C5x系列单片机系列单片机5. 1 MCS-51系列系列5. 2 AT89C5x（AT89S5x）系列单片机）系列单片机4 单片机的特点及应用领域单片机的特点及应用领域4. 2 单片机的片机的应用用领域域4. 1 单片机的特点片机的特点6.3 单片机开片机开发方式的方式的发展展6 6 单片机片机应用系用系统开开发简介介6.1 单片机片机应用系用系统的开的开发6.2 单片机片机应用系用系统传统开开发方式方式4. 3 单片机的片机的发展展趋势3一、二进制、十进制、十六进制一、二进制、十进制、十六进制二、不同进
4、制之间相互转换二、不同进制之间相互转换三、原码、反码及补码三、原码、反码及补码四、数据在计算机中的表示四、数据在计算机中的表示补充补充 常用数制和编码常用数制和编码补充补充 数制与编码的简单回顾数制与编码的简单回顾1 数制数制2 编码7 AVR7 AVR系列系列单片机与片机与PICPIC系列系列单片机片机8 8 各各类嵌入式嵌入式处理器理器简介介41 电子子计算机的算机的发展概述展概述1946年年2月月15日日，第一台电子数字第一台电子数字计算机问世，这计算机问世，这标志着计算机时标志着计算机时代的到来。代的到来。 ENIAC（“埃尼阿克埃尼阿克”）1.1 电子计算机的问世及其经典结构电子计算
5、机的问世及其经典结构ENIAC是电子管计算机，时钟频率仅有是电子管计算机，时钟频率仅有100 KHz，但能在，但能在1秒钟的时间内完成秒钟的时间内完成5000次加法运算。次加法运算。与现代的计算机相比，有许多不足，但与现代的计算机相比，有许多不足，但它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，它的问世开创了计算机科学技术的新纪元，对人类的生产和生活方式产生了巨大的影对人类的生产和生活方式产生了巨大的影响响 。5 匈匈牙牙利利籍籍数数学学家家冯冯诺诺依依曼曼在在方方案案的的设设计计上上做做出出了了重重要要的的贡贡献献。1946年年6月月，他他又又提提出出了了“程程序序存存储储”和和“二二进进制制运运算
6、算”的的思思想想，进进一一步步构构建建了了计计算算机机由由运运算算器器、控控制制器器、存储器、输入设备和输出设备组成存储器、输入设备和输出设备组成这一计算机的经典结构。这一计算机的经典结构。（EDVAC-ELECTRONIC DISCRETE VARIABLE AUTOMATIC COMPUTER）6电子子计算机技算机技术的的发展，相展，相继经历了五个了五个时代：代：电子管计算机；电子管计算机；晶体管计算机；晶体管计算机；集成电路计算机；集成电路计算机；大规模集成电路计算机；大规模集成电路计算机；超大规模集成电路计算机。超大规模集成电路计算机。计计算算机机的的结结构构仍仍然然没没有有突突破破冯
7、冯诺诺依依曼曼提提出出的的计计算机的经典结构框架。算机的经典结构框架。71.2 微型计算机的应用形态微型计算机的应用形态v从应用形态上，微机可以分成三种：从应用形态上，微机可以分成三种：单板机板机单片机片机系系统机（多板机）机（多板机）8 单板机单板机 将将CPU芯片、芯片、存储器存储器芯片、芯片、I/O接口接口芯片和简单的芯片和简单的I/O设设备备（小键盘、（小键盘、LED显示器）等装配在一块印刷电路板上，显示器）等装配在一块印刷电路板上，再配上再配上监控程序监控程序（固化在（固化在ROM中），就构成了一台单板微中），就构成了一台单板微型计算机（简称单板机）。型计算机（简称单板机）。单板机板
8、机单单板板机机的的I/O设设备备简简单单，软软件件资资源源少少，使使用用不不方方便便。早早期期主主要要用用于于微微型型计计算算机机原原理理的的教教学学及及简简单单的的测测控控系系统统，现在已很少使用。现在已很少使用。9 单片机单片机 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接接口电路，从而构成了口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。单芯片微型计算机，即单片机。 单单片片机机（嵌嵌入入式式应应用用）属属于于专专用用计计算算机机，主主要要应应用用于于智智能能仪仪表表、智智能能传传感感器器、智智能能家家电电、智智能能办办公公设设备备、汽汽车及
9、军事电子设备等应用系统。车及军事电子设备等应用系统。 单单片片机机体体积积小小、价价格格低低、可可靠靠性性高高，其其非非凡凡的的嵌嵌入入式式应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。应用形态对于满足嵌入式应用需求具有独特的优势。102 2 计算机各组成部分的介绍计算机各组成部分的介绍2.1 2.1 存储器的概述存储器的概述存储器框图存储器框图存储器框图存储器框图存存储储体体输入输出控制输入输出控制控制线控制线地址线地址线数据线数据线 . 地地址址译译码码11v2.1.2 存储器的作用存储器的作用v2.1.3 存储器的表达存储器的表达v2.1.4 存储器的种类、内部数据存储器的种类、内部数据
10、v2.1.5 存储器的访问存储器的访问v存储器的容量及地址线的计算存储器的容量及地址线的计算地址线的根数：地址线的根数： n地址线空间：地址线空间： 2n地址：地址： 从从 n个个0 n个个1122.2 CPU2.2 CPU的组成及作用的组成及作用算术逻辑单元算术逻辑单元( (简称简称ALUALU）运算器运算器累加器累加器 寄存器寄存器CPUCPU运算器运算器 控制器控制器2.2.1 CPU、运算器及控制器的组成、运算器及控制器的组成1314 ALU ALU可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等可对两个操作数进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。操作，最后将结果存入累
11、加器。 ALU ALU执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确执行不同的运算操作是由不同控制线上的信息所确定的。定的。 ALU ALU的两个主要的输入来源：的两个主要的输入来源：累加器、数据寄存器累加器、数据寄存器2.2.2 运算器的作用运算器的作用对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，对指令进行译码或测试，并产生相应的操作控制信号，以便启动规定的动作。以便启动规定的动作。指挥并控制指挥并控制CPUCPU、内存和输入、内存和输入/ /输出设备之间数据流动的输出设备之间数据流动的方向。方向。2.2.3 控制器的主要功能控制器的主要功能152.3 I/O2.3 I/O接口及外接口及外
12、设每每个个外外设设与与微微处处理理器器的的连连接接必必须须经经过过接接口口适适配配器器（I/OI/O接口）。接口）。每每个个I/OI/O接接口口及及其其对对应应的的外外设设都都有有一一个个固固定定的的地地址址，在在CPUCPU的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。的控制下实现对外设的输入（读）和输出（写）操作。比较比较I/OI/O接口与存储器的访问接口与存储器的访问常见的外设举例：打印机常见的外设举例：打印机 键盘键盘 显示器显示器 硬盘硬盘 等等163 3 单片机的片机的发展展过程及程及产品近况品近况3.1 3.1 单片机的片机的发展展过程程 单片机技片机技术发展展过程可分程可分为
13、三个主要三个主要阶段：段： 单芯片微机形成芯片微机形成阶段段 1976年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-48系列系列单片机片机 。8位位CPU、1K字字节ROM、64字字节RAM、27根根I/O线和和1个个8位定位定时/计数器数器。 特点是：特点是：存存储器容量器容量较小，小，寻址范址范围小（不大于小（不大于4K），无），无串行接口，指令系串行接口，指令系统功能不功能不强强。 17 性能完善提高性能完善提高阶段段 1980年，年，Intel公司推出了公司推出了MCS-51系列单片机：系列单片机：8位位CPU、4K字节字节ROM、128字节字节RAM、4个个8位并口、位并口、1个全双
14、工串个全双工串行口、行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻址范围计数器。寻址范围64K，并有控制功能，并有控制功能较强的布尔处理器。较强的布尔处理器。 特点是特点是：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的：结构体系完善，性能已大大提高，面向控制的特点进一步突出。现在，特点进一步突出。现在，MCS-51已成为公认的单片机经典已成为公认的单片机经典机种机种 。18 微控制器化微控制器化阶段段 特点是特点是：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以：片内面向测控系统外围电路增强，使单片机可以方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。方便灵活地用于复杂的自动测控系统及设备。“微控制器微控制器”的称
15、谓更能反应单片机的本质的称谓更能反应单片机的本质。 1982年，年，Intel推出推出MCS-96系列单片机。系列单片机。 芯片内集成：芯片内集成：16位位CPU、8K字节字节ROM、232字节字节RAM、5个个8位并口、位并口、1个全双工串行口、个全双工串行口、2个个16位定时位定时/计数器。寻计数器。寻址范围址范围64K。片上还有。片上还有8路路10位位ADC、1路路PWM输出及高速输出及高速I/O部件等。部件等。19 ATMELATMEL公司融入公司融入FlashFlash存存储器技器技术的的AT89AT89系列；系列； PhilipsPhilips公司的公司的80C5180C51、80
16、C55280C552系列；系列； 华邦公司的邦公司的W78C51W78C51、W77C51W77C51高速低价高速低价系列；系列； ADIADI公司的公司的ADC8xxADC8xx高精度高精度ADCADC系列；系列； LGLG公司的公司的GMS90/97GMS90/97低低压高速高速系列；系列； MaximMaxim公司的公司的DS89C420DS89C420高速（高速（50MIPS50MIPS）系列；系列； CygnalCygnal公司的公司的C8051FC8051F系列高速系列高速SOCSOC单片机。片机。 80C5180C51系列系列单片机片机产品繁多，品繁多，主流地位已主流地位已经形成
17、，形成，近近年来推出的年来推出的与与80C5180C51兼容兼容的主要的主要产品有：品有：3.2 3.2 单片机片机产品品“近况近况”20 非非80C5180C51结构单片机新品结构单片机新品不断推出，给用户提供了不断推出，给用户提供了更为广泛的选择空间更为广泛的选择空间 ，近年来推出的非，近年来推出的非80C5180C51系列的主系列的主要产品有：要产品有：Intel的的MCS-96系列系列16位单片机位单片机 ； Microchip的的PIC系列系列RISC单片机单片机 ；TI的的MSP430F系列系列16位位低功耗低功耗单片机单片机 。214 4 单片机的特点及片机的特点及应用用领域域4
18、.1 4.1 单片机的特点片机的特点 控制性能和可靠性高控制性能和可靠性高 实时控制功能特控制功能特别强强，其，其CPUCPU可以可以对I/OI/O端口直接端口直接进行操作，行操作，位操作能力位操作能力更是其它更是其它计算机无法比算机无法比拟的。另外，由于的。另外，由于CPUCPU、存、存储器及器及I/OI/O接口接口集成在同一芯片内集成在同一芯片内，各部件，各部件间的的连接接紧凑，数凑，数据在据在传送送时受干受干扰的影响的影响较小小，且不易受，且不易受环境条件的影响，境条件的影响，所以所以单片机的片机的可靠性非常高可靠性非常高。22体积小、价格低、易于产品化体积小、价格低、易于产品化 单片机
19、芯片即是一台完整的微型计算机单片机芯片即是一台完整的微型计算机，对于批量大的专，对于批量大的专用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；用场合，一方面可以在众多的单片机品种间进行匹配选择；同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良同时还可以专门进行芯片设计，使芯片的功能与应用具有良好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机好的对应关系；在单片机产品的引脚封装方面，有的单片机引脚已减少到引脚已减少到8个或更少。从而使应用系统的个或更少。从而使应用系统的印制板减小、接印制板减小、接插件减少、安装简单方便。插件减少、安装简单方便。 近期推出的近期推出的单片机片机产品，内
20、部集成有高速品，内部集成有高速I/OI/O口、口、ADCADC、PWMPWM、WDTWDT等部件，并在低等部件，并在低电压、低功耗、串行、低功耗、串行扩展展总线、控、控制网制网络总线和开和开发方式（如在系方式（如在系统编程程ISPISP）等方面都有了）等方面都有了进一步的增一步的增强强。234.2 4.2 单片机的片机的应用用领域域智能智能仪器器仪表表 单片机用于各种片机用于各种仪器器仪表，一方面提高了表，一方面提高了仪器器仪表的表的使用功能和精度，使使用功能和精度，使仪器器仪表智能化，同表智能化，同时还简化了化了仪器器仪表的硬件表的硬件结构，从而可以方便地完成构，从而可以方便地完成仪器器仪表
21、表产品的升品的升级换代。如代。如各种智能各种智能电气气测量量仪表、智能表、智能传感器感器等。等。机电一体化产品机电一体化产品 机机电一体化一体化产品是集机械技品是集机械技术、微、微电子技子技术、自、自动化化技技术和和计算机技算机技术于一体，具有智能化特征的各种机于一体，具有智能化特征的各种机电产品。品。单片机在机片机在机电一体化一体化产品的开品的开发中可以中可以发挥巨大的作巨大的作用。典型用。典型产品如机器人、数控机床、自品如机器人、数控机床、自动包装机、点包装机、点钞机、机、医医疗设备、打印机、打印机、传真机、复印机等。真机、复印机等。24 实时工工业控制控制单片机还可以用于各种物理量的采集
22、与控制。电流、电压、单片机还可以用于各种物理量的采集与控制。电流、电压、温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片温度、液位、流量等物理参数的采集和控制均可以利用单片机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，机方便地实现。在这类系统中，利用单片机作为系统控制器，可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期可以根据被控对象的不同特征采用不同的智能算法，实现期望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如望的控制指标，从而提高生产效率和产品质量。典型应用如电机转速控制、温度控制、自动生产线电机转速控制、温度控制、自动生产线等等 。 分布式系统的前端模块分布式系统
23、的前端模块 在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统在较复杂的工业系统中，经常要采用分布式测控系统完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机完成大量的分布参数的采集。在这类系统中，采用单片机作为分布式系统的前端采集模块，系统具有作为分布式系统的前端采集模块，系统具有运行可靠，数运行可靠，数据采集方便灵活，成本低廉据采集方便灵活，成本低廉等一系列优点。等一系列优点。25家用电器家用电器家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广家用电器是单片机的又一重要应用领域，前景十分广阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设阔。如空调器、电冰箱、洗衣机、电饭煲、高档洗浴设备、高档玩具
24、等。备、高档玩具等。 另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器另外，在交通领域中，汽车、火车、飞机、航天器等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天等均有单片机的广泛应用。如汽车自动驾驶系统、航天测控系统、黑匣子等测控系统、黑匣子等 。使用温度：使用温度：民品：民品：0 +70C 工业品：工业品：-40 +85C汽车：汽车：-40 +105C 军品：军品： -55 +125C26单片机的发展趋势将是单片机的发展趋势将是向大容量、高性能化，外围电路内装向大容量、高性能化，外围电路内装化等方面发展化等方面发展。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出。为满足不同用户的要求，各公司竞相推出能满
25、足不同需要的产品。能满足不同需要的产品。1 1CPUCPU的改进的改进（1 1）增加）增加CPUCPU数据总线宽度数据总线宽度。例如，各种。例如，各种1616位单片机和位单片机和3232位位单片机，数据处理能力要优于单片机，数据处理能力要优于8 8位单片机。另外，位单片机。另外，8 8位单片位单片机内部采用机内部采用1616位数据总线位数据总线，其数据处理能力明显优于一般，其数据处理能力明显优于一般8 8位单片机。位单片机。（2 2）采用）采用双双CPUCPU结构，以提高数据处理能力。结构，以提高数据处理能力。274.3 4.3 单片机的片机的发展展趋势272 2存储器的发展存储器的发展（1
26、1）片内程序存储器普遍采用）片内程序存储器普遍采用闪烁（闪烁（FlashFlash）存储器）存储器。可不。可不用外扩展程序存储器，简化系统结构。用外扩展程序存储器，简化系统结构。（2 2）加大存储容量加大存储容量。目前有的单片机片内程序存储器容量。目前有的单片机片内程序存储器容量可达可达128KB128KB甚至更多。甚至更多。3 3片内片内I/OI/O的改进的改进（1 1）增加并行口）增加并行口驱动能力驱动能力，以减少外部驱动芯片。有的单，以减少外部驱动芯片。有的单片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动片机可以直接输出大电流和高电压，以便能直接驱动LEDLED和和VFDVFD（荧光显示
27、器）。（荧光显示器）。（2 2）有些单片机设置了一些）有些单片机设置了一些特殊的串行特殊的串行I/OI/O功能功能，为，为构成分构成分布式、网络化系统布式、网络化系统提供方便条件。提供方便条件。284 4低功耗化低功耗化CMOSCMOS化，功耗小，配置有化，功耗小，配置有等待状态、睡眠状态、关闭状态等待状态、睡眠状态、关闭状态等等工作方式。消耗电流仅在工作方式。消耗电流仅在A A或或nAnA量级，适于电池供电的便量级，适于电池供电的便携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。携式、手持式的仪器仪表以及其它消费类电子产品。5 5外围电路内装化外围电路内装化众多外围电路全部装入片内，即众多外围
28、电路全部装入片内，即系统的单片化系统的单片化是目前发展趋是目前发展趋势之一。势之一。例如，例如，美国美国CygnalCygnal公司的公司的C8051F020 C8051F020 8 8位单片机，位单片机，内部采用流水线结构，大部分内部采用流水线结构，大部分指令的完成时间指令的完成时间为为1 1或或2 2个时个时钟周期，钟周期，峰值处理能力峰值处理能力为为25MIPS25MIPS。片上集成有。片上集成有8 8通道通道A/DA/D、两路两路D/AD/A、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可编程数字交叉开关和可编程数字交叉开关和6464个通用个通用I/
29、OI/O口、电源监测、口、电源监测、2929看门狗、多种类型的串行接口（两个看门狗、多种类型的串行接口（两个UARTUART、SPISPI）等。一片）等。一片芯片就是一个芯片就是一个“测控测控”系统。系统。综上所述，单片机正在综上所述，单片机正在向多功能、高性能、高速度（时钟达向多功能、高性能、高速度（时钟达40MHz40MHz）、低电压（）、低电压（2.7V2.7V即可工作）、低功耗、低价格即可工作）、低功耗、低价格（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据（几元钱）、外围电路内装化以及片内程序存储器和数据存储器容量不断增大存储器容量不断增大的方向发展。的方向发展。3030 （1 1
30、）MCS-51MCS-51是是IntelIntel公司生公司生产的一个的一个单片机片机系列系列名称。名称。属于属于这一系列的一系列的单片机有多种，如：片机有多种，如： 8051/8751/80318051/8751/8031； 8052/8752/80328052/8752/8032； 80C51/87C51/80C3180C51/87C51/80C31 80C52/87C52/80C3280C52/87C52/80C32等等 。 5.1 MCS-515.1 MCS-51系列系列5 MCS-515 MCS-51系列与系列与AT89C5xAT89C5x系列系列单片机片机31（2）该系列生产工艺有
31、两种：）该系列生产工艺有两种：CHMOS是是CMOS和和HMOS的的结结合合，既既保保持持了了HMOS高高速速度度和和高高密密度度的的特特点点，还还具具有有CMOS的的低低功功耗耗的的特特点点。在在产产品品型型号号中中凡凡带带有有字字母母“C”的的即即为为CHMOS芯芯片片，CHMOS芯芯片的电平既与片的电平既与TTL电平兼容，又与电平兼容，又与CMOS电平兼容。电平兼容。一一是是HMOS工工艺艺（高高密密度度短短沟沟道道MOS工工艺艺）。二二是是CHMOS工艺工艺（互补金属氧化物的（互补金属氧化物的HMOS工艺）。工艺）。32（3）在功能上，该系列单片机有基本型和增强型两大类：）在功能上，该
32、系列单片机有基本型和增强型两大类：增强型增强型：8052/8752/803280C52/87C52/80C32基本型基本型：8051/8751/803180C51/87C51/80C31（4 4）在在片片内内程程序序存存储储器器的的配配置置上上，该该系系列列单单片片机机有有三三种种形形式式，即即掩掩膜膜ROMROM、EPROMEPROM和和ROMLess(ROMLess(无无片片内内程程序序存存储器储器) )。如：。如：80C5180C51有有4K4K字字节的掩膜的掩膜ROMROM；8 87 7C51C51有有4K4K字字节的的EPROM EPROM ；80C80C3 31 1在芯片内无程序存
33、在芯片内无程序存储器。器。3380C5180C51系列系列 IntelIntel的的：80C3180C31、80C5180C51、87C5187C51，80C3280C32、80C5280C52、87C5287C52等；等； ATMEL ATMEL的：的：89C5189C51、89C5289C52、89C205189C2051等；等； PhilipsPhilips、华邦、邦、DallasDallas、Siemens(Infineon)Siemens(Infineon)等等公司的公司的许多多产品品 。 80C5180C51是是MCS-51MCS-51系系列列中中CHMOSCHMOS工工艺的的一一
34、个个典典型型品品种种 ；其其它它厂厂商商以以80518051为基基核核开开发出出的的CMOSCMOS工工艺单片片机机产品品统称称为80C5180C51系列系列。当前常用的。当前常用的80C5180C51系列系列单片机主要片机主要产品有：品有：3480C5180C51典型典型产品品资源配置源配置35读懂型号读懂型号366 6 单片机片机应用系用系统开开发简介介正确无正确无误的的硬件硬件设计和良好的和良好的软件功能件功能设计是一个是一个实用的用的单片机片机应用系用系统的的设计目目标。完成完成这一目一目标的的过程程称称为单片机片机应用系用系统的开的开发。单片机作片机作为一片集成了微型一片集成了微型计
35、算机基本部件的集成算机基本部件的集成电路芯片，与通用微机相比，它自身没有开路芯片，与通用微机相比，它自身没有开发功能，必功能，必须借助开借助开发机（一种特殊的机（一种特殊的计算机系算机系统）来完成如下任）来完成如下任务： 排除排除应用系用系统的的硬件故障硬件故障和和软件件错误； 程序固化程序固化到内部或外部程序存到内部或外部程序存储器芯片中。器芯片中。 6.1 6.1 单片机应用系统的开发单片机应用系统的开发376.2 6.2 单片机片机应用系用系统传统开开发方式方式 利用独立型仿真器开发利用独立型仿真器开发38 SSTSST公司推出的公司推出的SST89C54SST89C54和和SST89C
36、58SST89C58芯片分芯片分别有有20KB20KB和和30KB30KB的的SuperFLASHSuperFLASH存存储器，利用器，利用这种存种存储器可以器可以进行高速行高速读写的特点，能写的特点，能够实现在系在系统编程（程（ISPISP）和在）和在应用用编程程（IAPIAP）功能。首先在）功能。首先在PCPC机上完成机上完成应用程序的用程序的编辑、汇编（或（或编译）、模）、模拟运行，然后运行，然后实现目目标程序的串行下程序的串行下载。6.3 6.3 单片机开片机开发方式的方式的发展展在系统编程在系统编程ISP ISP（In-System Programming）在系统可编程，指电路板）在
37、系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，上的空白器件可以编程写入最终用户代码， 而不需要从电路而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再方式擦除或再编程。编程。ISP技术是未来发展方向。技术是未来发展方向。39ISP的工作原理的工作原理 ISP的实现相对要简单一些，一般通用做法是内部的存储的实现相对要简单一些，一般通用做法是内部的存储器可以由上位机的软件通过串口来进行改写。对于单片机器可以由上位机的软件通过串口来进行改写。对于单片机来讲可以通过来讲可以通过SPI或其它的串行接口接收上位机传来的数或其它的串行接口接收
38、上位机传来的数据并写入存储器中。所以即使我们将芯片焊接在电路板上，据并写入存储器中。所以即使我们将芯片焊接在电路板上，只要留出和上位机接口的这个串口，就可以实现芯片内部只要留出和上位机接口的这个串口，就可以实现芯片内部存储器的改写，而无须再取下芯片。存储器的改写，而无须再取下芯片。 ISP的优点的优点 ISP技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和技术的优势是不需要编程器就可以进行单片机的实验和开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即开发，单片机芯片可以直接焊接到电路板上，调试结束即成成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片对芯片和成成品，免去了调试时由于频繁地插入取出芯片对
39、芯片和电路板带来的不便。电路板带来的不便。40AVRAVR系列是系列是19971997年年ATMELATMEL公司挪威设计中心的公司挪威设计中心的A A先生先生与与V V先生先生共同研发出的共同研发出的精简指令集精简指令集( (RISCRISCReduced Instruction Set Reduced Instruction Set Computer)Computer)的的高速高速8 8位单片机，简称位单片机，简称AVRAVR。7 AVR7 AVR系列系列单片机与片机与PICPIC系列系列单片机片机7.1 AVR7.1 AVR系列单片机系列单片机5151系列单片机采用复杂指令集系列单片机采
40、用复杂指令集(CISC)(CISC)，追求指令完备性。，追求指令完备性。41（4）I/O口功能强、驱动能力大。口功能强、驱动能力大。（5）低功耗。）低功耗。（6）支持程序的在系统编程。）支持程序的在系统编程。（7） 程序保密性好。程序保密性好。（1）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。）高速、高可靠性、功能强、低功耗和低价位。（2）采用片内）采用片内Flash存储器给用户的开发带来方便。存储器给用户的开发带来方便。（3）丰富的片内外设。）丰富的片内外设。AVR系列单片机特点如下：系列单片机特点如下：42定时器定时器/ /计数器、看门狗电路、低电压检测电路计数器、看门狗电路、低电压检测电路B
41、ODBOD，多个复位源多个复位源( (自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BODBOD复位复位) )，可设置的启动后延时运行程序，增强了单片机，可设置的启动后延时运行程序，增强了单片机应用系统的可靠性。应用系统的可靠性。多种串口：多种串口：如通用的异步串行口（如通用的异步串行口（UARTUART），面向字节），面向字节的高速硬件串行接口的高速硬件串行接口TWITWI（与（与I I2 2C C接口兼容）、接口兼容）、SPISPI。此外。此外还有还有ADCADC、PWMPWM等部件。等部件。43丰富的片内外设丰富的片内外设43AVRAVR单片机系列全，单片机
42、系列全，3 3个档次个档次，适于各种不同要求：，适于各种不同要求：（1 1）低档）低档TinyTiny系列系列: : Tiny11/12/13/15/26/28 Tiny11/12/13/15/26/28等；等； （2 2）中档）中档AT90SAT90S系列系列: : AT90S1200/2313/8515/8535 AT90S1200/2313/8515/8535等；等； （3 3）高档）高档ATmegaATmega系列系列: : 有有ATmega8/16/32/64/128ATmega8/16/32/64/128（ 存储容存储容量为量为8/16/32/64/128 KB8/16/32/64
43、/128 KB）以及）以及ATmega8515/8535ATmega8515/8535等。等。44AVR系列单片机常见的型号：系列单片机常见的型号：44美国美国MicrochipMicrochip公司的产品。特性如下：公司的产品。特性如下：（1 1）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，）最大的特点是从实际出发，重视性能价格比，已经已经开发出多种型号来满足应用需求。例如，一个摩托车的点火开发出多种型号来满足应用需求。例如，一个摩托车的点火器需要一个器需要一个I/OI/O较少、较少、RAMRAM及程序存储空间不大、可靠性较高及程序存储空间不大、可靠性较高的小型单片机。的小型单片机。7.2 PI
44、C7.2 PIC系列单片机系列单片机PICPIC系列从低到高有几十个型号常用的型号如：系列从低到高有几十个型号常用的型号如：PIC12C508PIC12C508单片机仅有单片机仅有8 8个引脚，是世界最小的单片机；个引脚，是世界最小的单片机； PICPIC的高档型，如的高档型，如PIC16C74PIC16C74（尚不是最高档型号）有（尚不是最高档型号）有4040个个引脚。引脚。45（2 2）精简指令集）精简指令集使执行效率大为提高。使执行效率大为提高。（3 3）优越的开发环境。）优越的开发环境。5151单片机的开发系统大都采用高档型单片机的开发系统大都采用高档型仿真低档型，实时性不理想。仿真低
45、档型，实时性不理想。PICPIC推出一款新型号单片机推出一款新型号单片机的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿的同时推出相应的仿真芯片，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。真芯片支持，实时性非常好。（4 4）其引脚具有防瞬态能力，）其引脚具有防瞬态能力，（7 7）设有休眠和省电工作方式。）设有休眠和省电工作方式。（5 5）保密性好）保密性好（6 6）片内集成了看门狗定时器）片内集成了看门狗定时器46（1 1）低档）低档8 8位单片机位单片机 PIC12C5XXX PIC12C5XXX16C5X16C5X系列系列47PICPIC单片机分单片机分低档型、中档型低档型、中档
46、型和和高档型高档型：（2 2）中档）中档8 8位单片机位单片机 PIC12C6XX/PIC16CXXX PIC12C6XX/PIC16CXXX系列系列。（3 3）高档）高档8 8位单片机位单片机 PIC17CXX PIC17CXX系列系列。适合高级复杂系统开发的产品，。适合高级复杂系统开发的产品，在中在中档位单片机的基础上档位单片机的基础上增加了硬件乘法器，指令周期可达成增加了硬件乘法器，指令周期可达成160ns160ns，它是目前世界上，它是目前世界上8 8位单片机中性价比最高的机种，位单片机中性价比最高的机种，可用于高、中档产品的开发，如电机控制等。可用于高、中档产品的开发，如电机控制等。
47、47 随着集成电路技术及电子技术的飞速发展，随着集成电路技术及电子技术的飞速发展，各种体系各种体系结构的处理器品种繁多结构的处理器品种繁多，且都，且都嵌入到系统中嵌入到系统中实现数据处理、实现数据处理、数据传输和控制功能，各类数据传输和控制功能，各类嵌入式处理器为核心嵌入式处理器为核心的嵌入式的嵌入式系统的应用，是系统的应用，是当今电子信息技术应用的当今电子信息技术应用的一大热点一大热点。8 8 各各类嵌入式嵌入式处理器理器简介介 具有各种不同体系结构的处理器，构成了具有各种不同体系结构的处理器，构成了嵌入式处理嵌入式处理器家族器家族，是嵌入式系统的核心。全世界嵌入式处理器的品，是嵌入式系统的
48、核心。全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过种总量已经超过10001000多种，按多种，按体系结构主要分为如下几类体系结构主要分为如下几类：嵌入式微控制器（嵌入式微控制器（单片机单片机）、嵌入式数字信号处理器（简）、嵌入式数字信号处理器（简称称DSPDSP）、）、嵌入式微处理器嵌入式微处理器以及片上系统（以及片上系统（SOCSOC）等。）等。481.9.1 1.9.1 嵌入式微控制器（单片机）嵌入式微控制器（单片机）将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。将用于测控目的的计算机小系统集成到一块芯片中。一般以一般以某一种微处理器内核为核心某一种微处理器内核为核心，片内集成，片内集成 ROM/
49、EPROMROM/EPROM、RAMRAM、总线及总线控制逻辑、定时总线及总线控制逻辑、定时/ /计数器、计数器、WatchDogWatchDog、I/OI/O、串、串行口、脉宽调制输出、行口、脉宽调制输出、A/DA/D、D/AD/A、FlashFlash存储器等各种必存储器等各种必要的功能部件和外设。要的功能部件和外设。一个系列的单片机具有一个系列的单片机具有多种衍生产品多种衍生产品，每种衍生产品的，每种衍生产品的处理处理器内核都是一样器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。的，不同的是存储器和外设的配置及封装。使单片机与需求相匹配，减少功耗和成本。使单片机与需求相匹配，减少功耗
50、和成本。单片机最大特点是单片机最大特点是单片化，价廉单片化，价廉，功耗和成本下降、可靠性功耗和成本下降、可靠性提高提高。是目前嵌入式系统的主流。是目前嵌入式系统的主流。49491.9.2 1.9.2 嵌入式嵌入式DSPDSP处理器处理器(DSP)(DSP)DSPDSP（Digital Signal Processor)Digital Signal Processor)，非常擅长于高速实现各非常擅长于高速实现各种数字信号处理运算（如数字滤波、种数字信号处理运算（如数字滤波、FFTFFT、频谱分析、频谱分析等）等）。由于硬件结构和指令的特殊设计，使其能够高速完成各种由于硬件结构和指令的特殊设计，使
51、其能够高速完成各种数字信号处理算法。数字信号处理算法。19811981年，年，TITI公司公司研制出研制出TMS320TMS320系列的系列的首片首片低成本、高性能低成本、高性能DSPDSP处理器芯片，使处理器芯片，使DSPDSP技术向前跨出意义重大的一步。技术向前跨出意义重大的一步。上世纪上世纪9090年代，年代，由于无线通信、各种网络通信、多媒体技术由于无线通信、各种网络通信、多媒体技术的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了的普及和应用，高清晰度数字电视的研究，极大地刺激了5050DSPDSP在工程上的推广应用。在工程上的推广应用。DSPDSP大量进入大量进入嵌入式领域嵌入式领
52、域。推动。推动DSPDSP快快速发展的是速发展的是嵌入式系统的智能化，嵌入式系统的智能化，例如例如各种带有智能逻辑的消各种带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，实时语音压解系统、数字图像费类产品，生物信息识别终端，实时语音压解系统、数字图像处理等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运处理等。这类智能化算法一般都是运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSPDSP的长处所在。的长处所在。但在一些实时性要求很高的场合但在一些实时性要求很高的场合，单片单片DSPDSP的处理能力还是的处理能力还是不能不能满足要求满足要求。因此，又研
53、制出了多总线、多流水线和并行处理的。因此，又研制出了多总线、多流水线和并行处理的包含多个包含多个DSPDSP处理器的芯片，大大提高了系统的性能。处理器的芯片，大大提高了系统的性能。与单片机相比，与单片机相比，DSPDSP的的高速运算能力高速运算能力和和多总线多总线，处理的算法的复处理的算法的复杂度杂度和和大的数据处理流量大的数据处理流量是是单片机单片机不可企及的。不可企及的。51DSPDSP的主要厂商的主要厂商有美国有美国TITI、ADIADI、MotorolaMotorola、ZilogZilog等公司。等公司。TITI公司公司位居榜首位居榜首，占全球，占全球DSPDSP市场市场约约6060
54、左右左右。DSPDSP代表性代表性的产品的产品是是TITI公司的公司的TMS320TMS320系列系列。TMS320TMS320系列处理器包括用系列处理器包括用于控领域的于控领域的C2000C2000系列，移动通信的系列，移动通信的C5000C5000系列，以及应在系列，以及应在通信和数字图像处理的通信和数字图像处理的C6000C6000系列等。系列等。今天，随着全球信息化和今天，随着全球信息化和InternetInternet网的普及，多媒体技术的网的普及，多媒体技术的广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大广泛应用，尖端技术向民用领域迅速的转移，数字技术大范围进入消费类电子产品，
55、使范围进入消费类电子产品，使DSPDSP不断更新换代，性能指不断更新换代，性能指标不断提高，价格不断下降，已成为标不断提高，价格不断下降，已成为新兴科技：通信、多新兴科技：通信、多媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展媒体系统、消费电子、医用电子等飞速发展的推动力量，的推动力量，5252力，据国际著名市场调查研究公司力，据国际著名市场调查研究公司Forward Concepts Forward Concepts 发布发布的一份统计和预测报告显示，目前的一份统计和预测报告显示，目前世界世界DSPDSP产品市场每年产品市场每年正以正以3030的增幅的增幅大幅度增长，是目前最有发展和应用前景大幅度增
56、长，是目前最有发展和应用前景的嵌入式处理器之一。的嵌入式处理器之一。1.9.3 1.9.3 嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器嵌入式微处理器(Embedded MicroProcessor Unit(Embedded MicroProcessor Unit， EMPU)EMPU)的的基础是通用计算机中的基础是通用计算机中的CPUCPU。与单片机相比，单片机本与单片机相比，单片机本身（或稍加扩展）就是一个小的计算机系统，可独立运行，身（或稍加扩展）就是一个小的计算机系统，可独立运行，具有完整的功能。而嵌入式微处理器仅仅相当于单片机中具有完整的功能。而嵌入式微处理器仅仅相当于单片机中的的C
57、PUCPU。5353在应用设计中，将在应用设计中，将嵌入式微处理器嵌入式微处理器装配在专门设计的电路板装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，可大幅减小系，可大幅减小系统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增一般都做了各种增强。强。代表性产品为代表性产品为ARMARM系列系列，ARMARM是是Adv
58、anced RISC Machines Advanced RISC Machines 的的缩写，其中缩写，其中RISCRISC是精简指令集计算机的缩写。同时是精简指令集计算机的缩写。同时ARMARM也也是设计是设计ARMARM处理器的美国公司的简称。处理器的美国公司的简称。ARMARM家族家族主要有主要有5 5个个产品系列：产品系列：ARM7ARM7、ARM9ARM9、ARM9EARM9E、ARM10ARM10和和SecurCoreSecurCore。5454下面以下面以ARM7ARM7为说明为说明嵌入式微处理器基本性能嵌入式微处理器基本性能。嵌入式处理器的嵌入式处理器的地址线为地址线为323
59、2条条，能扩展较大的存储器空间，能扩展较大的存储器空间，所以所以可配置实时可配置实时多任务操作系统多任务操作系统(RTOS)(RTOS)。RTOSRTOS是嵌入式应是嵌入式应用软件的基础和开发平台。用软件的基础和开发平台。常用的常用的RTOSRTOS为为LinuxLinux（数百（数百KBKB）和）和VxWorksVxWorks（数（数MBMB）以及）以及C-C-OSOS。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，。由于嵌入式实时多任务操作系统具有高度灵活性，可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行可很容易地对它进行定制或作适当开发，即对它进行“裁裁减减”、“移植移植”和和“编写编写”
60、，从而设计出用户所需的应用，从而设计出用户所需的应用程序，来满足需要。程序，来满足需要。5555由于能由于能运行实时多任务操作系统运行实时多任务操作系统，所以能处理复杂的系统管，所以能处理复杂的系统管理任务和处理工作。因此，理任务和处理工作。因此，在移动计算平台、媒体手机、在移动计算平台、媒体手机、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、工业控制和商业领域（例如，智能工控设备、ATMATM机等）、机等）、电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军事电子商务平台、信息家电（机顶盒、数字电视）、军事等，等，已成为继单片机、已成为继单片机、DSPDSP之后的电子信息技术应用的之后的电子信息技术应
61、用的又一大又一大热点热点广义上讲，广义上讲，凡是系统中凡是系统中嵌入了嵌入了“嵌入式处理器嵌入式处理器”，如单片机、，如单片机、DSPDSP、嵌入式微处理器，、嵌入式微处理器，都称为都称为“嵌入式系统嵌入式系统”。也有仅也有仅把把 “嵌入嵌入”嵌入式微处理器嵌入式微处理器的系统，称为的系统，称为“嵌入式系统嵌入式系统”。还没有。还没有严格的定义严格的定义。目前的。目前的“嵌入式系统嵌入式系统”，多指后，多指后者。者。56561.9.4 1.9.4 嵌入式片上系统嵌入式片上系统SOC(System On Chip)SOC(System On Chip)随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上
62、实现一个随着超大规模集成电路设计技术发展，一个硅片上实现一个复杂的系统，即复杂的系统，即System On Chip(SOC)System On Chip(SOC)，即，即片上系统片上系统。核心思想核心思想是把整个电子系统全部集成在一个芯片中是把整个电子系统全部集成在一个芯片中。避免大。避免大量量PCBPCB板设计及板级的调试工作。板设计及板级的调试工作。设计者设计者面对的不再是面对的不再是电电路及芯片路及芯片，而是，而是根据系统的固件特性和功能要求根据系统的固件特性和功能要求，把各种，把各种通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为通用处理器内核及各种外围功能部件模块作为SOCSOC设计公设计
63、公司的标准库，成为司的标准库，成为VLSIVLSI设计中的标准器件，设计中的标准器件，用用VHDLVHDL等语言等语言描述描述，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿，存储在器件库中。用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以真通过后就可以将设计图将设计图交给交给半导体器件厂商制作样品。半导体器件厂商制作样品。5757除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几除无法集成的器件外，整个系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，系统电路板简洁，块芯片中去，系统电路板简洁，对减小体积和功耗、提高对减小体积和功耗、提高可靠性非常有利可靠性非常有利。SOCSOC使系统设计技术发生革命性变化
64、使系统设计技术发生革命性变化，标志着一个全新时代到来。标志着一个全新时代到来。至此，已介绍了嵌入式处理器家族的各成员。由于至此，已介绍了嵌入式处理器家族的各成员。由于单片机单片机体体积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且积小、价格低、很容易嵌入到系统中，应用十分广泛，且易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，易掌握和普及，市场占有率最高。据统计，80518051体系结构体系结构的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的的单片机的用量占全部嵌入式处理器总用量的50%50%以上。以上。因此，因此，80518051体系结构体系结构的的单片机技术单片机技术是首先要掌握的是首先要掌握的。5858
65、59作业（作业（2012-2-222012-2-22）P15 :5/6/10P15 :5/6/1060补充补充 数制与数制与编码的的简单回回顾数制数制（即（即计数制，亦称数制，亦称记数制）是数制）是计数的数的规则。十十进制制是人是人们日常生活中最熟悉的日常生活中最熟悉的进位位计数制。数制。二二进制制是在是在计算机系算机系统中采用的中采用的进位位计数制。数制。 位号76543 210字节单字字节表示范表示范围：0255 1 1 数制数制61双字双字节表示范表示范围：065535 十六十六进制制是人是人们在在计算机指令代算机指令代码和数据的和数据的书写中写中经常使用的数制。常使用的数制。用用0，1
66、，9和和A，B，F（或（或a，b，f）这16个符号来描述个符号来描述 。 位号 15 14 13 12 11 109876543210字622 2 编码 计算机中数以及数以外的其它信息（如字符或字符串）计算机中数以及数以外的其它信息（如字符或字符串）要用二进制代码来表示。这些二进制代码称为二进制编码。要用二进制代码来表示。这些二进制代码称为二进制编码。 2.1 2.1 字符的二进制编码字符的二进制编码-ASCII-ASCII码码 常用字符的常用字符的ASCII码码 字符字符ASCII码字符字符ASCII码字符字符ASCII码字符字符ASCII码0 030H30HA A41H41Ha a61H6
67、1HSP(SP(空格空格) )20H20H1 131H31HB B42H42Hb b62H62HCR(CR(回回车) )0DH0DH2 232H32HC C43H43Hc c63H63HLF(LF(换行行) )0AH0AHBEL(BEL(响响铃) )07H07H9 939H39HZ Z5AH5AHz z7AH7AHBS(BS(退格退格) )08H08H632.2 2.2 二进制编码的十进制数二进制编码的十进制数-BCD码码 用二进制码表示十进制数的代码称为用二进制码表示十进制数的代码称为BCD码码 。十十进制数制数BCD码十十进制数制数BCD码0 00000B0000B5 50101B0101
68、B1 10001B0001B6 60110B0110B2 20010B0010B7 70111B0111B3 30011B0011B8 81000B1000B4 40100B0100B9 91001B1001B8421BCD码表码表 用用1个字节表示个字节表示2位十进制数的代码，称为位十进制数的代码，称为压缩的压缩的BCD码码。 二进制码在二进制码在1010B1111B范围时，属于范围时，属于非法码非法码。 64部分自然数的部分自然数的3种进制表示种进制表示 自然数自然数十十进制制二二进制制十六十六进制制 自然数自然数十十进制制二二进制制十六十六进制制 0 00000B 0000B 0H0H九
69、九9 91001B 1001B 9H9H一一1 10001B 0001B 1H1H十十10101010B 1010B AHAH二二2 20010B 0010B 2H2H十一十一11111011B 1011B BHBH三三3 30011B 0011B 3H3H十二十二12121100B 1100B CHCH四四4 40100B 0100B 4H4H十三十三13131101B 1101B DHDH五五5 50101B 0101B 5H5H十四十四14141110B 1110B EHEH六六6 60110B 0110B 6H6H十五十五15151111B 1111B FHFH七七7 70111B 0
70、111B 7H7H十六十六16161 0000B 1 0000B 10H10H八八8 81000B 1000B 8H8H十七十七17171 0001B 1 0001B 11H11H65补充补充 常用数制和编码常用数制和编码一、一、 二进制、十进制、十六进制二进制、十进制、十六进制*1.1.二二进进制制：是是“0”0”和和“1”1”这这样样的的数数、逢逢2 2进进位位。按按权权展展开开时时权权的的基基数数为为2 2。用后缀字母。用后缀字母“B”B”表示。表示。如：如：1001=11001=12 23 3+0+02 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =9=9（十进制数）（十进制数）
71、*2.2.十十进进制制：是是“0”“9”0”“9”之之间间的的数数、逢逢1010进进位位。按按权权展展开开时时权权的的基数基数为为1010。用后缀字母。用后缀字母“D”D”表示。表示。如：如：1135=11135=110103 3+1+110102 2+3+310101 1+5+510100 0 *3.3.十十六六进进制制：是是“0”“9”0”“9”，“A,B,C,D,E,F”A,B,C,D,E,F”之之间间的的数数、逢逢1616进进位。按权展开时权的基数为位。按权展开时权的基数为1616。用后缀字母。用后缀字母“H”H”表示。表示。如：如：1C5H=11C5H=116162 2+12+121
72、6161 1+5+516160 0 =453D=453D66二、不同进制之间相互转换二、不同进制之间相互转换1 1、二进制、十六进制转化成十进制：、二进制、十六进制转化成十进制：将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。将二、十六进制数按权展开相加即为相应的十进制数。如：如：1101 B=11101 B=12 23 3+1+12 22 2+0+02 21 1+1+12 20 0 =13 D=13 D如：如：1F H=11F H=116161 1+15+1516160 0 =31 D=31 D2 2、十进制转换成二进制数：、十进制转换成二进制数：将十进制数除将十进制数除2 2取余，商为取余
73、，商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如：如：11D= 1011B11D= 1011B3 3、十进制转换成十六进制数：、十进制转换成十六进制数：将十进制数除将十进制数除1616取余，商为取余，商为0 0止余数倒置。止余数倒置。如：如：100D= 64H100D= 64H4 4、二进制转换成十六进制数：、二进制转换成十六进制数：将将二二进进制制数数以以小小数数点点为为界界四四位位一一分分，不不足足补补0 0，用用一位十六进制数代替四位二进制数。一位十六进制数代替四位二进制数。如：如：1 1 0011 0011 11001100 B= B=0001 0001 00110011 11001100 B=
74、 B= 1 13 3C C H H5 5、十六进制转换成二进制数：、十六进制转换成二进制数：将将十十六六进进制制数数以以小小数数点点为为界界，用用四四位位二二进进制制数数代代替替一位十六进制数。一位十六进制数。如：如：D D4 4E E H= H=11011101 01000100 11101110 B B2 11 余数余数 2 5 1 2 2 1 2 1 0 0 116 100 余数余数 16 6 4 0 6 67三、原码、反码及补码三、原码、反码及补码1 1、原码：、原码：一一个个二二进进制制数数同同时时包包含含符符号号和和数数值值两两部部分分。它它的的最最高高位位为为符符号号位位，其其余
75、余位位表表示示数数值值。符符号号位位为为0 0时时，表表示示正正数数，为为1 1时，表示负数。时，表示负数。如：如：X1=+4DX1=+4D则：则：X1X1原原 =0000 0100 B=0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D则：则：X2X2原原 =1000 0100 B=1000 0100 B2 2、反码：、反码：正数：它的反码与原码相同。正数：它的反码与原码相同。负负数数：它它的的反反码码为为它它的的原原码码除除符符号号位位外外，其其余余各各位位按按位位取取反。反。1010，0 10 1。如：如：X1=+4DX1=+4D则：则：X1X1反反 = X1= X1原原 = =00
76、00 0100 B0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D则：则：X2X2原原 =1000 0100 B=1000 0100 B X2 X2反反 =1111 1011 B=1111 1011 B683 3、补码：、补码：正数：它的补码与原码相同。正数：它的补码与原码相同。负数：它的补码为它的反码负数：它的补码为它的反码+1+1求补运算。求补运算。如：如：X1=+4DX1=+4D则：则：X1X1补补 = X1= X1原原 = X1= X1反反 = =0000 0100 B0000 0100 B如：如：X2=-4DX2=-4D则：则：X2X2原原 =1000 0100 B=1000
77、0100 B X2 X2反反 =1111 1011 B=1111 1011 B + 1+ 1 X2 X2补补 =1111 1100 B=1111 1100 B练习：练习：有：十进制数：有：十进制数：-15D，20D写出它们的原码、反码、补码。写出它们的原码、反码、补码。XX补补 -X-X补补 求补运算求补运算694 4、求真值：、求真值：在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据。在计算机中都是用补码表示一个带符号的数据。最高位是最高位是0 0：正数。最高位是：正数。最高位是1 1：负数。：负数。当当给给出出一一个个补补码码表表示示的的有有符符号号二二进进制制数数（十十六六进进制制数数）时时，怎
78、样得到其对应的十进制数，就是求真值的问题。怎样得到其对应的十进制数，就是求真值的问题。（1 1）正数：）正数：因因为为：正正数数它它的的补补码码与与原原码码相相同同，所所以以：直直接接将将其其按按权权展展开相加。开相加。例如：有符号数：例如：有符号数：0001 0101 B0001 0101 B （最高位（最高位 0 0：正数）：正数） =+21 D=+21 D70练习：练习：有符号数：有符号数：0111 1111 B0111 1111 B，1001 1101 B1001 1101 B求它们的真值（或十进制数）。求它们的真值（或十进制数）。 （2）负数：）负数： 将补码表示的负数，按位取反，再
79、将补码表示的负数，按位取反，再+1，再按权展开相，再按权展开相加，在得到对应的十进制数前加负号。加，在得到对应的十进制数前加负号。例如：有符号数：例如：有符号数：1010 0111 B (最高位最高位 1：负数）：负数）所以：取反：所以：取反：0101 1000 B 加加1: + 1 B = 0101 1001 B =89 D因此：因此： 1010 0111 B = - 89 D71四、四、 数据在计算机中的表示数据在计算机中的表示无无符符号号数数：无无符符号号的的8 8位位二二进进制制数数没没有有符符号号位位，从从D7 D7 D0D0皆为数据位，所以表示的范围是皆为数据位，所以表示的范围是0
80、 0 +255+255。二进制：二进制： 0000 0000 B 0000 0000 B 1111 1111 B1111 1111 B十六进制：十六进制： 00 H 00 H FF HFF H十进制：十进制： 0 D 0 D 255 D255 D有有符符号号数数：有有符符号号的的8 8位位二二进进制制数数用用最最高高位位D7D7表表示示数数的的正正或或负负，0 0代代表表“+”+”，1 1代代表表“-”-”，D7D7称称为为符符号号位位，D6 D6 D0D0为数据位。为数据位。 补码的表示范围是补码的表示范围是-128 -128 +127+127。 80 H 80 H FF H 00 H FF H 00 H 7F H7F H -128 D -128 D -1 D 0 D -1 D 0 D 127 D 127 D 72
