第一章 单片机基础知识

单片机基础知识

第一章 基础知识

第一章 基础知识1.1 信息在计算机中的表示 1.1.1 数在计算机内的表示 计算机中的数通常有两种：无符号数和有符号数。 无符号数由于不带符号，表示时比较简单，直接用它对应的二进制 形式表示，例如：假设机器字长为8位，123表示成01111011B。 有符号数带有正负号，通常，在计算机中表示有符号数时，在数的 前面加一位，作为符号位。正数表示为0,负数表示为1,其余的位用 以表示数的大小。这种连同一个符号位在一起作为一个数，称为机器 数，它的数值称为机器数的真值。

符号位

数值位

机器数在计算机中有三种表示法：原码、反码和补码。

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一. 原码原码表示时，最高位为符号位，正数用0表示，负数用1表示，其 余的位用于表示数的绝对值。

符号位

绝对值

对于一个N位的二进制，它的原码表示范围为-(2n-1-1)~+(2n-1-1), 例如：如果用8位二进制表示原码，则数的范围为-127~+127。 原码表示时，假设机器字长为8位，-0的编码为10000000,+0的编码 为00000000。 【例1-1】 求+67、-25的原码(机器字长8位) 】 因为 +67=67=1000011B -25=25=11001B 所以 [+67]原=01000011B [-25]原=10011001B

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二. 反码反码表示时，最高位为符号位，正数用0表示，负数用1表示，正 数的反码与原码相同，而负数的反码可在原码的基础之上，符号位不变， 其余位取反得到。 对于一个n位的二进制，它的反码表示范围为-(2n-1-1)~+(2n-1-1), 对于0,假设机器字长为8位，-0的反码为11111111B,+0的反码为 00000000B。 【例1-2】 求+67、-25的反码(机器字长8位)。 】 因为 [+67]原=01000011B [-25]原=10011001B 所以 [+67]反=01000011B [-25]反=11100110B

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三. 补码补码表示时，最高位为符号位，正数用0表示，负数用1表示，正 数的补码与原码相同，而负数的补码可在原码的基础之上，符号位 不变，其余位取反，末位加1得到。对于一个负数X,X的补码也可 用2n-X得到，其中n为计算机字长。 【例1-3】 求+67、-25的补码(机器字长8位)。 】 因为 [+67]原=01000011B [-25]原=10011001B 所以 [+67]补=01000011B [-25]补=11100111B 另外，对于计算补码，也可用一种求补运算方法求得。 求补运算：一个二进制数，符号位和数值位一起取反，末位加1。 求补运算具有以下的特点：

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对于一个数X [X]补求补

[-X]补

求补

[X]补

【例1-4】 已知+25的补码为00011001B,用求补运算求-25的补码。 】 因为 [25]补 所以 [-25]补=11100110+1=11100111B 补码数的表示范围，对于一个n位的二进制，它的补码表示范围 为-(2n-1)~+(2n-1-1)。补码表示时，对于0,-0和+0的补码是相同的， 假设机

器字长为8位，则0的补码为00000000B。求补

[-25]补

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四. 补码的加减运算补码的加法运算规则： [X+Y]补=[X]补+[Y]补 [X-Y]补=[X]补+[-Y]补 对于[-Y]补只要对[Y]补求就可以得到。 【例1-5】 假设计算机字长为8位，完成下列补码运算。 】 1. 25+32 [25]补=00011001B [32]补=00100000B [25]补=00011001 + [32]补=00100000 00111001 所以 [25+32]补=[25]补+[32]补=00111001B=[57]补 2. 25+(-32) [25]补=0011001B [-32]补=11100000B [25]补=00011001 + [-32]补=11100000 11111001 所以 [25+(-32)]补=[25]补+[-32]补=11111001B=[-7]补

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3. 25-32 [25]补=0011001B [-32]补=11100000B [25]补=00011001 + [-32]补=11100000 11111001 所以 [25-32]补=[25]补+[-32]补=11111001B=[-7]补 4. 25-(-32) [25]补=00011001B [32]补=00100000B [25]补=00011001 + [32]补=00100000 00111001 所以 [25-(-32)]补=[25]补+[32]补=00111001B=[57]补

五. 十进制数的表示十进制编码又称为BCD码。分压缩BCD码和非压缩BCD码， 压缩BCD码又称为8421码，它是用四位二进制编码来表示一位十 进制符号。 例如：十进制数124的压缩BCD码为0001 0010 0100。十进制数 4.56的压缩BCD码为0100.0101 0110。

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非压缩BCD码是用八位二进制来表示一位十进制符号，其中低四 位二进制编码与压缩BCD码相同，高四位任取。 例如：十进制数124的非压缩BCD码为0011 0001 0011 0010 0011 0100。

1.1.2 字符在计算机内的表示现在的计算机中字符数据的编码通常采用的是美国信息交换标准代 码ASCII码(American Standard Code for Information Interchange)。 基本ASCII码标准定义了128个字符，用七位二进制来编码，包括英文大 字字母26个、小写字母26个、数字符号0~9十个，还有一些专用符号 (如“:”、“!”、“%”)及控制符号(如换行、换页、回车等)。

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1.2 单片机及其特点 1.2.1 单片机的基本概念单片机属于微型计算机的一种，是把微型计算机中的微处理器、 存储器、I/O接口、定时器/计数器、串行接口、中断系统等电路集成 在一块集成电路芯片上形成的微型计算机。因而被称为单片微型计算 机，简称为单片机。 单片机按照用途可分为通用型和专用型两大类。 在单片机使用上注意以下几个相互有相同点也有区别的概念“ (1)单板机： (2)单片机：(3)多板机：

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1.2.2 单片机的主要特点(1)在存储器结构上，单片机的存储器采用哈佛(Harvard)结构。 ROM和RAM是严格分开的。ROM称为程序存储器，只存放程序、 固定常数和数据表格。RAM则为数据存储器，用作工作区及存放数 据。 (2)在芯片引脚上，大部份采用分时复用技术。 (3)在内部资源访问上，通过用特殊功能寄存器(SFR)

的形式。 (4)在指令系统上，采用面向控制的指令系统。 (5)内部一般都集成一个全双工的串行接口。 (6)单片机有很强的外部扩展能力。

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1.3 单片机发展及其主要品种 1.3.1 4位单片机 1.3.2 8位单片机在1978年以前各厂家生产的8位单片机，由于集成度的限制，一 般都没有串行接口，只提供小范围的寻址空间(小于8KB),性能相 对较低，称为低档8位单片机。 在1978年以后，集成电路水平提高，出现了一些高性能的8位单 片机，它们的寻址能力达到了64KB,片内集成了4-8KB的ROM,片 内除了带并行I/O口外，还有串行I/O接口，甚至有些还集成A/D转换 器。这类单片机称为高档8位单片机。

1.3.3 16位单片机 1.3.4 32位单片机

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1.4 单片机的应用 1.4.1 单机应用(1)工业自动化控制。 (2)智能仪器仪表。 (3)计算机外部设备和智能接口 (4)家用电器。

1.4.2 多机应用 1.4.3 单片机的等级(1)民用级或商用级。温度适应能力在0°C~70°C,适用于机房和 一般的办公环境。 (2)工业级。温度适应能力在-40°C~85°C,适用于工厂和工业控 制中，对环境的适应能力较强。 (3)军用级。温度适应能力在-65°C~125°C,运用于环境条件苛刻， 温度变化很大的野外。主要用在军事上。