單片機原理及應用：第一講微型計算機基礎

0教學內容1、課程準備2、微型計算機基礎4、微機系統(tǒng)接口擴展3、微機系統(tǒng)應用程序設計5、微機系統(tǒng)通信接口6、人及交互接口1第一章—

微型計算機基礎

微型計算機是一種能對信息加工處理的機器，它具有記憶、判斷和運算能力，能仿效人類的思維活動，代替人的部分腦力勞動，并能對生產過程實施某種控制等等。

最初的計算機只是作為一種現(xiàn)代化的計算工具，而現(xiàn)在微型計算機的應用領域已廣泛滲透到國民經濟的各個領域和人民生活的各個方面。1946年，美國賓夕法尼亞大學制成世界上第一臺ENIAC電子計算機以來，電子計算機經歷了電子管、晶體管和集成電路三個發(fā)展時代，于20世紀70年代初出現(xiàn)了第一臺微型計算機。

21.1微型計算機的組成體系第一章—

微型計算機基礎1.微型化計算機裝置

以微處理器為核心，配置輔助電路（如RAM、ROM、I/O接口電路）而構成的微型化的計算機裝置（簡稱μC），它是具有完成運行功能的計算機。2.單片微型計算機

由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器CPU，存儲器和I/O接口電路等，只需要與適當?shù)能浖屯獠吭O備相結合，便可成為微機控制系統(tǒng)。3第一章—

微型計算機基礎1.1.1微型計算機的發(fā)展1.微處理器技術的發(fā)展

第一代，1971年10月，美國Intel公司首先推出Intel4004微處理器。微處理器進入4位微處理器和低檔8位微處理器的時期。1972年3月，Intel公司又推出Intel8008微處理器實現(xiàn)了8位并行運算。第二代，1973年開始，以8位微處理為主的時期。典型產品有：1973年Intel8080；1974年3月，Motorola公司的MC6800；1975~1976年，Zilog公司的Z80；1976年，Intel8085等。4第一章—

微型計算機基礎第三代，1978年開始，以16位微處理為主的時期。典型產品有：1978年Intel8086；1979年，Zilog公司的Z8000;1979年，Motorola公司的MC68000等。第四代，1981年開始，以32位微處理為主的時期。典型產品有：1983年，Zilog公司的Z80000；1984年，Motorola公司的MC68020；1985年，Intel公司的80386等。這一時期微處理器的集成度達到了空前規(guī)模。如80386微處理器集成度為27.5萬管/片。自Intel80386芯片推出以來，又出現(xiàn)了許多高性能的32位和64位微處理器，如Motorola的MC68030、MC68040，AMD公司的K6-2、K6-3、K7以及Intel的80486、Pentium、PentiumII、PentiumIII和Pentium4等產品。5第一章—

微型計算機基礎2.單片微型計算機的發(fā)展

單片微型計算機的發(fā)展，以Intel公司1976年推出的8位單片機為起點，大體經歷了三個歷史階段。1974年，美國仙童（Fairchild）公司研制出世界上第一臺單片微型計算機F8，該機由兩塊集成電路芯片組成，結構獨特，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器和儀器儀表領域的歡迎和重視。

第一代單片微型計算機（1976~1978）。始于1976年，以MCS-48系列為代表。

第二代單片微型計算機（1978~1982）。以Intel公司的MCS-51系列為代表6第一章—

微型計算機基礎

第三代單片微型計算機（1982~）。技術特點是全速發(fā)展單片微機的控制功能。綜合特點為：（1）外圍電路集成；（2）為了滿足不使用并行總線而能擴展各種外圍器件，推出了串行擴展總線。如philips的I2C總線；（3）出現(xiàn)了滿足分布式系統(tǒng)、突出控制功能的現(xiàn)場總線接口。例如汽車電子系統(tǒng)中采用的CAN總線。（4）程序存儲器的擴展。7第一章—

微型計算機基礎1.1.2微型計算機的分類機主流系列1.單片微機的分類20世紀80年代以來，各大電氣及半導體器件廠商紛紛推出自己的產品系列。迄今為止，市場上的單片微機產品已達60多個系列，600余個品種。1.運算位長短分：可分為4位、8位、16位、32位等微機種類；2.使用場合的不同：高端單片機、低端單片機；3.應用領域分：家電類單片機、工控類單片機、通信類單片機、軍工類單片機；4.是否通用：有通用型單片機和專用型單片機。8第一章—

微型計算機基礎(1)4位單片機(2)8位單片機8位單片微型計算機的控制功能較強，品種最為齊全。對比4位單片微機，它不僅具有較大的存儲容量和尋址范圍，而且中斷源、并行I/O接口和定時器/計數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加，并集成有全雙工串行通訊接口。其他還有16位和32位單片機等類型，根據(jù)需要自行選定。9第一章—

微型計算機基礎2.單片微型計算機的主流系列

市場上流行的單片微型計算機種類很多，主要有：美國的Intel、Motorola、Zilog、NS、Microchip、Atmel和TI公司，日本的NEC（日電）、Toshiba（東芝）、Fujitsu（富士通）和Hitachi（日立）公司，荷蘭的Philips，英國的Inmos和德國的Siemens（西門子）公司等等。(1)Intel公司的單片微機MCS-51系列單片機是Intel公司1980年推出的8位單片機。80C51是MCS-51系列中的一個子系列，是一族高性能兼容型單片機，Siemens、Philips等公司在80C51基礎上推出了與80C51兼容的新型單片機統(tǒng)稱80C51系列。10第一章—

微型計算機基礎(2)Freescale公司的單片微機Freescale是世界上最大的單片機廠商，2004年由Motorola公司半導體部更名為FreescaleSemiconductor,并獨立運行。Freescale單片機的特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合于工控領域及惡劣的環(huán)境。（3）Atmel公司的單片微機

美國Atmel公司是世界上著名的高性能、低功耗、非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導體制造公司。Atmel公司最令人注目的是E2PROM和閃存（flash）存儲器技術，一直處在世界領先地位。該公司把E2PROM和Flash存儲器技術巧妙地運用于單片機，并采用多種封裝形式和高標準質量檢測。11第一章—

微型計算機基礎1.1.3微型計算機的組成原理20世紀80年代以來，各大電氣及半導體器件廠商紛紛推出自己的產品系列。迄今為止，市場上的單片微機產品已達60多個系列，600余個品種。1.以微處理器為中心的微型計算機系統(tǒng)

以微處理器為中心的微型計算機系統(tǒng)是在中小型計算機基礎上發(fā)展起來的，并以大規(guī)模集成電路技術為條件的一種新型計算機，和其他計算機相比，其最大特點是采用總線結構，其中三總線結構尤為普遍，目前已成為微型計算機的一種結構。12第一章—

微型計算機基礎

微處理器MPU是通過AB、DB和CB三總線同外圍的大規(guī)模集成電路ROM存儲器、RAM存儲器及I/O接口電路相連進行工作的。13第一章—

微型計算機基礎

微處理器是微型計算機的CPU（CentralProcessingUnit），具有運算器和控制器的功能，因而它是組成微型計算機的核心部件。微處理器內部結構極其復雜，從功能上看，主要分三大部分運算器、控制器和寄存器組。

（2）ROM和RAM存儲器ROM和RAM是半導體存儲器。ROM（ReadOnlyMemory）存儲器是一種在正常工作時只能讀不能寫的存儲器，故它通常用來存放固定程序和常數(shù)。RAM（RandomAccessMemory）存儲器是一種在正常工作時既能讀又能寫的存儲器，通常用來存放原始數(shù)據(jù)、中間結果、最終結果和實時數(shù)據(jù)等。RAM中存入的信息不能長久保存，停電后便立即消失，故它又稱為易失性存儲器。（1）微處理器MPU

微處理器是微型計算機的CPU（CentralProcessingUnit），具有運算器和控制器的功能，因而它是組成微型計算機的核心部件。微處理器內部結構極其復雜，從功能上看，主要分三大部分運算器、控制器和寄存器組。

14第一章—

微型計算機基礎（3）I/O接口電路

微型計算機通過I/O接口電路與各種外部設備相連，而總線是CPU和存儲器、I/O接口電路之間信息傳輸?shù)耐ǖ馈?5第一章—

微型計算機基礎2.以單片微機為中心的微型計算機系統(tǒng)

單片微型計算機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器CPU、存儲器和I/O接口電路等，因此單片微型計算機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個計算機應用系統(tǒng)。16第一章—

微型計算機基礎（1）中央處理器CPUCPU是單片機的核心部分，通常由運算器、控制器和中斷電路等組成。CPU進行算術運算和邏輯操作的字長同樣有4位、8位、16位和32位之分，字長越長運算速度越快。（2）存儲器

單片微型計算機中，ROM和RAM存儲器是分開制造的。

ROM存儲器用于存放應用程序，故又稱為程序存儲器。目前，單片微型計算機根據(jù)片內ROM的結構，可分為無ROM型、ROM型和EPROM型三類，常用常見的是新出現(xiàn)的具有E2ROM和Flash型ROM存儲器的產品。

RAM存儲器主要用來存放實時數(shù)據(jù)或作為通用寄存器、數(shù)據(jù)堆棧和數(shù)據(jù)緩沖器之用。17第一章—

微型計算機基礎（3）I/O接口和特殊功能部件I/O接口電路有串行和并行兩種。串行I/O用于串行通信，它可以把單片機內部的并行8位數(shù)據(jù)（８位機）變成串行數(shù)據(jù)向外傳送，也可以串行接收外部送來的數(shù)據(jù)并把它們變成并行數(shù)據(jù)送給CPU處理。并行I/O電路可以使單片微型計算機和存儲器或外設之間并行地傳送8位數(shù)據(jù)（8位機）。特殊功能部件指單片微型計算機集成的定時器/計數(shù)器、A/D和D/A、DMA通道等電路。定時器/計數(shù)器用于產生定時脈沖，以實現(xiàn)單片機的定時控制；A/D和D/A轉換器用于模擬量和數(shù)字量之間的相互轉換，以完成實時數(shù)據(jù)的采集和控制；DMA通道可以使單片機和外設之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳送。因此，單片微型計算機集成的特殊功能部件及其數(shù)量與產品的型號有關。18第一章—

微型計算機基礎1.2微型計算機的數(shù)制及其轉換

計算機最基本的功能是對“數(shù)據(jù)”進行運算處理。數(shù)據(jù)是計算機操作的對象，一般可分為數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)。數(shù)值數(shù)據(jù)用于表示數(shù)量的大小，它有確定的數(shù)值；非數(shù)值數(shù)據(jù)沒有確定的數(shù)值，它主要包括字符、漢字、邏輯數(shù)據(jù)等。數(shù)值數(shù)據(jù)的正負、大小、小數(shù)點如何表示為二進制形式，非數(shù)值數(shù)據(jù)如何表示為二進制形式，數(shù)據(jù)表示為二進制信息后，如何對數(shù)據(jù)進行運算，運算結果是否會溢出等一系列問題需要進行詳細討論。19第一章—

微型計算機基礎1．十進制

一種數(shù)制最基本的特征是它的基數(shù)，基數(shù)是指數(shù)制中表示數(shù)值的數(shù)碼個數(shù)。日常生活中，人們習慣使用十進制，它有10個符號0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，即十進制有10個數(shù)碼，基數(shù)為10。它的計數(shù)規(guī)則是“逢十進一，借一當十”。

數(shù)的表示法一般采用位置計數(shù)法。每一個數(shù)碼和數(shù)碼所在的位置載有該數(shù)大小的數(shù)值稱為“權”。每個位置的“權”可以用基數(shù)的乘方表示。如數(shù)(53891)10可表示為：53891104103102101100萬千百十個按位權展開表示為：53891=5×104+3×103+8×102+9×101+1×10020第一章—

微型計算機基礎十進制小數(shù)的位權是以10的負次方冪表示的，如10-1=0.1，10-2=0.01。所以有n位整數(shù)和m位小數(shù)十進制數(shù)D(Decimalnumber)用按權展開表示為：m和n取正整數(shù)。21第一章—

微型計算機基礎2．二進制二進制的基為“2”，數(shù)字符號為0和1，其計算規(guī)則為“逢二進一，借一當二”。二進制各位的權是以2為底的冪，例如數(shù)(10111)2可表示為：二進制10111權2423222120十進制168421任意二進制數(shù)B(Binarynumber)按權位展開為：2．二進制二進制的基為“2”，數(shù)字符號為0和1，其計算規(guī)則為“逢二進一，借一當二”。二進制各位的權是以2為底的冪，例如數(shù)(10111)2可表示為：22第一章—

微型計算機基礎3．八進制

八進制的基為“8”，對應的數(shù)字符號共有8個：0，1，2，3，4，5，6，7，其計算規(guī)則為“逢八進一，借一當八”。八進制各位的權是以8為底的冪，八進制數(shù)按權展開的計算方法同十進制和二進制，例如數(shù)(362)8按權展開為：(362)8=3×82+6×81+2×803．八進制

八進制的基為“8”，對應的數(shù)字符號共有8個：0，1，2，3，4，5，6，7，其計算規(guī)則為“逢八進一，借一當八”。八進制各位的權是以8為底的冪，八進制數(shù)按權展開的計算方法同十進制和二進制，例如數(shù)(362)8按權展開為：4．十六進制

十六進制的基為“16”，對應的數(shù)字符號共有16個：0，1，2，……，9，A，B，C，D，E，F(xiàn)，其計算規(guī)則為“逢十六進一，借一當十六”。十六進制各位的權是以16為底的冪，十六進制數(shù)按權展開的計算方法同十進制和二進制，例如數(shù)(362)16按權展開為：(362)16=3×162+6×161+1×16023第一章—

微型計算機基礎各數(shù)制的數(shù)碼對照表二進制、八進制、十進制、十六進制數(shù)碼對照表十進制數(shù)十六進制數(shù)八進制數(shù)二進制數(shù)十進制數(shù)十六進制數(shù)八進制數(shù)二進制數(shù)00000099100111000110A101022001011B101133001112C110044010013D110155010114E111066011015F111177011116101000088100024第一章—

微型計算機基礎1、八進制數(shù)342.32可以寫成(342.32)8。此外，還可以采用數(shù) 據(jù)加后綴作標識：2、D后綴表示十進制（Decimal），3438D；

B后綴表示二進制（Binary），01110101BO后綴表示八進制（Octal），如2632O，統(tǒng)常用Q代替；

H后綴表示十六進制（Hexadecimal），如96A7BH各數(shù)制的表達方法：25第一章—

微型計算機基礎1.2.2微型計算機數(shù)制之間的轉換人們習慣使用十進制；計算機的算術運算和邏輯運算是以二進制為基礎的運算；十六進制數(shù)易于書寫，在編程時多為人們采用；因此，在應用中，同一個數(shù)據(jù)在不同場合需要用不同的數(shù)制來表示，不同進制數(shù)在計算過程中完成相應轉換，轉換前后兩數(shù)應相等。26第一章—

微型計算機基礎1．各類進制數(shù)轉換為十進制數(shù)轉換方法：直接按位權展開，并求和。轉換計算如下：例1將二進制數(shù)111.11轉換成十進制數(shù)。計算過程如下：27第一章—

微型計算機基礎將十六進制數(shù)61.B轉換成十進制數(shù)。計算過程如下：2．十進制數(shù)轉換為其他進制數(shù)（1）十進制數(shù)轉換二進制數(shù)

十進制數(shù)通常分為整數(shù)部分和小數(shù)部分，轉換時要分別進行計算。28第一章—

微型計算機基礎

整數(shù)部分的轉換方法為“除2取余數(shù)，結果倒排序”，即將整數(shù)部分除以2，得到整數(shù)商和余數(shù)，對商再除以2，又得到商和余數(shù)，繼續(xù)這一過程，直到商等于0為止，在將所得的一系列余數(shù)按逆序排列，即得到整數(shù)部分對應的二進制數(shù)。

小數(shù)部分的轉換方法為“乘2取整數(shù)，結果順排列”，即將小數(shù)部分乘以2，乘積保留整數(shù)部分，再將所得乘積小數(shù)部分乘以2，再保留整數(shù)部分，繼續(xù)這一過程，直到達到有效位數(shù)或小數(shù)部分等于零為止，然后將所得的整數(shù)部分按順序排列，即得到小數(shù)部分對應的二進制數(shù)。

將整數(shù)部分和小數(shù)部分所得的二進制數(shù)合起來，便得到轉換后的二進制數(shù)。小數(shù)部分轉換中，乘積的小數(shù)部分常常是總不為零，二進制小數(shù)的位數(shù)可能很多，轉換時可以根據(jù)精度要求，取一定的位數(shù)即可。29第一章—

微型計算機基礎例3將(41.495)10轉換為二進制數(shù)。解1）先將整數(shù)部分轉換為二進制數(shù)，計算過程如下：因此有(41)10=(101001)2。30第一章—

微型計算機基礎2）小數(shù)部分轉換為二進制數(shù)，計算過程如下：因此有(0.495)10=(0.0111)2。綜合起來，得(41.495)10=(101001.0111)2。31第一章—

微型計算機基礎（2）十進制數(shù)轉換為任意進制數(shù)

把十進制轉換為任意進制數(shù)的方法和十進制轉換成二進制數(shù)相似，整數(shù)部分采用除以基數(shù)取余數(shù)的方法，然后倒排序；小數(shù)部分是乘以基數(shù)得整數(shù)的方法，然后順排序，最后再將其結果分別排列在一起即可。例4將十進制數(shù)(97.0664)10轉換成十六進制數(shù)。解：1）先將整數(shù)部分轉換為十六進制，計算過程如下：因此有(97)10=(61)16。32第一章—

微型計算機基礎2）小數(shù)部分轉換為十六進制數(shù)，計算過程如下：所以有(0.0664)10=(0.10FF)16。綜合起來，(97.0664)10=(61.10FF)16。33第一章—

微型計算機基礎3．二進制數(shù)與八進制數(shù)、十六進制數(shù)之間的轉換（1）二進制數(shù)與八進制數(shù)之間的轉換

由于23=8，24=16，所以每三位二進制數(shù)對應一位八進制數(shù)，每四位二進制數(shù)對應一位16進制數(shù)，因此二進制與八進制、十六進制之間的轉換可以通過表1-1之間的對應關系進行轉換。

轉換方法：以小數(shù)點為界線，分別向左或向右按三位二進制進行分組，不足三位的在前面或后面補足三位。參照表1-1，再將每一組二進制數(shù)轉換為一位八進制數(shù)，排列后即為二進制數(shù)對應的八進制數(shù)。二進制數(shù)和八進制數(shù)之間的轉換過程可逆。34第一章—

微型計算機基礎（2）二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的轉換轉換方法：以小數(shù)點為界線，分別向左或向右按四位二進制進行分組，不足四位的在前面或后面補足四位。參照表1-1，再將每一組二進制數(shù)轉換為一位十六進制數(shù)，排列后即為二進制數(shù)對應的十六進制數(shù)。二進制數(shù)和十六進制數(shù)之間的轉換過程也可逆。例7將二進制數(shù)11011101111.0110101B轉換為十六進制數(shù)，轉換過程如下：所以有，11011101111.0110101B=(6EF.6A)16。35第一章—

微型計算機基礎例8將十六進制數(shù)EF.C轉換成二進制數(shù)，轉換過程如下：所以有，(EF.C)16=(11101111.11)2。36第一章—

微型計算機基礎綜上所述，不同進制數(shù)之間進行轉換時需要注意以下幾點：1）一個二進制數(shù)可以準確地轉換為十進制數(shù)，而一個帶小數(shù)的十進制數(shù)不一定能夠準確地用二進制來表示；2）帶小數(shù)的十進制數(shù)在轉換為二進制數(shù)時，以小數(shù)點為分界，整數(shù)和小數(shù)要分別轉換；3）二進制與八進制、十六進制數(shù)進行相互轉換方便，且能準確地相互轉換，因此帶小數(shù)的十進制數(shù)向八進制或十六進制轉換時也存在精度問題；4）十六進制數(shù)表示二進制數(shù)長度較短，且微機中數(shù)據(jù)表達和編程方便，因此二進制數(shù)與十六進制數(shù)之間的轉換必須十分熟悉。37第一章—

微型計算機基礎1.3微型計算機的碼制和編碼1、數(shù)據(jù)是計算機的處理對象，在計算機中采用基2碼 進行編碼；2、數(shù)據(jù)包括數(shù)值數(shù)據(jù)和非數(shù)值數(shù)據(jù)兩類；3、數(shù)值數(shù)據(jù)可分為有符號數(shù)和無符號數(shù)；4、有符號數(shù)又有正、負之分；5、數(shù)值數(shù)據(jù)又有整數(shù)和小數(shù)之分，存在小數(shù)點。38第一章—

微型計算機基礎1.3.1微型計算機中數(shù)的表示方法1、計算機所處理的數(shù)據(jù)中，對于無正、負意義的數(shù)，稱為無符號數(shù)；2、算術運算中的數(shù)，存在正負之分，這類數(shù)稱為帶符號數(shù)；3、通常規(guī)定一個數(shù)的最高位為其符號位。1．機器數(shù)與真值（數(shù)的符號表示）39第一章—

微型計算機基礎

上述表示方法中，D7為0表示數(shù)據(jù)為正，為1表示數(shù)據(jù)為負。例如，有符號二進制數(shù)+110101B和-110101B在計算機中分別表示為？

0110101B和1110101B。為了區(qū)別原來的數(shù)與它在計算機中的表示形式的不同，符號位和數(shù)值位一起作為一個數(shù)稱為機器數(shù)，機器數(shù)能被計算機正確識別，而數(shù)據(jù)的實際數(shù)值稱為機器數(shù)的真值。40第一章—

微型計算機基礎1）定點表示法定點表示法指小數(shù)點在數(shù)中的位置是固定不變的。因此，在計算機中數(shù)的小數(shù)點是隱含的。一個二進制數(shù)可以寫成如下形式：

式中J—二進制整數(shù)，稱為數(shù)N的階碼；

2—階碼的底；

S—為尾數(shù)，為K位二進制小數(shù)，是N全部有效數(shù)字。例如1011.11B=0.1011101×2100。2．小數(shù)的表示定點表示法和浮點表示法。41第一章—

微型計算機基礎式（1-2）也可以表示如下：J指明了小數(shù)點的位置，當J=K時，定點數(shù)為整數(shù)，即小數(shù)點被固定在數(shù)值位最低有效位之后，定點數(shù)為純整數(shù)。42第一章—

微型計算機基礎例9

1011.101B=0.1011101×2100，表達式中，J=4，而K=7，為了化成定點整數(shù)，將表達式右側二進制數(shù)再右移3位，當J=0時，定點數(shù)就是定點小數(shù)。例100.00010111×211=0.10111×20這時J=0，此數(shù)字就是定點小數(shù)J碼固定不變的二進制數(shù)的表示法稱為定點表示，這樣的數(shù)為定點數(shù)，機器稱為定點機。43第一章—

微型計算機基礎2）浮點表示法1、浮點表示法是指小數(shù)點在數(shù)中位置是浮動可變的；2、由于計算機不能識別小數(shù)點“.”，數(shù)據(jù)中的小數(shù)點用J 表示表示小數(shù)點的位置，J稱為浮點數(shù)的階碼；3、階碼包括階碼的符號（又稱為階符）Jf和階碼JM兩 部分。尾數(shù)S包括尾數(shù)符號Sf和尾數(shù)SM兩部分；4、SM通常采用定點小數(shù)形式表示，它決定了浮點數(shù)的 精度。計算機中，浮點數(shù)的表示如下：44第一章—

微型計算機基礎例11采用十六位二進制數(shù)表示一個浮點數(shù)，階碼占5位，尾數(shù)和數(shù)符占11位，把實數(shù)84.375表示為浮點數(shù)。解84.375=1010100.011B=0.1010100011×2+111

階碼J=+111，尾數(shù)S=0.1010100011，尾數(shù)符號為0，則浮點形式為45第一章—

微型計算機基礎1.3.2微型計算機中的原碼、反碼和補碼

二進制數(shù)據(jù)的正負可以用一位二進制的“0”和“1”兩個狀態(tài)來表示。計算機對數(shù)據(jù)進行運算時，直接對符號位進行計算得到的是錯誤的結果，因此為了簡化對二進制數(shù)值數(shù)據(jù)實現(xiàn)算術運算，需要將二進制數(shù)據(jù)進行編碼表示，常用的編碼有原碼、反碼和補碼。為了討論方便，首先引入兩個概念：機器數(shù)和真值。機器數(shù)：帶符號的二進制數(shù)值數(shù)據(jù)在計算機內部的編碼；真值：機器數(shù)所代表的實際值。46第一章—

微型計算機基礎1．原碼設真值為X，機器字長為n位，在二進制數(shù)X的原碼定義為：一個數(shù)的原碼就是該數(shù)的機器數(shù)，它的最高位為符號位，且用“0”表示正，用“1”表示負，其余各位為數(shù)值位。因此，二進制正、負數(shù)的原碼就是符號化的機器數(shù)真值本身。例12已知X=+1110010B，Y=－11011B，求X，Y的原碼（機器字長為8位）。設真值為X，機器字長為n位，在二進制數(shù)X的原碼定義為：[X]原=01110010B；[Y]原=10011011B。47第一章—

微型計算機基礎例13已知[X]原=01010011B；[Y]原=10101100B，求X和Y的真值。解：由式（1-3），已知原碼求真值，只需用“+”、“-”分別取代符號位中的“0”和“1”即可。所以有，。X的真值為：+1010011BY的真值為：－101100B2．反碼設真值為X，機器字長為n位，在二進制數(shù)X的反碼定義為：48第一章—

微型計算機基礎對于正數(shù)，其反碼就是該數(shù)的原碼；對于負數(shù)，其反碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余按位取反。例14已知X=+11010B，Y=－100010B，求X和Y的反碼（機器字長為8位）。解：由式（1-4）得：[X]反=[X]原=00011010B[Y]反=11011101B例15已知[X]反=01111101B，[Y]反=11111111B，求X和Y的真值。解：根據(jù)原碼與真值之間的關系，先求出原碼，然后求真值。

根據(jù)X和Y的反碼值，

X≥0則[X]原=[X]反，X的真值為：+1111101B，即+125。

Y≤0則[Y]原=10000000B，真值為：－0000000B，即0。49第一章—

微型計算機基礎3．補碼設真值為X，機器字長為n位，在二進制數(shù)X的補碼定義為：對于正數(shù)，其補碼就是該數(shù)的原碼；對于負數(shù)，其補碼就是機器數(shù)符號位保持不變，其余按位取反后末位加1。3．補碼設真值為X，機器字長為n位，在二進制數(shù)X的補碼定義為：50第一章—

微型計算機基礎求二進制數(shù)的補碼應注意：（1）在補碼表示法中，0只有一種表示，即000…000;（2）對于10000000這個補碼編碼，其真值被定義為－128；（3）負數(shù)的補碼再取補碼等于原碼。例16已知X=+48D，Y=－48D，機器字長n=8位，求X和Y的補碼。解：首先將＋48D轉換為二進制數(shù)：＋110000B。由于機器字長是8位，符號位占1位，所以數(shù)值占7位。再根據(jù)正數(shù)的補碼等于原碼，得：[X]補＝00110000BY寫成二進制數(shù)：Y＝－110000B。為求Y的補碼，首先求Y的原碼：[Y]原＝10110000B。根據(jù)式(1-5)，Y的補碼為：

[Y]補＝11010000B51第一章—

微型計算機基礎例16已知[X]補=00011001，[Y]補=11111111，求X和Y的真值。解：由于X≥0，所以[X]原=[X]補=00011001B，X的真值為+0011001B，即+25。由于Y≤0，所以[Y]反=[Y]補－1=11111111－1=11111110B。所以有，[Y]原=10000001，Y的真值為－0000001B，即－1。1、綜合來講，一個有符號數(shù)究竟采用何種形式的機器數(shù)， 必須事先約定；2、對微型計算機系統(tǒng)來講，一般采用補碼形式表示機器數(shù)。3、有符號數(shù)采用補碼形式表示后，符號位可以直接參與運 算，使運算器的結構簡化，降低了機器的成本。52第一章—

微型計算機基礎1.3.3微型計算機中的二進制編碼

計算機不僅要處理數(shù)值數(shù)據(jù)，而且還要處理大量的非數(shù)值數(shù)據(jù)，例如英文大寫字母A~Z，標點符號，漢字，專用符號、非數(shù)據(jù)性數(shù)碼（如電話號碼），而計算機在信息處理過程中，只能識別二進制數(shù)，而二進制數(shù)只有“0”和“1”兩個數(shù)，僅用0和1表示非數(shù)值性數(shù)據(jù)存在困難，因此二進制編碼就是用一組二進制數(shù)來表示字母、字符和數(shù)碼。1．字符編碼在微型計算機中，使用最多最普遍的編碼形式是ASCII字符編碼，即美國標準信息交換碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange，ASCII）。53第一章—

微型計算機基礎表1-2ASCII字符編碼B6B5B4B3B2B1B0000(0)001(1)010(2)011(3)100(4)101(5)110(6)111(7)0000(0)NULDLESP0@P`p0001(1)SOHDC1﹗1AQaq0010(2)STXDC2＂2BRbr0011(3)ETXDC3#3CScs0100(4)EOTDC4$4DTdt0101(5)ENQNAK%5EUeu0110(6)ACKSYN&6FVfv0111(7)BELETB＇7GWgw1000(8)BSCAN(8HXhx1001(9)HTEM)9IYiy1010(A)LFSUB*:JZjz1011(B)VTESC+;K[k{1100(C)FFFS,<L\l|1101(D)CRGS－=M]m}1110(E)SORS.>N^n~1111(F)SIUS/?O_oDEL54第一章—

微型計算機基礎2．8421BCD碼8421BCD（BinaryCodedDecimal）碼是二進制編碼的十進制數(shù)，它是將十進制數(shù)碼0~9分別用四位二進制數(shù)來表示。四位二進制碼的位權從高到低分別為8、4、2、1，選擇的是0000，0001，0010，…，1001這10種組合。表1-4BCD碼與十進制數(shù)碼對照表十進制數(shù)碼01234567898421碼0000000100100011010001010110011110001001例18將十進制數(shù)67.9轉換成BCD碼。解：轉換過程如下：67.901100111.1001因此有(67.9)10=(01100111.1001)BCD。55第一章—

微型計算機基礎1.4微型計算機的二進制運算

微型計算機的運算包括算術運算和邏輯運算。算術運算包括加、減、乘和除四種