【微控制器基礎(chǔ)】——電路中的“數(shù)字與邏輯”（上）

眾所周知我們現(xiàn)在身處數(shù)字化的世界，那么究竟什么才是數(shù)字化呢？其實(shí)所謂的數(shù)字化就是以簡(jiǎn)單的0和1兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字為基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、存儲(chǔ)、運(yùn)算并顯示的過(guò)程，而二進(jìn)制中的0和1所依托的數(shù)字邏輯基礎(chǔ)就是數(shù)字電路中兩種基礎(chǔ)狀態(tài)。雖然我們自然界的各種元素都是模擬的，但信息化的社會(huì)已經(jīng)離不開(kāi)數(shù)字電路帶來(lái)的0和1。

二進(jìn)制是現(xiàn)在通用電子信息技術(shù)的運(yùn)算基礎(chǔ)，由于二進(jìn)制僅有0和1兩個(gè)基礎(chǔ)數(shù)字，所以任何具有兩個(gè)不同穩(wěn)定狀態(tài)的元件都可用二進(jìn)制來(lái)表達(dá)，例如，電壓的「高和低」、開(kāi)關(guān)的「開(kāi)和關(guān)」，電流的「正和負(fù)」等。一般來(lái)講，利用數(shù)字來(lái)代表兩種截然不同的狀態(tài)是很容易實(shí)現(xiàn)的。在數(shù)字電路中，基本的邏輯門(mén)實(shí)現(xiàn)就直接應(yīng)用了二進(jìn)制，因此現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)和依賴電路處理的設(shè)備里都延續(xù)了二進(jìn)制的使用。

微控制器中常見(jiàn)的數(shù)字值

數(shù)字電路組成了芯片的基礎(chǔ)，大部分具有數(shù)據(jù)處理和控制能力的芯片都是數(shù)字電路，目前最普遍的處理單元微控制器也不例外。微控制器借助數(shù)字電路提供的二進(jìn)制數(shù)字0和1，能夠理解「電壓高低」、「電流是否流動(dòng)」、「開(kāi)還是關(guān)」等問(wèn)題。

微控制器使用的數(shù)據(jù)是有單位的，當(dāng)數(shù)據(jù)用二進(jìn)制數(shù)表示時(shí)，一個(gè)數(shù)字稱為一位。一般來(lái)講，我們常見(jiàn)的微控制器可分為4位、8位或16位等，這些位數(shù)代表了在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，微控制器所處理的二進(jìn)制代碼數(shù)。但值得注意的是，1K（Kilo）位是1024位，而不是1000位。

在二進(jìn)制中，半字節(jié)（nibble）是一個(gè)4位的二進(jìn)制數(shù)，代表1個(gè)半字節(jié)（4位）的數(shù)據(jù)。字節(jié)（byte）是一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)，代表1個(gè)字節(jié)（8位）的數(shù)據(jù)。此外，還可以使用“字”表示處理器所處理的數(shù)據(jù)。例如，在4位微控制器中，4位數(shù)據(jù)有時(shí)稱為1個(gè)字；在16位微控制器中，16位數(shù)據(jù)有時(shí)稱為1個(gè)字。因此，要提前查看在微控制器中1個(gè)字的位數(shù)是多少，以及如何處理它們。

除了二進(jìn)制，在數(shù)據(jù)處理中，十進(jìn)制與十六進(jìn)制也是常見(jiàn)的數(shù)字值。下圖為十進(jìn)制數(shù)、二進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)的對(duì)比表。由于二進(jìn)制數(shù)的4位可以用十六進(jìn)制數(shù)中的1位來(lái)表示，所以通過(guò)采用十六進(jìn)制數(shù)可以使二進(jìn)制的數(shù)據(jù)處理起來(lái)很方便。

數(shù)字值之間的轉(zhuǎn)換

若想將十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制，需要先用數(shù)字除以2，然后取余數(shù)，再逆序排列的方法。以十進(jìn)制數(shù)100為例，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(jì)算，直到不被整數(shù)除掉為止。計(jì)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(jìn)制數(shù)（1100100）。

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

無(wú)論是控制器還是處理器，無(wú)論是簡(jiǎn)單的單片機(jī)還是復(fù)雜的服務(wù)器，回歸到最基礎(chǔ)的部分就是這些由簡(jiǎn)單數(shù)字組成的算術(shù)單元。

來(lái)源：東芝半導(dǎo)體
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審核編輯 黃宇