1.5-1.6 带符号数、BCD 码和ASCII码（教案）-《单片机技术与应用》(高教版第二版) 同步精品课堂

课  题

带符号数、BCD 码和ASCII码

课  型

理论

课  时

2

授课班级

授课时间

授课教师

教材分析

内容为 “单片机技术基础” 的数据表示核心章节，系统讲解带符号数的机器数形式（原码 / 反码 / 补码的定义、规则及示例），并衔接 BCD 码（8421 码等）与 ASCII 码（7 位编码规则及字符对应表）的编码原理。教材采用 “符号数表示→编码规则→应用示例” 递进结构，通过原码 0 的双形式对比、补码范围推导（-128～+127）及编码表格强化理论与操作衔接。作为单片机指令处理（如数值运算）、数据通信（如字符传输）的基础，本节为后续学习奠定二进制数据表示与编码应用的底层支撑，重点培养学生机器数运算能力及 “二进制编码” 的工程思维，是电子信息类专业 “单片机技术” 课程的关键知识节点。

学情分析

学生已掌握二进制数制转换及基本运算，但对带符号数的机器表示（原码 / 反码 / 补码）规则及编码应用（BCD 码 / ASCII 码）理解较浅。部分学生易混淆原码符号位与数值位的关系（如原码 0 的两种形式），对补码 “取反加 1” 的计算逻辑（如 - 1011B 的补码推导）常因步骤遗漏出错；对 BCD 码 “十进制权值” 的本质（如 8421 码 4 位表示 1 位十进制数）及 ASCII 码 “7 位国际标准” 的应用场景（如字符通信）缺乏直观认知。需通过 “码制对比 - 实例演练 - 应用关联” 强化实践，突破符号数表示与编码规则的抽象理解瓶颈。

学习目标

知识目标：

1. 理解单片机中带符号数的机器数概念，掌握原码、反码、补码的表示方法。

技能目标：

1. 了解 BCD 码的分类，掌握 8421 码的编码规则。
2. 熟悉 ASCII 码的构成、分类及应用。

情感目标：

培养情绪管理与自我调节能力，在高强度工作中维持身心平衡与职业健康。

学习重难点

重点：

1. 带符号数原码、反码、补码的转换规则。
2. 8421 码和 ASCII 码的编码规则。

难点：

1. 负数反码和补码的计算方法。
2. ASCII 码中控制字符的作用。

教学方法

案例分析、讲授法、小组讨论法

课前准备

1.查找相应网站资料，课堂演示使用。

2.学生课前预习。

教学媒体

电子课件、多媒体视频

教学过程

教学环节

教师活动设计

学生活动设计

设计意图

活动一：

创设情境

生成问题

【课程导入】

在单片机的数据处理中，常常会遇到带符号的数，也需要对数字、字母和符号进行编码。单片机是有哪些编码规则呢？又是怎样对各种字符进行编码呢？

【新知识传授】

         带符号数

在数制转换中整数和小数部分不太一样，类似的，正负数编码方式不同，所以需要规定带符号数(Signed Binary Numbers)

在单片机中，带符号数采用机器数形式，增加符号位表示符号，机器数与真值不同。

         编码规则：最高位为符号位，0为正，1为负，其余位为数值位

         范围：二进制正负数的一般定点（浮点有其他方法）方法

相关概念：

       代码位数为字长(bit)，数值称为真值。

       原码反码补码在符号位是相同的

       正数的原码反码补码相同，主要是负数有区别

1.   接收并查看本节课堂任务书。
2.   了解学习目标，带着目标进行学习。
3.   观察生活中常见的多媒体信息形式，思考其背后的技术支撑。
4.   针对教师给出的问题，初步发表个人见解。
5.   目标明确：跟随教师引导，明确本节课学习目标。

1.以提问的方式导入课程，让学生带着问题有针对性的进行学习。

2.通过任务实施，调动学生

(1)      原码

原码的最高位为符号位，其余为数值位。符号位为 0 表示正数，符号位为 1 表示负数。表示方法为用方括号括起该数，右下角加 “原” 字。

         表示方法：符号加数值

         正负数的原码表示方法相同

(2)      反码

反码分正数和负数。正数的反码和原码相同；负数的反码，符号位和原码相同，数值位按位对原码取反。表示方法是在方括号右下角加 “反” 字。

         正数的一补同正数的原码

         负数的一补符号位为1，数值按位取反

(3)      补码

         补码也分正数和负数。正数的补码和原码相同；负数补码的符号位和原码相同，数值位按位对原码取反后再对末位加 1。表示方法是在方括号右下角加 “补” 字。

         正数的二补与它的原码相同

         负数的符号位为1，数值位计算：方法一是“取反加一”。第二种方法是2^n+N（N为负数时的补）

         补码更适合带符号数的二进制数的计算

         减法转换为＋负数

         减法是可能会进位，但是需要舍掉最高位保证位数不变（位数不超就可以）

         加法时，可能会字长不够，需要补位

         原码、反码、补码使用注意事项

①　注意字长(bits)，过长需舍首位，短了需要补0

②　注意范围，二补因为只有一个0，在负数上比原码多表示一个数

③　注意是用带符号数去表示常用正负数，所以运算需要匹配，所有的规则都是为了运算匹配。例如0和1只是代表正负，不能在直接运算中起到正负号的效果，所以如有不匹配需要灵活变通。

积极性。