《单片机原理与嵌入式系统设计》.ppt

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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,第1章 基础知识,1.2单片机简介,1.3数制及其转换,1.1单片机与嵌入式系统概述,1.1单片机与嵌入式系统概述,单片机的含义单片机是单片微型计算机的简称，早期的英文名是Single-chip Microcomputer.单片机在控制领域大显身手，单片机可以装到各种智能化产品中，所以又称为嵌入式微控制器（Embedded Microcontroller）,MCU的基本含义是：在一块芯片上集成了中央处理单元(CPU),存储器（RAM/ROM等）

2、、定时器计数器及多种输入输出（I/0）接口的比较完整的数字处理系统。,三总线,总线有三种:数据总线DB（Data Bus）,地址总线 AB（Address Bus）和控制总线 CB(Control Bus）,计算机技术在两个重要领域通用计算机领域和嵌入式(Embedded)计算机领域都获得的极其重要的进展.单片机只是一块芯片.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、输出设备五部分组成，只不过这些都集成在一块芯片上，这种结构使得单片机成为具有独特功能的计算机。,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重要的地位。,嵌入式系统的含义(1)嵌

3、入式系统的由来计算机是应数值计算的要求而诞生的。直到20世纪70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，人们对计算机技术给予更大的期待。,主要表现在直接面向控制对象；嵌入到具体的应用体中，而不以计算机的面貌出现；能在现场可靠地运行；体积小，应用灵活；突出控制功能,特别是对外部信息的捕捉与丰富的1/O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，而面向测控对象，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计算机系统，简称嵌入式系统(Embedded System)。,从总体上说，通用计算机系统主要

4、用于数值计算、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，兼顾数据处理。(一般人不察觉是计算机)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，各自扮演不同的角色，共同完成系统任务.,（2）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计算机系统的统,称嵌入式系统通常有工控机、通用CPU模块、嵌入式微处理器(Embedded Processor）和嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller）。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。后两者是基于芯片形态的计算机系统，其中嵌入式微处理器是在通用CP

5、U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。,嵌入式微控制器: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.所以，所以说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式系统的应用特点专门设计的，它能很好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。,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，开发者可根据具体要求选用最佳型号的单片机嵌入到应用系统中。,1.2单片机简介

6、,1.2.1 单片机单片机：将微处理器(CPU)、存储器、I/O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。,单片机为工业测控而设计，又称微控制器。具有三高优势(集成度高、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、通讯设备、家用电器等。特别适合于嵌入式微型机应用系统。,1.2.2单片机的主要应用领域(1)工业方面实时控制、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、数据传送、分布式控制等。(2)仪器仪表方面 智能仪器仪表、医疗

7、器械、色谱仪、示波器智能测厚仪等。,(3)民用方面 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、抽湿机、消毒柜、照相机、空调机、电风扇、防盗控制、彩电、音响等。(4)电讯方面手机、调制解调器、智能线路运行控制、程控电话交换机等。,(5)导航控制方面鱼雷制导控制、智能武器装置、导弹控制、航天导航系统、电子干扰系统等。(6)数据处理方面 图形终端、复印机、硬盘驱动器、磁带机、打印机、打字机等。(7)汽车方面 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、测试设备等。,单片机发展概况,20世纪70年代：1975年 4位单片机 TMS-10

8、001976-1978 初级8位单片机 Intel MCS-48 系列20世纪80年代：高档8位单片机 Intel MCS-51系列：-51子系列：8031/8051/8751-52子系列：8032/8052/8752低功耗型80C31高性能型80C252廉价型89C2051/1051,20世纪90年代:高档单片机,DSP32位单片机 ARM,14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

9、列，美国洛克威尔公司(Rockwell)的PPS/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。,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

10、称为高档8位单片机。,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。,316位单片机阶段 1983年以后，集成电路的集成度可达十

11、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(PWM)输出、特殊用途的监视定时器(Watchdog)等等。

12、16位单片机可用于高速复杂的控制系统。,432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统中才有应用。,1.微型计算机组成结构,计算机知识,2.计算机主要技术指标,字长：CPU并行处理二进制的

13、数据位数 8位机、16位机、32位机和64位机。,内存容量：内存存储单元数 容量单位：1K=210=1024，1M=220=1KK 8K、64K、16M、64M。,运算速度：CPU处理速度时钟频率、主频、每秒运算次数 6MHz、12MHz、24MHz、100MHz、300MHz。,内存存取周期：内存读写速度 50nS、70nS、200nS。,1.2.5 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 M

14、CS-51系列单片机分类,80C51与8051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

15、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。,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。,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

16、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。,3.Philips公司的单片机 PhiliPs公司生产的单片机包括8051结构的80C51系列8位单片机、采用8051结构的16位单片机、以680（力为核心的16位单片机。其中80C51系列8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。80 Csl系列单片机的特点是具有便于开发的FLASH型单片机，具有I2C串行总线口，具有8一10位A/D，程序存储器和数据存储器容量大，还具有CAN

17、BUS（控制器局域网）接口.,4Motorola公司的单片机 68HC05是Motorola公司推出的一种采用HCMOS技术的8位单片机。它的典型代表为MC68HC705C8A，它有8位CPU、8KB的EPROM、304B的RAM、16位多功能定时器、34根I/O线（31根双向I/O线，3根中断和定时器输人输出线）、串行通信口、串行扩展口、Watchdog（看门狗）、5个中断向量（9个中断源）。68HC05系列有几十种型号，它们的程序存储器（ROM、EPROM）和RAM容量、引脚封装、存储空间分配、I/O功能各不相同，以适应各种应用场合的不同需要。表14列出了68 HC05系列单片机的功能特性

18、。,5Microchip公司的单片机 Microchip公司有12位程序存储器的低档单片机、14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16位程序存储器的增强型单片机共四大系列。Microchip公司的PlC单片机品种丰富，在各类电子产品中被广泛应用，其产品在8位单片机市场份额中排名第二。,6TOSHIBA公司的单片机 TOSHIBA公司有TLCS-470系列4位单片机，TLCS870、TLCS870X、TLCS870C、系列8位单片机，TLCS900系列1632位单片机。这些单片机不但CPU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C-Like语言的软件开发手段

19、。TLCS-870系列国产的单片机开发工具STF870A,7.HITACHI公司的单片机 HITACHI公司的单片机有H400的4位单片机系列、H8/300L与H8/300的8位单片机系列、H8/300H（外数据总线8位或16位）、H8S/2000和H8/500的16位单片机系列和SH的32位单片机系列。其中4位单片机H400主要应用于低档家用消费类产品以及BP机等；8位单片机的H8/300L主要用于VCR/MD录像机等中高档家用消费类产品以及无绳电话等，H8/300主要用子键盘和ABS汽车刹车等；16位单片机中的H8/300H则用于CD-ROM驱动器和打印机等，H8S/2000将用于PHS系

20、统和蜂窝电话，H8/500则用于电机控制和工程控制等；32位单片机SH用于多媒体和航空航天等领域。,8SIEMENS公司的单片机 SIEMENS公司生产C166系列16位单片机和C500系列8位单片机。C166系列为高速、高性能16位单片机，CPU内部采用流水线型结构，指令周期最小为80ns，乘法（16位*16位）、除法（32位16位），仅400ns，片内ROM（或OTP或FLASH Memory）最大为128KB，数据存储器RAM最大为4KB。片内除常规I/O部件以外，还具有10位A/D、C AN2.OB等特殊I/O接口，多达16个中断优先级、20个中断源的中断系统。该系列有C161、C16

21、3、C164、C165、C166和C167等产品。C166系列单片机主要用于通信，导航等复杂的实时控制系统中。,9 NS公司的单片机 NS（National Semiconductor Corporation，美国国家半导体公司）有COP4系列4位单片机、COP8系列8位单片机、HPC系列16位单片机，其中COP8系列是NS公司的主要产品。COP8（Contol Oriented Processor）是面向控制的8位单片机，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、基本型和新型三大类。,10 ARM系列单片机 ARM是ARM微处理器核的简称，ARM微处理器核是基于RISC（

22、精简指令集计算机）技术的微处理器核，由英国的ARM公司设计开发。ARM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ARM公司购买其设计的ARM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，从而生产出具有自己特色的 ARM单片机。ARM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）速度快（2）存储器容量大,（3）外部通信接日丰富 ARM单片机的通信接口要比普通单片机丰富得多，有UART、USB、Ethernet、CAN、SPI和I2C等通信接口，可以满足嵌入式系统通信多样化的要求。（4）有

23、许多第三方的软件支持,11DSP系列单片机 DSP（Digital signal Processor）是数字信号处理器的简称。DSP起源于20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DSP也是一种单片机，是一种运行速度高，擅长于数字信号处理的单片机。DSP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）速度快 DSP单片机主频较高，执行一条指令所用时间较短，DSP具有指令流水线，可以多条指令并行执行。此外，许多DSP单片机采用32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。以上的几个因素导致DSP单片机比普通单片机快得多。,（2）具

24、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，DSP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。（3）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，DSP单片机的“反比特”寻址方式使排序很容易实现，大大提高了排序效率。DSP单片机的生产厂家很多，其中AD公司、ATT公司、Motorola公司和TI公司生产的DSP单片机在国内比较流行，尤其是TI公司的DSP最为普及。,1.2.6 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分为以下三个层次。(1)单片机：通常指应用系统主处理机，即

25、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。,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,1.2.7 单片机系统的开发过程 通常开发一个单片机系统可按以下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

26、，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。,1.3 计算机的数制和转换,(1)十进制ND有十个数码09、逢十进一。十进制用于计算机输入输出，人机交互。(2)二进制NB两个数码:0、1,逢二进一。二进制为机器中的数据形式。(3)十六进制NH十六个数码:09,AF,逢十六进一。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,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。,进位计数制,（1

27、）二进制NB符号集：0、1 规则：逢二进一。例 1101.101=123+122+021+120+12-1+12-3 加权展开式以2为基数，各位系数为0、1。一般表达式：NB=bn-12n-1+bn-22n-2+b020+b-12-1+,计数进位规则与表达,（2）十六进制NH符号集：0-9、A-F 规则：逢十六进一。例：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+,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

28、.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,进位计数制的一般表达式：Nr=an-1rn-1+an-2rn-2+a1r1a0r0a-1r-1a-mr-m 一个r1进制的数转换成r2进制数的方法：先展开，然后按r2进制的运算法则求和计算。,（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 1111.0010=3 A F 2 1111101.11B=0111 1101.1100=7D.CH 7

29、D C,（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。举例：,1.39转换成二进制数39=100111B2 39 1（b0）2 19 1（b1）2 9 1（b2）2 4 0（b3）2 2 0（b4）2 1 1（b5）0,2.208转换成十六进制数 208=D0H16 208 余 016 13 余 13=D 0H,（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

30、整数，从最高位排到最低位。举例：,1.0.625转换成二进制数0.625 2 1.250 1(b-1)2 0.5 0 0(b-2)2 1.0 1(b-3)0.625=0.101B,2.0.625转换成十六进制数 0.625 16=10.0 0.625=0.AH3.208.625 转换成十六进制数208.625=D0.AH,带符号数的表示方法,机器数在计算机中，因为只有“0”和“1”两种形式，所以数的正、负号，也必须以“0”和“1”表示。通常把一个数的最高位定义为符号位，用0表示正，1表示负，称为数符：其余位仍表示数值。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、负号表示的数称

31、为真值数。,机器中，数的符号用“0”、“1”表示。最高位作符号位，“0”表示“+”，“1”表示“-”。,（一）机器数与真值,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。举例:一个8位机器数与它的真值对应关系如下：真值：X1=+84=+1010100B X2=-84=-1010100B 机器数(原码)：X1机=01010100 X2机=110101002010年9月27日星期一,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01111111，最高位为符

32、号位，即最大值为127。若数值超出127，就要“溢出”。最小负数为10000000，最高位为符号位，即最小值为-128。,（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、定点整数与浮点数三种类型。（1）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成：N=NSN1,N2NM，NS为符号位（2）整数的表示法 整数所表示的数据的最小单位为1，可以认为它是小数点定在数值最低位右面的一种表示法。整数分为带符号和不带符号两类。对带符号的整数，符号位放在最高位。可以写成：N=N

33、SNnNn1N2 N1 N0，NS为符号位,(3)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，大多数采用浮点数。浮点法中,数据的小数点位置不是固定不变的,而是可浮动的。因此,可将任意一个二进制数N表示成N=M2E其中,M为尾数,为纯二进制小数,E称为阶码。可见,一个浮点数有阶码和尾数两部分,且都带有表示正负的阶码符与数符,其格式为,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：,，,应当注意：

34、浮点数的正、负是由尾数的数符确定，而阶码的正、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。,最高位为符号位，0表示“+”，1表示“”。数值位与真值数值位相同。例 8位原码机器数：真值：x1=+1010100B x2=1010100B 机器数：x1原=01010100 x2原=11010100原码表示简单直观,但0的表示不唯一，加减运算复杂。,有符号数通常使用三种表示方法：,(三)原码(True Form),+1原0 0000001，-1原1 0000001+127原0 1111111，-127原1 11111

35、1l在原码表示中，零有两种表示形式，即：+000000000，-010000000。,（四）补码（Twos 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位补码机器数：x=+4 x补=00000100 x=-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。,补码运算,X+Y补=X补+Y补X-Y补=X补+-Y补,+1补00000001，-1补11111111+127补01111111，-127补10000001 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

36、加1。机器数的最高位是符号位，0代表正号，1代表负号。在补码表示中，0有唯一的编码：0补0补00000000。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。,数的补码与“模”有关“模”即计数系统的量程。,当X0，X补=模-X,8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 0000B 不是0，而是128,8位机器数表示的真值,带符号数的表示方法,机器数与真值之间的转换,1)X1=+127，X2=-127，求X原

37、、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=0000000011111111=00FFH X2原FFH X2补FF01H,1.真值机器数,1.3.6 二十进制编码BCD码,例：求十进制数876的BCD码876BCD=1000 0111 0110 876=36CH=11 0110 1100B,BCD码(Binary Coded Decimal)二进制代码表示的十进制数。,一.8421 BCD码,【例】将69.25转换成BCD码。6 9.2 5 0110 10

38、01.0010 0101 结果为69.25=(01101001.00100101)BCD【例】将BCD码转换成十进制数。1001 0111 1000.0101 0110 9 7 8.5 6 结果为（）BCD=978.56,二.BCD码运算,十进制调整：计算机实际按二进制法则计算，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：1

39、47,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：9,1.3.7字符编码,计算机中数的单位位（bit）计算机中数的最小单位字节（byte）表示存储空间大小的最基本的容量单位字（word）计算机进行数据处理和运算的单位,二进制编码：把数字、字母、符号都转化成特定的二进制码来表示。字母与字符的编码方法：可有不同的编码方式,美国标准信息交换码ASCII码，用于计算机与计算机、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（Amer

40、ican Standard Code For Information Interchange）字符编码，即美国信息交换标准代码，如表所示。,把数字（0-9）,英文大小写字母，标点和控制的附加字符，用7位二进制来表示。高3位和低4位。,ASCII码的每个字符用7位二进制数表示，其排列次序为d6d5d4d3d2d1d0,d6为高位，d0为低位。而一个字符在计算机内实际是用8位表示。正常情况下，最高一位d7为“0”。7位二进制数共有128种编码组合，可表示128个字符，其中数字10个、大小写英文字母52个、其他字符32个和控制字符34个。数字09的ASCII码为30H39H。大写英文字母AZ的ASC

41、II码为41H5AH。小写英文字母az的ASCII码为61H7AH。对于ASCII码表中的0、A、a的ASCII码30H、41H、61H应尽量记住，其余的数字和字母的ASCII码可按数字和字母的顺序以十六进制的规律写出。,汉字编码 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。,汉字交换码收录汉字6763个，字符682个用两个连续的字节表示一个特定的汉字汉字编码包括：汉字输入码、机内码、字形码（汉字库）1）信息交换用汉字编码字符集基本

42、集 2）汉字的机内码（GB2312-1980国标码）3）汉字的输入码（外码）4）汉字的字形码,信息交换用汉字编码字符集基本集是我国于1980年制定的国家标准GB231280，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依据。,汉字的机内码是供计算机系统内部进行存储、加工处理、传输统一使用的代码，又称为汉字内部码或汉字内码。,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。汉字输入编码方案很多，其表示形式大多用字母、数字或符号。,汉字字形码是汉字字库中存储的汉字字形的数字化信息，用于汉字的显示和打印。,为了区别汉字和西文，将汉字编码的最高位置成“1”，然后由软件根据最高位做出判断

43、一个汉字可有几个外码，但只有一个内码,GB2312的编码所有的国标汉字与符号组成一个9494的矩阵。在此方阵中,每一行称为一个区,每一列称为一个位,因此,这个方阵实际上组成了一个有94个区(区号分别为0 1到94)、每个区内有94个位(位号分别为01到94)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位码。在汉字的区位码中，高两位为区号，低两位为位号。在区位码中，01-09区为682个特殊字符，1687区为汉字区，包含6763个汉字。其中16-55区为一级汉字(3755个最常用的汉字，按拼音字母的次序排列)，56-87区为二级汉字(3008个汉字，按部首次序排列)。

44、,汉字的区位码每两位加上0 xA0就是计算机中的GB2312码。比如“啊”区位码是1601，GB码是0 xB0A1。B0=16+A0，A1=01+A0。,2011年9月19日,1.3.8 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“1，还是有偶数个“1。,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)

45、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,例如，有效信息为1011001，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。,学习要求：,上课记笔记独立完成作业认真做好实验学习方法：动手实践 Practice is a best way to learning.,