2022年单片机课件--基础知识.ppt

单片机原理及接口技术武汉大学电子信息学院1第1章 基础知识本章内容：本章主要介绍单片机的概念、单片机的发展、基本的结构和特点、单片机的应用模式和领域以及MCS-51单片机等。21.1 计算机的一些概念 计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五个部分组成。计算机的结构（冯.诺伊曼）3什么是单片机？随着微电子技术的发展和近代超大规模集成电路的出现，微处理器及相关的外围芯片又有了飞速的发展，其最新进展之一是将微处理器和外围芯片，如可编程只读存储器（EPROM）、随机存储器（RAM）、并行I/O端口（PIO）、串行I/O端口（SIO）、定时/计数（CTC）、中断控制器（ICU）、模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、监控定时器（WDT）、通讯控制器（CCU）、脉宽调制器（PWM）、数字信号处理器（DSP）等等部件集成在一块芯片之中，制成了单片微型计算机（Single Chip MicroComputer），简称单片机。它的另外一个名字，叫微控制器（Micro-Controller简记为MCU）。由于它通常以嵌入某个电路或设备中的面目出现的，故也被称为嵌入式控制器（Embedded Controller）。单片机与微处理器（cpu）、微机概念不同。4集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC）采用CISC结构的单片机数据线和指令线分时复用，即所谓冯诺伊曼结构。它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格亦高。采用RISC结构的单片机数据线和指令线分离，即所谓哈佛结构。这使得取指令和取数据可同时进行，且由于一般指令线宽于数据线，使其指令较同类CISC单片机指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度亦更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化。属于CISC结构的单片机有Intel8051系列、Motorola的M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列等；属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。一般来说，控制关系较简单的小家电，可以采用RISC型单片机；控制关系较复杂的场合，如通讯产品、工业控制系统应采用CISC单片机。不过，RISC单片机的迅速完善，使其佼佼者在控制关系复杂的场合也毫不逊色。51）主机 运算器、控制器、存储器合称主机。2）CPU 运算器、控制器合称为中央处理单元3）MPU 若将这两部分集成在同一块集成电路硅片上，则称为微处理器。4）单板微型计算机 将五大部件集中在一块印刷电路板（含MPU)的计算机称为单板 微型计算机。5）单片机 将五大部件集中在一块集成电路硅片上的计算机称为单片机。6）微型计算机系统 这五大部件加上对应的系统软件和应用软件等合称为微型计算机系统6MCS-51和8051概念 MCS是Intel公司单片机的系列符号。Intel推出有MCS-48、MCS-51、MCS-96系列单片机。MCS-51系列单既包括三个基本型8031、8051、8751，以及对应的低功耗型号80C31、8051、87C51，因而MCS-51特指Intel的这几种型号。在计算机领域，系列机是指同一厂家生产的具有相同系统结构的机器。20世纪80年代中期以后，Intel以专利转让的形式把8051内核给了许多半导体厂家，如AMTEL、PHILIPS、ANANOG DEVICES、DALLAS等。这些厂家生产的芯片是MCS-51系列的兼容产品，准确地说是与MCS-51指令系统兼容的单片机。这些单片机与8051的系统结构（只要是指令系统）相同，采用CMOS工艺，因而常用80C51系列来称呼所有具有8051指令系统的单片机。他们对8051一般都作了一些扩充，更有特点、功能更强、市场竞争力更强，不应该把他们称为MCS-51系列单片机。MCS只是Intel公司专用的。7在在MCS48单片微机成功的刺激下，许多半导体公司和计单片微机成功的刺激下，许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片微机系列，有算机公司争相研制和发展自己的单片微机系列，有Motorola公司的公司的6801、6802，Zilog公司的公司的Z8系列，系列，Rockwell公司的公司的6501、6502等，此外，日本的等，此外，日本的NEC公司、公司、日立公司及日立公司及EPSON公司等，也都相继推出了各具特色的单公司等，也都相继推出了各具特色的单片微机品种。片微机品种。对工业控制、智能仪表等诸多较高层次的应用领域，对工业控制、智能仪表等诸多较高层次的应用领域，8位单位单片微机系列在性能、价格两方面有较好的兼顾。片微机系列在性能、价格两方面有较好的兼顾。尽管目前单片微机的品种很多，但其中最具典型性的当属尽管目前单片微机的品种很多，但其中最具典型性的当属Intel公司的公司的MCS51系列单片微机。此外，它还具有品种系列单片微机。此外，它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。直到现在全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。直到现在MCS51仍不失为单片微机中的主流机型。由于仍不失为单片微机中的主流机型。由于8位单片微机的高位单片微机的高性能价格比，估计近十年内，性能价格比，估计近十年内，8位单片微机将仍是单片微机位单片微机将仍是单片微机中的主流机型。中的主流机型。9在在8位单片微机之后，位单片微机之后，16位单片微机也有很大发展。例如，位单片微机也有很大发展。例如，1983年年Intel公司推出的公司推出的MCS96系列单片微机。与系列单片微机。与MCS51相比，相比，MCS96不但字长增加一倍，而且还具有不但字长增加一倍，而且还具有 4路或路或 8路的路的10位位 A/D 转换功能，此外，在其它性能方面也有一定转换功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。飞利浦公司推出了与的提高。飞利浦公司推出了与80C51在源码级兼容性的在源码级兼容性的16位单片微机，即位单片微机，即80C51XA(每一条每一条80C51指令可以指令可以1 1地被地被翻译成一条翻译成一条XA指令，仅指令，仅XCHD指令除外指令除外)，用户不需投入，用户不需投入很大的软件开销和人员就能较大的提高产品性能。很大的软件开销和人员就能较大的提高产品性能。80C51XA具有的高性能包括：执行速度快、支持高级语言具有的高性能包括：执行速度快、支持高级语言(比如比如C语言语言)、支持实时多任务执行、易于形成派生系列、支持实时多任务执行、易于形成派生系列产品、地址宽度可变产品、地址宽度可变(用户可以方便地将外部地址线宽度选用户可以方便地将外部地址线宽度选定为定为12位、位、16位、位、20位、位、24位等等。在工业控制产品、高位等等。在工业控制产品、高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域，档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域，10 单片微机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、单片微机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。功能及结构兼容方向发展。今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：多功能多功能 在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、各种功能的各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，如把如把LED、LCD或或VFD显示驱动器集成在显示驱动器集成在8位单片微机中，位单片微机中，如把如把A/D、D/A、乃至多路模拟开关和采样、乃至多路模拟开关和采样/保持器也集成保持器也集成在单片微机芯片中，从而成为名副其实的单片微机。在单片微机芯片中，从而成为名副其实的单片微机。高性能高性能为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用RISC体体系结构、并行流水线操作和系结构、并行流水线操作和DSP等的设计技术，使单片微等的设计技术，使单片微机的指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显机的指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微处理器。地优于同类型的微处理器。11 全盘全盘CMOS化趋势化趋势单片微机采用二种半导体工艺生产，单片微机采用二种半导体工艺生产，HMOS工艺即高密度工艺即高密度短沟道短沟道MOS工艺，具有高速度和高密度；工艺，具有高速度和高密度；CHMOS工艺即工艺即互补金属氧化物的互补金属氧化物的HMOS工艺，除具有工艺，除具有HMOS的优点外，的优点外，还具有还具有CMOS工艺的低功耗特点。如工艺的低功耗特点。如8051的功耗为的功耗为630mw，而，而80C51的功耗仅的功耗仅120mw。从第三代单片微机起开始淘汰非从第三代单片微机起开始淘汰非CMOS工艺。目前，数字工艺。目前，数字逻辑电路和外围器件等都已普遍逻辑电路和外围器件等都已普遍CMOS化。化。推行串行扩展总线推行串行扩展总线推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结构。推行串行扩展总线可以显著减少引脚数量，简化系统结构。随着外围器件串行接口的发展，单片微机的串行接口的普随着外围器件串行接口的发展，单片微机的串行接口的普遍化、高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退。遍化、高速化，使得并行扩展接口技术日渐衰退。12许多公司都推出了删去了并行总线的非总线单片许多公司都推出了删去了并行总线的非总线单片微机，需要外扩器件微机，需要外扩器件(存储器、存储器、I/O等等)时，采用串时，采用串行扩展总线，甚至用软件虚拟串行总线来实现。行扩展总线，甚至用软件虚拟串行总线来实现。由于集成度的进一步提高，有的单片微机的寻址由于集成度的进一步提高，有的单片微机的寻址能力已突破能力已突破64 KB的限制，的限制，8位、位、16位的单片微机位的单片微机有的寻址能力已达到有的寻址能力已达到 IMB和和 16 MB。片内。片内ROM的容量可达的容量可达 62 KB，RAM的容量可达的容量可达2KB。13ATMEL公司的公司的Flash单片微机单片微机89C51等、等、DALLAS公司的公司的DS5000/DS5001等、华邦公司的等、华邦公司的W78C51及及W77C51等。等。从从MCS48单片微机发展到如今的新一代单片微机，大致单片微机发展到如今的新一代单片微机，大致经历了三代。如以经历了三代。如以 Intel 8位单片微机为例，这三代的划分位单片微机为例，这三代的划分大致如下。大致如下。第一代：以第一代：以MCS48系列单片微机为代表。属于低性能单系列单片微机为代表。属于低性能单片微机阶段。片微机阶段。第二代：以第二代：以MCS5l系列的系列的8051、8052单片微机为代表。单片微机为代表。可以看出，这一代单片微机主要的技术特征是为单片微机配可以看出，这一代单片微机主要的技术特征是为单片微机配置了完善的外部并行总线（置了完善的外部并行总线（AB、DB、CB）和具有多机识）和具有多机识别功能的串行通信接口（别功能的串行通信接口（UART），规范了功能单元的特），规范了功能单元的特殊功能寄存器（殊功能寄存器（SFR）控制模式及适应控制器特点的布尔）控制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统，为发展具有良好兼容性的新一代单处理系统和指令系统，为发展具有良好兼容性的新一代单片微机奠定了良好的基础。片微机奠定了良好的基础。15第三代：以第三代：以80C51系列单片微机为代表。系列单片微机为代表。它包括了它包括了 Intel公司发展公司发展MCS51系列的新一代产品，如系列的新一代产品，如 8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB石石XC451、8XC452，还包括了，还包括了 Phlips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、ATMEL等公司以等公司以80C51为核心推出的大量各具特色、与为核心推出的大量各具特色、与MCS51兼容的单片微机。兼容的单片微机。80C51系列单片微机是在系列单片微机是在MCS51的的HMOS基础上发展起基础上发展起来的，它们具有来的，它们具有CHMOS结构。部分厂家所生产的结构。部分厂家所生产的80C51系系列或与之相兼容的单片微机的特点列于列或与之相兼容的单片微机的特点列于表表1l、表表1一一2及及表表1一一3中。中。从表中可以看出，从表中可以看出，80C51系列单片微机保留了系列单片微机保留了MCS51单单片微机的所有特性，内部组成基本相同。片微机的所有特性，内部组成基本相同。80C51系列单片系列单片微机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：微机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。空闲方式和掉电方式。16表11（PHILIPS)17表2(ATMEL)18表13(华邦公司华邦公司)19单片机存储器的组织结构8051单片机在物理上有四个存贮空间：（四大物理空间）片内程序存贮器和片外程序存贮器、片内数据存贮器和片外数据存贮器。8051片内有256B数据存贮器RAM和4KB的程序存贮器ROM。除此以外，还可以在片外扩展RAM和ROM，并且各有64KB的寻址范围。程序存贮空间（MP)与数据存贮空间（MD)从物理上分开（称为哈佛结构）对于用户来说，8051存储器地址空间分为三类：（三大逻辑空间）片内、片外统一编址0000HFFFFH的64KB程序存储器地址空间（用16位地址）。64K片外数据存储器地址空间，地址也从0000HFFFFH编址（用16位地址）。256B数据存储器地址空间（用8位地址）。20211.1 计算机的一些概念8位计算机每个单元可存放一个8位二进制数，即一个字节，每一位的状态是0或1。存储单元保存的8位二进制数称为单元的内容。存储单元示意图如图地址为0110单元的内容为10101001，表示为（06H）=A9H。221.2 单片机单片机即单片机微型计算机，就是将CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机。单片机也称为微控制器（Microcontroller unit，MCU），嵌入式控制器（Embedded Microcontroller unit，EMCU）1.2.1单片机的概念及特点 单片机分为通用型和专用型，通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户。内部资源丰富、性能全面、适应性强。专用型单片机针对某些产品的特定用途而制作的单片机，是MCU发展的一个趋势。231.2 单片机单片机有以下特点：（1）集成度高，功能强。单片机在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、I/O接口等资源，在芯片上还包含了中断系统、串行通信接口、定时器/计数器等功能部件，芯片功能强、体积小、集成度高。（2）具有较高的性能价格比。单片机尽可能地把应用所需的各种资源集成在一块芯片内，性能高，但是价格却相对较低廉。（3）抗干扰能力强。单片机是面向工业检测控制环境设计的，因此，抗噪声干扰能力较强。程序固化在ROM类型的存储器中不易被破坏；许多资源集成在一个芯片，可靠性高。1.2.1单片机的概念及特点 24 第1阶段（19711976）：单片机萌芽阶段。第2阶段（19761980）：初级单片机阶段。第3阶段（19801983）：高性能单片机阶段。第4阶段（19831990）：8位单片机巩固发展及16 位单片机推出阶段。第5阶段（1990）：单片机在集成度、功能、速度、可靠性、应用领域等方面全方位地向更高水平发展。1.2 单片机1.2.2 单片机的发展 25计算机的发展历史1）用电子管实现这五大部件的计算机称为第一代电子计算机。2）用晶体管实现这五大部件的计算机称为第二代电子计算机。3）用中小规模集成电路实现这五大部件的计算机称为第三代电子计算机。4）用大规模和超大规模集成电路实现这五大部件的计算机称为第四代电子计算机。26 （）MCS-51单片机的第一代产品：Intel MCS-51 8031/8051/8751 （）第二代产品系列采用了CMOS技术制造而成，集成度高，速度快，功耗低：ATMEL MCS-51兼容系列 89C51/89C52、89C2051/89C2052；（）第三代80C51产品的单片机内核SoC（System On Chip,SoC）化。CYGNAL C8051Fxxxx（SilabC8051F）1.2 单片机1.2.3 MCS-51系列单片机及其兼容单片机271.2 单片机（1）家用电器（2）办公自动化（3）商业领域（4）工业领域（5）汽车电子（6）航空航天与军事单片机应用从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。以前必须由硬件（模拟电路或数字电路）实现的控制功能，现在可以用单片机的软件方法实现，这种以软件取代硬件并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。随着单片机应用技术的推广普及，微控制技术将发挥将越来越重要的作用。1.2.4 单片机的应用28按照所使用单片微机的类型不同，单片微机应用系统结构按照所使用单片微机的类型不同，单片微机应用系统结构可分成总线方式和非总线方式。可分成总线方式和非总线方式。在总线方式的应用系统中，单片微机都具有完善的外部扩在总线方式的应用系统中，单片微机都具有完善的外部扩展总线，如并行总线（展总线，如并行总线（AB、DB、CB）、串行通信总线（）、串行通信总线（如如 UART），通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设），通过这些总线可方便地扩展外围单元、外设接口等。采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、接口等。采用总线方式的应用系统多属较复杂的工控系统、智能仪表、监测系统，或满足这些应用而构成的多机与网智能仪表、监测系统，或满足这些应用而构成的多机与网络系统。总线方式的单片微机在不使用外部并行总线时，络系统。总线方式的单片微机在不使用外部并行总线时，外部并行总线引脚可作为外部并行总线引脚可作为I/O口用。在掩膜用户程序时，还口用。在掩膜用户程序时，还可要求将这些可要求将这些 I/O口改造成具有各种驱动能力的口改造成具有各种驱动能力的 I/O口。口。非总线方式的应用系统（如非总线方式的应用系统（如 80C51系列中的系列中的 83C751、87C751，83C752、WC752，Motorola 的的MC68HC05系列系列中的许多产品）省去了外部并行总线，可构成各种小封装中的许多产品）省去了外部并行总线，可构成各种小封装芯片，有限的引脚芯片，有限的引脚 可提供更多的用户可提供更多的用户I/O口，以使应用系口，以使应用系统的芯片数量最少。统的芯片数量最少。29采用非总线方式的应用系统多属小型控制器、测采用非总线方式的应用系统多属小型控制器、测控单元、单元仪表等。控单元、单元仪表等。以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。以下大致介绍一些典型的应用领域和应用特点。l 家用电器领域家用电器领域 国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取国内各种家用电器已普遍采用单片微机控制取代传统的控制电路，做成单片微机控制系统，如代传统的控制电路，做成单片微机控制系统，如洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电洗衣机、电冰箱、空调机、微波炉、电饭堡、电视机、录像机及其它视频音像设备的控制器。视机、录像机及其它视频音像设备的控制器。2办公自动化领域办公自动化领域 比如一台比如一台PC机可能嵌入了机可能嵌入了10个单片微机，如控个单片微机，如控制键盘、鼠标、显示器、制键盘、鼠标、显示器、CD-ROM、声卡、打印、声卡、打印机、软机、软/硬盘驱动器、调制解调器等。硬盘驱动器、调制解调器等。305汽车电子与航空航天电子系统汽车电子与航空航天电子系统通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监通常在这些电子系统中的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行测控制系统、自动驾驭系统、通信系统以及运行监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。监视器（黑匣子）等，都要构成冗余的网络系统。比如一台比如一台RMW-7系列宝马轿车就用了系列宝马轿车就用了63个单片微个单片微机，大部分还是机，大部分还是16位单片微机。位单片微机。单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系单片微机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用数字电路实现的大部分控制功能，现在已能使用单片微机通过软件方法实现了。这种以软件取代单片微机通过软件方法实现了。这种以软件取代硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微硬件，并能提高系统性能的控制技术，称之为微控制技术。这标志着一种全新概念的建立。控制技术。这标志着一种全新概念的建立。32331.3 计算机的数学基础(1)十进制十个数符：09，逢十进一。加权展开式以10称为基数，各位系数为09。一般表达式：ND=dn-110n-1+dn-210n-2+d0100+d-110-+1234.5=1103+2102+3101+4100+51011.3.1 数制及转换一.数制34(2)二进制两个数符：0、1,逢二进一。加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：NB=dn-12n-1+dn-22n-2+d020+d-12-1+1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 1.3.1 数制及转换一.数制1.3 计算机的数学基础35(3)十六进制十六个数符09、AF，逢十六进一。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+DFC.8=13162+15161+12160+816-11.3.1 数制及转换1.3 计算机的数学基础一.数制36进位计数制的一般表达式：N=an-1Rn-1+an-2Rn-2+a1R1a0R0 a-1R-1a-mR-m 一种进制的数转换成另一种进制数的方法：按权展开，求和计算。1.3.1 数制及转换1.3 计算机的数学基础二.数制之间的转换37（一）十六进制数转换成十进制数 按权展开，然后按照十进制运算法则求和。举例：B=123+121+120+12-1+12-3 H=13162+15161+12160+816-1 1.3.1 数制及转换1.3 计算机的数学基础38（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。=0011 1010 1111.0010=1110101111.001B 3 A F 2 =0111 1101.1100 7 D C1.3.1 数制及转换1.3 计算机的数学基础39 （三）十进制数转换成二、十六进制数 整数、小数分别转换 1.整数转换法 “除基取余”：十进制整数不断除以转换进制基数，直至商为0。每除一次取一个余数，从低位排向高位。1.3.1 数制及转换1.3 计算机的数学基础40 2.小数转换法 “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。1.3.1 数制及转换1.3 计算机的数学基础411.3.2 计算机中数的表示方法机器数：机器中数的表示形式，其位数通常为8的倍数 真值：机器数所代表的实际数值。一个8位机器数+84和-84与它们的真值对应关系 真值：X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B 机器数：X1机=01010100 X2机=11010100 机器中，数的最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。机器数与真值一.带符号数的表示1.3 计算机的数学基础42最高位为符号位，0表示“+”，1表示“”。数值位与真值数值位相同。x1 =+1010100B x1原 =01010100 x2 =1010100B x2原=11010100 在计算机中，0 可表示为+0和0，故0 在原码中有两种表示法：+0原=00000000B0原=10000000B。带符号数通常有三种表示方法：原码、反码、补码（1）原码 1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础43如工业机器人的控制系统是由中央控制器、感觉系统、行走系统、擒拿系统等节点构成的多机网络系统。加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。这128个符号共分为两类：一类是图形字符，共96个；MCS是Intel公司单片机的系列符号。十六个数符09、AF，逢十六进一。（）第二代产品系列采用了CMOS技术制造而成，集成度高，速度快，功耗低：它包括了 Intel公司发展MCS51系列的新一代产品，如 8XC152、80C51FA/FB、80C5lGA/GB石XC451、8XC452，还包括了 Phlips、Siemens、ADM、Fujutsu、OKI、ATMEL等公司以80C51为核心推出的大量各具特色、与MCS51兼容的单片微机。7 D C在MCS48单片微机成功的刺激下，许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片微机系列，有Motorola公司的6801、6802，Zilog公司的Z8系列，Rockwell公司的6501、6502等，此外，日本的NEC公司、日立公司及EPSON公司等，也都相继推出了各具特色的单片微机品种。80C51系列单片微机增设了两种可以用软件进行选择的低功耗工作方式：空闲方式和掉电方式。DFC.64K片外数据存储器地址空间，地址也从0000HFFFFH编址（用16位地址）。8051片内有256B数据存贮器RAM和4KB的程序存贮器ROM。属于RISC结构的有Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。单片机分为通用型和专用型，通用型单片机把可开发的内部资源全部提供给用户。正数的反码与原码表示相同。负数反码符号位为 1，数值位为原码数值各位取反。（2）反码 1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础x=+4 x原=00000100 x反=00000100 x=-4 x原=10000100 x反=11111011负数的反码44（3）补码 正数的补码表示与原码相同。负数的补码等于其反码加1。x=+4，x原=x反=x补=00000100 x=-4 x原=10000100 x反=11111011 x补=11111100补码表示的优点：0的表示唯一。1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础负数的补码45（4）真值与机器数之间的转换1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础 1）正数的原码、反码、补码相同，无需转换；2）负数原码的最高位为符号位，其余位为数值位，由数值位可以获取真值；负数反码的数值位按位取反，可转换为原码，即一个负数反码的反码为该负数的原码；负数补码的数值位按位取反后，末位再加1，可转换为原码，即一个负数补码的补码为原码。3）由原码求真值。用“”、“”代替原码的符号位0和1。推论：一个数的绝对值等于原码的符号位清0。46 X1=+127，X2=-127，求X原、X补 X1原=X1补=01111111=7FH X2原=11111111=FFH X2补=10000001=81H X1=+255，X2=-255，求X原、X补 X1原=X1补=0000000011111111=00FFH X2原 X2补（4）真值与机器数之间的转换1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础47（二）（二）定点数浮点数的表示定点数浮点数的表示（1）定点数）定点数小数点位置固定的机器数。运算简便，表示小数点位置固定的机器数。运算简便，表示范围小。范围小。数据用数据用2字节整数和字节整数和1字节小数表示，小数点字节小数表示，小数点位于两部分之间，表示如下：位于两部分之间，表示如下：1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础48（2）浮点数 二进制数也可以表示为类似于科学计数法的形式，一个二进制数浮点表示为：1.3.2 计算机中数的表示方法1.3 计算机的数学基础 S为尾数，J为阶码，它们均为整数。通常，有2字节浮点数、3字节浮点数、4字节浮点数。3字节浮点数49 （一）二进制代码 计算机只能处理二进制数和二进制编码，任何进入计算机的信息必须转化为二进制数或二进制编码。由0和1组成的二进制数码用来表示数值的大小，或用来表示特定的信息，这种具有特定含义的二进制数码称为二进制代码。1.3.3 编码1.3 计算机的数学基础501.3.3 编码二二.十进制数四位二进制编码十进制数四位二进制编码(BCD 码码)BCD码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。8421 BCD码例：求十进制数876的BCD码876BCD=1000 0111 0110 876=36CH=1101101100B51（二）十进制数四位二进制编码 十进制数四位二进制编码就是用四位二进制数来表示09 这十个十进制符号，简称为BCD 码。1.3.3 编码1.3 计算机的数学基础52 （三）ASCII码【美国标准信息交换码】用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息。ASCII码用一个7位二进制数来表示一个特定的字符，可表示27=128个符号。这128个符号共分为两类：一类是图形字符，共96个；一类是控制字符，共32个。1.3.3 编码1.3 计算机的数学基础5354本章结束谢谢！55