单片机基础知识总结

第0章 计算机的基础知识
① 快速求法：将负数原码的最前面的1和最后一个1之间的每一位 取反。例如
x=-4： [x]原 = 10000100
[x]补 = 11111100=FCH取反
取反
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② 两数互补是针对一定的“模”而言，“模”即计数系统的过量 程回零值，例如时钟以12为模（12点也称0点），4和8互补， 一位十进制数3和7互补（因为3＋7＝10，个位回零，模为101＝ 10），两位十进制数35和65互补（因为35＋67＝100，十进制 数两位回零，模为102＝100），而对于8位二进制数，模为28＝ 100000000B=100H,同理16位二进制数，模为216＝10000H由此 得出求补的通用方法：一个数的补数＝模－该数，这里补数是 对任意的数而言，包括正、负数。而补码是针对符号机器数而 言。
第0章 计算机的基础知识
单片机原理、接口及应用
第0章 计算机的基础知识
内容提要
★微型计算机的基本结构和工作原理 ★计算机中的数制与码制 ★小结
第0章 计算机的基础知识
0.1.1 微机的系统结构
微处理器 （CPU）
运算器 控制器 寄存器
存储器 RAM
（内存） ROM
主 机
输入/输出接口 （I/O接口）
只有8位、16位或32位机器数的最高位才是符号位。
绪论
0.2.3 计算机中的有符号数的表示
数的两种表示方式： （1）无符号数：只表示数的绝对值大小，不考虑正负 （2）有符号数：用0表示正数，用1表示负数。最高位为
符号位。 • 机器数：符号也码化的二进制数 • 真值：原来带正号和负号的数值 • 机器数的三种常用表示方法：原码表示法、反码表示
绪论
0.2.1 计算机中的数
一、进制计数及其特点 数制：进位计数制和非进位计数制 1、非进位计数制（non-carring） 特点：数码所代表的数值同它在数中的位置无关。 Eg:罗马数字 2、进位计数制（carring） 特点：每个数码表示的数制，不仅取决于数码本身，而
且还取决于该数码在数中的位置。 Eg:十进制数
原则：
（1）正数的反码表示与原码相同。
（2）负数的反码表示：规定为它对应的反码加1。
Eg：X=(+4) 10 X=(+127) 10 X=(+0 ) 10
X=(-4) 10 X=(-127) 10 X=(-0 ) 10
绪论
结论： （1）特点： （a）0只有一种形式： (+0)补= (-0) 补= 00000000B。 （b）8位带符号数的原码范围为：-128（10000000B）~ +127
（01111111B）； 16位带符号数的原码范围为：-32767（1000000000000000B）~ +
32767 （0111111111111111B） 问题：已知一个数的反码，怎么求它的真值呢？ （2）同原码相似，反码表示也不适宜用简单的加法器来进行运算。 Eg : 5+(-3)=
绪论
3、补码（Two’s complement）表示法
（2）负数的反码表示：规定为它对应的正数按位取反 （连同符号位）。
Eg：X=(+4) 10 X=(+127) 10 X=(+0 ) 10
X=(-4) 10 X=(-127) 10 X=(-0 ) 10
绪论
结论： （1）特点： （a）0有两种形式： (+0) 反=00000000B， (-0) 反=11111111B， （b）8位带符号数的原码范围为：-127（10000000B）~ +127
十六进制数
绪论
二进制数的运算
1、逻辑运算 （1）逻辑乘（与） 法则：0^0=0
1^0=0^1=0 1^1=1 Ex: 1101 1010B^0000 1111B= 用途：用于从某数中取出某几位
绪论
（2）逻辑加（或） 法则：0∨0=0
0∨1=1∨0=1 1∨1=1 Ex:1010 1010 ∨0000 1111B= 用途：使某数中某几位置1
N N n 1 P n 1 N n 2 P n 2 N 1 P 1 N 0 P 0 N 1 P 1 N m P m
n 1
N iP i i m
绪论
二、不同进位制之间的转换
表0-1 不同进位记数制对照表
绪论
1、二<--十进制数的转换 A、二--十进制 方法：按权展开，然后相加 Ex: 1 0110.01B=22.25 B、二<--十进制 a.整数部分 方法：除2取余法 Ex: 215.1875=1101 0111.0011B b.小数部分 方法：乘2取整法
并行、串行接口 定时器、A/D、D/A
微机系统
硬件 软件
总线
外部设备
外围设备
辅助设备 系统软件 应用软件 程序设计语言
输入设备 输出设备 辅助存储器
电源电路 时钟电路
第0章 计算机的基础知识
CPU是计算机的控制核心，它的功能是执行指令，完 成算术运算、逻辑运算，并对整机进行控制。
存储器用于存储程序和数据。 输入/输出接口（又称I/O接口）是CPU和外设之间相 连的逻辑电路，外设必须通过接口才能和CPU相连。不同 的外设所用接口不同。每个I/O接口也有一个地址，CPU通 过对不同的I/O接口进行操作来完成对外设的操作。 存储器、I/O接口和CPU之间通过总线相连。 用于传送程序或数据的总线称为数据总线；地址总线 用于传送地址，以识别不同的存储单元或I/O接口；控制 总线用于控制数据总线上数据流送的方向、对象等。
第0章 计算机的基础知识
设有原码机器数X, X>0, [X]补=[X]原 当 X<0， [X]补= 模-｜X｜ 例如对于八位二进制数： x1=+4： [x1]补= 00000100=04H； x2= - 4： [x2]补 = 100H-4=FCH 对于16二进制位数： x2=+4： [x2]补= 0004H； x2= -4： [x2]补 = 10000H-4=FFFCH
绪论
3、八进位（Octal natation）
特点：a、有八个数码 0、1、2、3、4、5、6、7 b、逢八进一，借一当八
绪论
4、十六进位（Hexadecimal natation）
特点：a、有十六个数码 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、 A、B、C、D、E、F b、逢十六进一、借一当十六
③ 当数采用补码表示时，就可以把减法转换为加法。
例1：64-10=64+(-10)=54
[64]补=40H=0100 0000B
[10]补=0AH=0000 1010B
[-10]补=1111 0110B
做减法运算过程：
第0章 计算机的基础知识
几点说明：
① 根据两数互为补的原理，对补码求补码就可以得到其 原码，将原码的符号位变为正、负号，即是它的真值 例如求补码数FAH的真值 。因为FAH为负数求补码 [FAH]补＝86H=-6 例如求补码数78H的真值 。因为78H为正数求补码 [78H] 补＝78H=+120
第0章 计算机的基础知识
0.1.2 微机的基本工作原理
存储程序、执行程序是微机的工作原理，取指令，译 码，执行是微机的基本工作过程。
单片机是微型计算机的一种，是将计算机主机（CPU、 存储器和I/O接口）集成在一小块硅片上的微机，又称微 控制器。它专为工业测量与设计而设计，具有三高优势 （集成度高、可靠性高、性价比高），他的特点是小而全 (体积小，功能全），主要应用于工业检测与控制、计算 机外设、智能仪器、仪表、通信设备、家用电器等，特别 适合于嵌入式微型机应用系统。
（01111111B）； 16位带符号数的原码范围为：-32767（1111111111111111B）~ +
32767 （0111111111111111B） （2）原码表示法简单易懂，而且与真值的转换方便，但不适宜用简
单的加法来进行运算。 Eg : 5+(-3)=
绪论
2、反码表示法
原则：
（1）正数的反码表示与原码相同，即在原二进制数的前 面加符号位0。
1.机器数与真值 机器数：机器中数的表示形式，它将数的正、负符号和数
值部分一起进行二进制编码，其位数通常为8的整数倍。 真值：机器数所代表的实际数值的正负和大小，是人们习
惯表示的数。 2。数的单位 位（bit）：一个二进制数中的1位，其值不是1便是0。 字节（Byte）：一个字节，就是一个8位的二进制数。 字（Word）：两个字节，就是一个16位的二进制数。 双字：两个字，即四个字节，一个32位二进制数。
法和补码表示法
绪论
1、原码（符号编码）表示法 定义：用“0”和“1”分别表示“+”和“-”，数值部分为真值
的绝对值。 Eg：X=(+5) 10=
X=(-5 ) 10= X=(+0) 10= X=(-0 ) 10=
绪论
结论： （1）可见：原码有以下特点： （a）原码中0有两种形式： (+0) 原=00000000B， (-0) 原=10000000B， （b）8位带符号数的原码范围为：-127（11111111B）~ +127
（01111111B）； 16位带符号数的原码范围为：-32768（1000000000000000B）~ +
32767 （0111111111111111B） 补：快速求补码法：将负数原码的最前面的1和最后一个1之间的每
一位数求反。 问题：已知一个数的反码，怎么求它的真值呢？ （2）当负数采用补码表示时，就可以把减法运算转换为加法运算。 Eg : 5+(-3)=
绪论
（3）逻辑非 法则： （4）逻辑异或（半加，不考虑进位的加法，也称模2加） 法则： 用途：令某数中某几位取反
绪论
2、算术运算 （1）加/减法运算 a.加法运算 法则：0+0=0
0+1=1+0=1 1+1=0（逢2进1） Ex: BDH+AAH=67H
绪论
a.减法运算 法则：0-0=1-1=0
② 一个用补码表示的机器数，若最高位为0，则其余几位 即为此数的绝对值；若最高位为1，其余几位不是此数 的绝对值，必须把该数求补（按位取反（包括符号位） 加1），才得到它的绝对值。如：X=-15 [-15]补＝F1H ＝11110001B 求补得00001110＋1＝00001111B=15
第0章 计算机的基础知识
绪论
2、十六<--十进制数的转换 A、十六--十进制 方法：按权展开，然后相加 Ex: 7F0.CH = 2023.75 B、十六<--十进制 （1）整数部分 方法：除16取余法 Ex: 3901.015625 = F3DH.004H b.小数部分 方法：乘16取整法
绪论
3、二<--十六进制数的转换 A、二--十六进制 法则：从小数点开始，或左或右，四位一组，不足四位
1-0=1 0-1=1（有借位）
Ex: B5H-93H=22H
绪论
（2）乘/除法运算 a.乘法运算 法则：0×0=0×1=1×0=0
1×1=1 在计算机中，乘法采用部分积左移或部分积右移法实现。 b.除法运算 法则：二进制除法类似于十进制除法
第0章 计算机的基础知识
0.2.2 计算机中数的几个概念
以0补足，然后分别把每组用十六进制数表示 1 1011 1110 0011.1001 0100B=1BE3.94H B、二<--十六进制 法则：把十六进制中每位用二进制表示，再把各位连成
一体。 3AB.7A5H=11 1010 1011.0111 1010 0101B
绪论
十进制数
二进制数
四合一位法 一位分四位法
绪论
1、十进位（Decimal natation）
特点：a、有十个数码 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9 b、逢十进一
Ex: 5453.25=
绪论
2、二进位（Binary natation）
特点：a、有两个数码 0、1 b、逢二进一、借一当二
Ex: (11 1011.101)2=59.625
第0章 计算机的基础知识
0.1.3 微机的主要技术指标
微型计算机主要有如下一些技术指标：
字长：CPU并行处理数据位，由此定为8位机、16位机、32 位机等。 存储容量：存储器单元数，例如256B、8KB、1MB等（1B 即一个字节，也就是一个8位二进制数，是计算机数据的基 本单位）。 运算速度：CPU处理速度，它和内部的工艺结构以及外接 的时钟频率有关。 时钟频率：在CPU极限频率以下，时钟频率越高，执行指 令速度越快，对单片机而言，有6MHz、12MHz、24MHz等。