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標題: 微控制器基礎(chǔ)知識—第一章 [打印本頁]

作者: tongguan123 時間: 2022-6-7 23:21
標題: 微控制器基礎(chǔ)知識—第一章

第一章數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

1 數(shù)字值

數(shù)字值以整數(shù)值的形式表示。用二進制數(shù)制表示的數(shù)字值稱為二進制數(shù)。微控制器能夠理解，例如：“電壓的高低”，“電流是否流動”，“按鍵是否按下”，“1還是0”等一些問題。

數(shù)字值

2 數(shù)字值：二進制和十進制
讓我們來思考一下二進制數(shù)和十進制數(shù)之間的關(guān)系。首先，我們來看看日常使用的十進制數(shù)。例如，如果數(shù)字是1359（十進制），加1，就變成了1360。這樣，當十進制數(shù)超過9時，它就變成了10，也就發(fā)生了進位。1359可以如圖中的公式進行拆解。這里使用的10^3、10^2、10^1、10^0稱為“權(quán)重”。
現(xiàn)在，讓我們看看二進制數(shù)。二進制是由0和1組成的數(shù)字，當它變成2時，就會發(fā)生進位。例如，我們將權(quán)重添加到1110（二進制）。在二進制數(shù)時，權(quán)重變成了2^3、2^2、2^1、2^0。計算這個公式時，它可以轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)。在這種情況下，8＋4＋2＋0就變成了14。這樣，十進制數(shù)最多可增加到1、10、100、1000位，而二進制數(shù)最多可增加到1、2、4、8位。

3 數(shù)字值：二進制數(shù)據(jù)單位
微控制器使用的數(shù)據(jù)有單位。當數(shù)據(jù)用二進制數(shù)表示時，一個數(shù)字稱為一位。可由4位、8位、16位、32位等處理。1024位稱為1K（Kilo）位。請注意，1K并不是1000。半字節(jié)（nibble）是一個4位的二進制數(shù)，代表1個半字節(jié)（4位）的數(shù)據(jù)。字節(jié)（byte）是一個8位的二進制數(shù)，代表1個字節(jié)（8位）的數(shù)據(jù)。此外，還可以使用“字”。沒有“1個字＝多少位”的規(guī)定，1個字代表1個數(shù)據(jù)。例如，在4位微控制器中，4位數(shù)據(jù)有時稱為1個字；在16位微控制器中，16位數(shù)據(jù)有時稱為1個字。因此，要提前查看在微控制器中1個字的位數(shù)是多少，以及如何處理它們。

二進制數(shù)據(jù)單位

4 數(shù)字值：數(shù)據(jù)的表示法

下表是十進制數(shù)、二進制數(shù)和十六進制數(shù)的對比表。例如，數(shù)字8可以用1位十進制數(shù)表示，但二進制數(shù)必須用4位表示。256需要十進制數(shù)為3位，二進制數(shù)為9位。因此，我們采用十六進制數(shù)，使二進制數(shù)的處理更容易。因為二進制數(shù)的4位可以用十六進制數(shù)中的1位來表示，所以處理起來很方便。

十進制數(shù)和二進制數(shù)、十六進制數(shù)的數(shù)據(jù)表示法

5 數(shù)字值：數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換方法

本節(jié)內(nèi)容中，我們將介紹如何輕松地將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)和十六進制數(shù)。要將十進制數(shù)100表示為二進制數(shù)，首先要用100除以2。它能被50整除，余數(shù)為0。然后，用50除以2得到25，再用25除以2，去掉余數(shù)1，繼續(xù)計算，直到不被整數(shù)除掉為止。計算結(jié)果的余數(shù)從下往上逆序排，便將其轉(zhuǎn)換為了二進制數(shù)。當十進制數(shù)100轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)時，就變成了（1100100）。

那么如何轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)呢？如果用100除以16，就是6，余數(shù)為4。因此，當十進制數(shù)100轉(zhuǎn)換為十六進制數(shù)時，就變成了（64）。如下：

6 邏輯電路

下面，我們來了解一下微控制器的邏輯電路。這里的邏輯是指，按照某個理論，執(zhí)行電子電路所處理的數(shù)字信號的輸入與輸出之間的關(guān)系。執(zhí)行該操作的電子電路稱為邏輯電路。微控制器由極其復(fù)雜的邏輯電路組成。每個邏輯電路都由三種基本邏輯元素組合而成。

三種基本邏輯元素

7 邏輯電路：與門（AND）電路

與門（AND）也稱為邏輯與門電路。與門（AND）邏輯可以看作是一個在滿足所有輸入條件時輸出信號的電路。例如，當你想打開燈泡時，即使開關(guān)A為“ON”時，如果開關(guān)B為“OFF”，燈泡也不亮。相反，即使開關(guān)B為“ON”時，如果開關(guān)A“OFF”，燈泡仍然不亮。所以，這意味著只有當開關(guān)A和B都為“ON”時，燈泡才會亮。如真值表所示，只有當A和B都輸入1時，輸出Y才為1。電路圖可用MIL符號（*）表示，如圖所示。*由美國軍用標準“MIL標準”定義的數(shù)字電路圖中使用的符號。MIL標準（軍用標準）：美國國防部統(tǒng)一的軍事用品采購標準。

與門電路

8 邏輯電路：或門（OR）電路

或門（OR）電路稱為邏輯或門電路。或門（OR）電路可以看作一個輸入任何信號時都會輸出的電路。和與門一樣，我們以開燈泡來舉例說明。與門（AND）電路是串聯(lián)的，但或門（OR）電路按鍵是并聯(lián)的。換言之，如果A或B中的任何一個為“ON”時，燈泡都會亮。如真值表所示，向A或B輸入1時，輸出Y都為1。原理圖可用MIL符號表示，如圖所示。

或門電路

9 邏輯電路：非門（NOT）電路

非門（NOT）電路也稱為邏輯非門電路。向A輸入1時，輸出變?yōu)?，向A輸入0時，輸出變?yōu)?。這樣，輸入信號反轉(zhuǎn)后輸出。原理圖可用MIL符號表示，如圖所示。

與非門（NAND）電路由非門（NOT）電路和與門（AND）電路組合而成。

或非門（NOR）電路由非門（NOT）電路和或門（OR）電路組合而成。

非門電路

10 邏輯電路：異或(XOR)電路

通過結(jié)合以上所述基本邏輯電路，可以配置具有特定功能的電路。此處，我們將說明用于比較器的異或（XOR）（*）電路，該比較器用于檢查數(shù)據(jù)不匹配和加法器。圖中，開關(guān)按下的狀態(tài)定義為打開，拉起的狀態(tài)定義為關(guān)閉。當開關(guān)A為“ ON”時，上電路接通，下電路斷開。反過來，當開關(guān)A為“ OFF”時，下電路接通，上電路斷開。當開關(guān)B為“ ON”時，上電路斷開，下電路接通。反過來，當開關(guān)B為“ OFF”時，下電路斷開，上電路接通。如圖所示，如果將開關(guān)A、B組合在一起，則當A、B均為“ ON”或“ OFF”時，無電流流過，燈泡不亮。只有當A、B不匹配時（例如A為“ ON”且B為“ OFF”），電路才會接通，燈泡才會亮。如真值表所示，向A或B輸入1時，輸出Y都為1。原理圖可用MIL符號表示，如右圖所示。* 為Exclusive OR的縮寫

異或電路

11 邏輯電路：三態(tài)緩沖器（1）

在一般邏輯元件中，輸出信號由輸入信號決定，狀態(tài)為“1”或“0”。但是，有些邏輯元件除了“1”和“0”之外，還有其他狀態(tài)。例如，下圖中的電路與非門（NOT)電路相似，但與非門（NOT）電路不同。非門（NOT）電路通過將輸入信號反相輸出數(shù)據(jù)，該電路將輸入數(shù)據(jù)原樣輸出。

圖1.輸出高電平的情況

如果控制部分設(shè)置為“1”（高電平），則輸入數(shù)據(jù)按原樣輸出。但是，如果控制部分設(shè)置為“0”（低電平），如圖2所示，則輸出部分將斷開連接，數(shù)據(jù)無法輸出。這種斷開狀態(tài)稱為高阻抗。像這樣可以有“1”（高電平）狀態(tài)、“0”（低電平）狀態(tài)、高阻抗狀態(tài)這三種輸出狀態(tài)的電路，稱為三態(tài)輸出。

圖2.輸出高阻抗狀態(tài)的情況

12 邏輯電路：三態(tài)緩沖器（2）

當通過一條信號線發(fā)送雙向信號時使用該電路。通過這種方式配置電路，將控制信號從“0”切換到“1”或從“1”切換到“0”，就可以切換信號的方向。

三態(tài)緩沖器（雙向數(shù)據(jù)傳輸）

13 邏輯電路：邏輯電路應(yīng)用實例

微控制器采用以上所述各種邏輯電路的組合。在這些邏輯電路中，如果輸入發(fā)生變化，輸出也會同時發(fā)生變化，其數(shù)據(jù)無法存儲。另一方面，存儲過去輸入信息的電路稱為時序電路（反饋電路）。時序電路的輸出不僅取決于當前時刻的輸入，還取決于電路之前的狀態(tài)。觸發(fā)器（flip-flop）電路是與微控制器密切相關(guān)的存儲電路的原型。flip-flop一詞原意是指“噼啪聲”或“狀態(tài)突然變化”。其還有一個名稱，叫做雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。顧名思義，它有兩種穩(wěn)定的狀態(tài)。它由決定狀態(tài)的輸入條件設(shè)置。此狀態(tài)被保留或存儲，直到給出決定其他狀態(tài)的輸入條件。觸發(fā)器有RS、T、D、JK等，取決于0和1的存儲方式。

半加器電路

14 邏輯電路：RS觸發(fā)器電路

RS觸發(fā)器的“R”和“S”分別是“Reset”（復(fù)位）和“Set”（設(shè)置）的縮寫。要使觸發(fā)器具有記憶功能，需要將輸出狀態(tài)反饋給輸入端，從而保持輸出狀態(tài)。當R和S都是“0”時，如果Q是“1”，則保留“1”，如果Q是“0”，則保留“0”。Q存儲“1”的狀態(tài)稱為設(shè)置狀態(tài)，存儲“0”的狀態(tài)稱為復(fù)位狀態(tài)。輸出端有Q和Q~，但是Q和Q~之間的關(guān)系始終相反。在真值表的運行條件中有禁止條件，但如果在該條件下使用，則無法確定下一個輸出。下圖是RS觸發(fā)器電路的時序圖。設(shè)置輸入信號“1”設(shè)置為S時，輸出端Q被設(shè)置。此后，如果S和R都繼續(xù)為“0”，則Q保持設(shè)置狀態(tài)。接下來，如果R變?yōu)椤?”，則被復(fù)位，復(fù)位狀態(tài)保留，直到輸入信號再次被設(shè)置為S。這樣，RS觸發(fā)器電路就具有將瞬時信號存儲為數(shù)據(jù)的特性。

RS觸發(fā)器電路

作者: 1109 時間: 2022-6-8 08:36
謝謝，PPT很不錯！

作者: pq1972 時間: 2022-6-8 08:48
非常棒的及基礎(chǔ)知識，謝謝分享

作者: tongguan123 時間: 2022-6-8 10:25

pq1972 發(fā)表于 2022-6-8 08:48
非常棒的及基礎(chǔ)知識，謝謝分享

共同學(xué)習(xí)、共同探討、共同進步！

作者: tongguan123 時間: 2022-6-8 15:20

1109 發(fā)表于 2022-6-8 08:36
謝謝，PPT很不錯！

學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)，可以了解一下�。。�

作者: 劉宸碩 時間: 2022-6-14 16:35
這個是51單片機里面的數(shù)電的基礎(chǔ)知識，還挺好的

作者: xxd3w 時間: 2022-6-30 09:56
非常棒的及基礎(chǔ)知識，謝謝分享

作者: followme184 時間: 2022-7-28 15:30
支持，由其對于我們這種新手很友好。

作者: zhangyangjh 時間: 2022-8-31 23:59

1109 發(fā)表于 2022-6-8 08:36
謝謝，PPT很不錯！

很棒

作者: 龍小白 時間: 2022-9-1 07:52
謝謝，希望繼續(xù)

作者: zhangxiaozi 時間: 2022-9-30 15:09
很棒，謝謝，希望繼續(xù)

作者: hahafashi 時間: 2022-10-14 11:24
不錯，希望持續(xù)更新

作者: 太古鯤鵬 時間: 2022-10-20 15:36
非常不錯，學(xué)習(xí)了。

作者: 32小廢物 時間: 2023-4-3 00:38
對新手很友好

作者: nlming 時間: 2023-8-19 18:02
邏輯電路看到頭大，很好的科普

作者: sunhai1979 時間: 2024-1-14 22:36
真是不錯的教程！！

作者: cedtek 時間: 2024-1-15 16:01

sunhai1979 發(fā)表于 2024-1-14 22:36
真是不錯的教程！！

難道就只有我覺得背景太花了嗎

作者: akongj4 時間: 2024-8-2 15:23
很好的基礎(chǔ)知識，學(xué)習(xí)了

作者: KevinMCU 時間: 2024-10-24 15:45
謝謝，真好！

作者: xlhlydd 時間: 2024-10-24 16:34
謝謝樓主基礎(chǔ)知識必須記牢。

作者: shuiquan3 時間: 2024-12-23 20:59
非常棒的及基礎(chǔ)知識，謝謝分享

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