第13節(jié)：二進(jìn)制與字節(jié)單位，以及各種定義變量的取值范圍

從業(yè)十年，教你單片機(jī)入門 第13講：

為什么是二進(jìn)制?人類日常生活明明是十進(jìn)制的，為何數(shù)字電子領(lǐng)域偏要選擇二進(jìn)制?這是由數(shù)字硬件電路決定的。人有十個(gè)手指頭，人可以發(fā)出十種不同聲音來命名0,1,2,3...9這些數(shù)字，人可以肉眼識別十種不同狀態(tài)的信息，但是數(shù)字電路要直接處理十進(jìn)制卻很難，相對來說，二進(jìn)制就輕松多了。一顆LED燈的亮與滅，一根IO口的輸出是高電平和低電平，讀取某一個(gè)點(diǎn)的電壓是高于2V還是低于0.8V，只需要用三極管等元器件就可把處理電路搭建起來，二進(jìn)制廣泛應(yīng)用在數(shù)字電路的存儲，通訊和運(yùn)算等領(lǐng)域，想學(xué)好單片機(jī)就必須掌握它。

二進(jìn)制如何表示成千上萬的數(shù)值?現(xiàn)在用LED燈的亮和滅來跟大家講解。

(1)1個(gè)LED燈：

滅 第0種狀態(tài)

亮 第1種狀態(tài)

合計(jì)：共2種狀態(tài)。

(2)2個(gè)LED燈挨著：

滅滅 第0種狀態(tài)

滅亮 第1種狀態(tài)

亮滅 第2種狀態(tài)

亮亮 第3種狀態(tài)

合計(jì)：共4種狀態(tài)。

(3)3個(gè)LED燈挨著：

滅滅滅 第0種狀態(tài)

滅滅亮 第1種狀態(tài)

滅亮滅 第2種狀態(tài)

滅亮亮 第3種狀態(tài)

亮滅滅 第4種狀態(tài)

亮滅亮 第5種狀態(tài)

亮亮滅 第6種狀態(tài)

亮亮亮 第7種狀態(tài)

合計(jì)：共8種狀態(tài)。

(4)8個(gè)LED燈挨著：

滅滅滅滅滅滅滅滅 第0種狀態(tài)

滅滅滅滅滅滅滅亮 第1種狀態(tài)

......

亮亮亮亮亮亮亮滅 第254種狀態(tài)

亮亮亮亮亮亮亮亮 第255種狀態(tài)

合計(jì)：共256種狀態(tài)。

(5)16個(gè)LED燈挨著：

滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅 第0種狀態(tài)

滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅亮 第1種狀態(tài)

......

亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮滅 第65534種狀態(tài)

亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮 第65535種狀態(tài)

合計(jì)：共65536種狀態(tài)。

(6)32個(gè)LED燈挨著：

滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅

第0種狀態(tài)

滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅滅亮

第1種狀態(tài)

......

亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮滅

第4294967294種狀態(tài)

亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮亮

第4294967295種狀態(tài)

合計(jì)：共4294967296種狀態(tài)。

什么是位?以上一個(gè)LED燈就代表一位，8個(gè)LED燈就代表8位。一個(gè)變量的位數(shù)越大就意味著這個(gè)變量的取值范圍越大。一個(gè)單片機(jī)的位數(shù)越多大，就說明這個(gè)單片機(jī)一次處理的數(shù)據(jù)范圍就越大，意味著運(yùn)算和處理速度就越快。我們?nèi)粘Ｋf的8位單片機(jī)，32位單片機(jī)，就是這個(gè)位的概念。為什么32位的單片機(jī)比8位單片機(jī)的處理和運(yùn)算能力強(qiáng)，就是這個(gè)原因。位的英文名是用bit來表示。

什么是字節(jié)?字節(jié)是計(jì)算機(jī)很重要的一個(gè)基本單位，一個(gè)字節(jié)有8位。8個(gè)LED燈挨著能代表多少種狀態(tài)，就意味著一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)范圍有多大。從上面舉的例子中，我們知道8個(gè)LED燈挨著，能表示從0到255種狀態(tài)，所以一個(gè)字節(jié)的取值范圍就是從0到255。

各種定義變量的取值范圍。前面第十一節(jié)講了常用變量的定義有3種，unsigned char，unsigned int ,unsigned long。但是沒有講到它們的取值范圍，現(xiàn)在講到二進(jìn)制和字節(jié)了，可以回過頭來跟大家講講這3種變量的取值范圍，而且很重要。

unsigned char的變量占用1個(gè)字節(jié)RAM，共8位，根據(jù)前面LED燈的例子，取值范圍是從0到255。

Unsigned int的變量占用2個(gè)字節(jié)RAM，共16位，根據(jù)前面LED燈的例子，取值范圍是從0到65535。

Unsigned long的變量占用4個(gè)字節(jié)RAM，共32位，根據(jù)前面LED燈的例子，取值范圍是從0到4294967295。

現(xiàn)在我們編寫一個(gè)程序來驗(yàn)證unsigned char和unsigned int的取值范圍。定義兩個(gè)unsigned char變量a和b，a賦值255，b賦值256，255和256恰好處于unsigned char的取值邊界。另外再定義兩個(gè)unsigned int變量c和d，c賦值65535，d賦值65536，65535和65536恰好處于unsigned int的取值邊界。最后把程序編譯后下載到堅(jiān)鴻51學(xué)習(xí)板觀察結(jié)果。請直接復(fù)制第十節(jié)模板程序，修改的main程序代碼如下：

void main() //主程序

{

/*---C語言學(xué)習(xí)區(qū)域的開始---------------------------------------------------------------------------*/

unsigned char a; //定義一個(gè)變量a，并且分配了1個(gè)字節(jié)的RAM空間。

unsigned char b; //定義一個(gè)變量b，并且分配了1個(gè)字節(jié)的RAM空間。

unsigned int c; //定義一個(gè)變量c，并且分配了2個(gè)字節(jié)的RAM空間。

unsigned int d; //定義一個(gè)變量d，并且分配了2個(gè)字節(jié)的RAM空間。

a=255;//把255賦值給變量a，a此時(shí)會是什么數(shù)?會超范圍溢出嗎?

b=256;//把256賦值給變量b，b此時(shí)會是什么數(shù)?會超范圍溢出嗎?

c=65535;//把65535賦值給變量c，c此時(shí)會是什么數(shù)?會超范圍溢出嗎?

d=65536;//把65536賦值給變量d，d此時(shí)會是什么數(shù)?會超范圍溢出嗎?

GuiWdData0=a; //把變量a這個(gè)數(shù)值放到窗口變量0里面顯示

GuiWdData1=b; //把變量b這個(gè)數(shù)值放到窗口變量1里面顯示

GuiWdData2=c; //把變量c這個(gè)數(shù)值放到窗口變量2里面顯示

GuiWdData3=d; //把變量d這個(gè)數(shù)值放到窗口變量3里面顯示

/*---C語言學(xué)習(xí)區(qū)域的結(jié)束---------------------------------------------------------------------------*/

while(1)

{

initial();

key_service();

display_service();

}

}

上堅(jiān)鴻51學(xué)習(xí)板觀察程序執(zhí)行的結(jié)果如下：

unsigned char變量a的數(shù)值是255。

unsigned char變量b的數(shù)值是0。

unsigned int 變量c的數(shù)值是65535。

unsigned int 變量d的數(shù)值是0。

通過以上現(xiàn)象分析，我們知道unsigned char變量最大能取值到255，如果非要賦值256就會超出范圍溢出后變成了0。而unsigned int變量最大能取值到65535，如果非要賦值65536就會超出范圍溢出后變成了0。

多說一句，至于unsigned long的取值范圍，大家暫時(shí)不用嘗試，因?yàn)槲椰F(xiàn)在給大家用的模板程序能觀察的最大變量是16位的unsigned int類型，暫時(shí)不支持32位的unsigned long類型。

下節(jié)預(yù)告：二進(jìn)制與十六進(jìn)制。