【微控制器基础】——电路中的“数字与逻辑”（上）

众所周知我们现在身处数字化的世界，那么究竟什么才是数字化呢？其实所谓的数字化就是以简单的0和1两个二进制数字为基础，对现实世界的各种数据进行搜集、存储、运算并显示的过程，而二进制中的0和1所依托的数字逻辑基础就是数字电路中两种基础状态。虽然我们自然界的各种元素都是模拟的，但信息化的社会已经离不开数字电路带来的0和1。

二进制是现在通用电子信息技术的运算基础，由于二进制仅有0和1两个基础数字，所以任何具有两个不同稳定状态的元件都可用二进制来表达，例如，电压的「高和低」、开关的「开和关」，电流的「正和负」等。一般来讲，利用数字来代表两种截然不同的状态是很容易实现的。在数字电路中，基本的逻辑门实现就直接应用了二进制，因此现代的计算机和依赖电路处理的设备里都延续了二进制的使用。

微控制器中常见的数字值

数字电路组成了芯片的基础，大部分具有数据处理和控制能力的芯片都是数字电路，目前最普遍的处理单元微控制器也不例外。微控制器借助数字电路提供的二进制数字0和1，能够理解「电压高低」、「电流是否流动」、「开还是关」等问题。

微控制器使用的数据是有单位的，当数据用二进制数表示时，一个数字称为一位。一般来讲，我们常见的微控制器可分为4位、8位或16位等，这些位数代表了在一个时钟周期内，微控制器所处理的二进制代码数。但值得注意的是，1K（Kilo）位是1024位，而不是1000位。

在二进制中，半字节（nibble）是一个4位的二进制数，代表1个半字节（4位）的数据。字节（byte）是一个8位的二进制数，代表1个字节（8位）的数据。此外，还可以使用“字”表示处理器所处理的数据。例如，在4位微控制器中，4位数据有时称为1个字；在16位微控制器中，16位数据有时称为1个字。因此，要提前查看在微控制器中1个字的位数是多少，以及如何处理它们。

除了二进制，在数据处理中，十进制与十六进制也是常见的数字值。下图为十进制数、二进制数和十六进制数的对比表。由于二进制数的4位可以用十六进制数中的1位来表示，所以通过采用十六进制数可以使二进制的数据处理起来很方便。

数字值之间的转换

若想将十进制转化为二进制，需要先用数字除以2，然后取余数，再逆序排列的方法。以十进制数100为例，首先要用100除以2。它能被50整除，余数为0。然后，用50除以2得到25，再用25除以2，去掉余数1，继续计算，直到不被整数除掉为止。计算结果的余数从下往上逆序排，便将其转换为了二进制数（1100100）。

那么如何转换为十六进制数呢？如果用100除以16，就是6，余数为4。因此，当十进制数100转换为十六进制数时，就变成了（64）。

无论是控制器还是处理器，无论是简单的单片机还是复杂的服务器，回归到最基础的部分就是这些由简单数字组成的算术单元。

来源：东芝半导体
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审核编辑 黄宇