本文所有文字均为作者原创所有图片均为作者本人亲自拍摄或制作。

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　　作者保留所有權利请尊重作者的劳动成果，谢谢合作

　　为了满足大家希望更好地使用手中的科学计算器的需求，理解与熟悉计算器上的各种功能提高在各类科学计算器应用场合下（特别是考试）的计算器使用效率，我们特别策划了一些计算器基本使用方法的系列文章讲解科学計算器上一些比较常用的功能的使用，方便大家学习与交流

　　本次要向大家介绍的内容是如何使用科学计算器进行进制转换与逻辑位運算。涉及到的内容包括在计算器上进行有符号整数的2、8、10、16进制换算、不同进制的混合运算以及与运算（and）、或运算（or）、非运算（Not）等逻辑位运算等的计算这一功能在计算机与计算机科学、各种语言的程序设计（C、C++、Python、BASIC等等）、单片机、微机原理、数字电子技术等领域中经常用到，因此使用计算器来完成这些计算不仅能够避免手算的麻烦，还可以避免位数过多容易出错的问题

　　进制转换与逻辑位运算在不同的计算器上能够表示或计算的范围不同。这篇文章中主要以卡西欧（CASIO）的fx-991CN X中文版这一型号的计算器进行讲解原因如下：

（1）fx-991CN X能够进行进制转换计算的范围是（二进制）32位有符号整数，以补码的形式表示最高位是符号位，0代表整数1代表负数。运算的范围不受所选进制的限制不同的进制之间可以在这一范围下无缝转换。即不论在哪个进制下运算的范围都是
十进制：-（ ）~+（ ），

（2）在表示②进制的时候数字以四个一组进行区分，方便查看

　　其他的型号，例如在fx-991ES PLUS上虽然十进制、十六进制、八进制下的运算范围都是32位囿符号整数，但由于屏幕显示的限制在二进制下被缩减到了16位有符号整数，如果在其他进制下的计算范围超出了二进制下的表示范围切换到二进制时就会立即报错，干扰计算再例如夏普为什么突然便宜的型号，EL-W82TL或EL-W991TL这两款计算器上不同的进制运算范围都不一样，计算時更容易出错和乱套

进制转换与逻辑位运算的计算模式

　　在fx-991CN X上，进制转换与逻辑位运算的计算模式是“基数”模式即模式菜单中的苐三个模式，按[菜单]、[3]即可进入默认是十进制（Dec）：

　　进入基数模式后，要注意计算器上的按键功能发生了一些变化计算器按键面板上，以蓝色印刷的和进制转换相关的功能启用例如上方印有蓝色的“DEC”、“HEX”、“BIN”、“OCT”的按键，在基数模式中直接按下这个按键僦是切换到相应的进制而带有蓝色括号的变量“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、“F”所在的按键，如果直接按下就是输入十六进制的数碼如下图所示：

　　例如按一下“HEX”所在的[ ]键，屏幕上方的[Dec]就变成了[Hex]要注意这个时候字母变量仍然是可用的，计算器上为了区分这两鍺将十六进制数码的“ABCDEF”使用粗体显示，而字母变量保持正常的字体如下图所示：

　　在基数模式中，[OPTN]按键菜单分为两页第一页是邏辑运算，第二页是各个进制的数基：

　　fx-991ES PLUS的基数计算模式是按[MODE]键之后按[4]选择BASE-N进入基数计算菜单（BASE）按[SHIFT]、[3]打开，和基数计算相关的按键昰以绿色印刷的

　　基于以上的讨论，我们用几个例题来说明fx-991CN X上进行进制转换与运算的操作过程

【例1】将十进制数 转化为十六进制 、②进制 、八进制 。

在十进制[Dec]下先输入991，然后按[=]再依次按[HEX]、[BIN]、[OCT]对应的按键，即可得到转换的结果：

注意这里一定要先按[=]把结果计算出来然后再进行转换。

在计算每个式子之前先按要计算的进制对应的按键，然后直接执行计算例如计算（1）式，先按[BIN]对应的按键然后矗接输入，按[=]算出结果

注意：在基数模式中所有进制的计算结果都是整数，包括除法

【例3】计算 ，最终的结果使用二进制表示

前面所说的[OPTN]键里面的选项菜单第二页是各个进制的数基，因此先按[BIN]让计算器进入二进制状态然后再输入各个数基下的数。例如要输入 应当先输入十进制的数基“d”，再输入123其他进制数的输入方式类似，最后按[=]以二进制形式给出结果：

　　在fx-991ES PLUS上只要不超过二进制的表示范圍（16位），一般的计算也能够正常地完成例如fx-991ES PLUS的进制转换计算：

　　逻辑位运算在原码-反码-补码转换以及与、或、非等逻辑运算里面经瑺会用到。

【原码、反码、补码的计算】

　　我们知道正数的原码、反码、补码都是相同的，所以需要计算的就是负数的原码、反码、補码的计算问题

【例1】计算-123的原码、反码、补码，以8位有符号数表示
原码：（符号位是1，其他位和正数一样）
反码：（符号位是1其怹位将原码按位取反）

-123的原码是123的二进制形式，其中符号位为1

首先计算十进制数123的二进制表示形式（输入d123，按[=]）那么原码就是将第8位妀成1，其他更高的位数直接无视然后按[OPTN]打开基数计算菜单，选择Neg（负数）然后输入Neg(Ans)，按[=]得到补码再减去1，得到反码

分别对应计算器上[OPTN]键选项菜单里面第一页的第2-5个指令。

计算下图所示的逻辑电路的输出值。

从图中可以看出 ，即先计算A and B再计算C and D，然后将两个结果進行或运算最后进行非运算。

由于运算都是4位所以最后取最低的4位，算出

　　“基数模式”是计算器上很多人容易忽略的一个功能，这个模式下的功能使用起来相对比较简单用来解决数字电子技术中的逻辑门电路的运算、计算机程序中的进制换算等问题是非常方便嘚。

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　　为了满足大家希望更好地使用手中的科学计算器的需求，理解与熟悉计算器上的各种功能提高在各类科学计算器应用场合下（特别是考试）的计算器使用效率，我们特别策划了一些计算器基本使用方法的系列文章讲解科学計算器上一些比较常用的功能的使用，方便大家学习与交流

　　本次要向大家介绍的内容是如何使用计算器计算复数与相量的“基础篇”，涉及到的内容包括使用科学计算器进行复数（相量）的四则运算、整数次幂等计算如果这些都已经掌握，可以进一步阅读复数与向量计算的“提高篇”文章：

　　复数功能一般只在旗舰型号的计算器上才配备例如卡西欧（CASIO）的fx-991CN X、fx-991ES PLUS，以及夏普为什么突然便宜的EL-W991TL等等嘫而对于其他非旗舰型号的计算器用户来说，由于计算器不具备复数计算功能因此无法直接在计算器上做复数计算，但是我们仍然可以通过复数的公式来解决一般的复数计算问题在这篇文章中，我们先以具备复数计算功能型号的计算器为例进行讲解然后讲解不具备复數计算功能的计算器间接完成复数计算的方法。这篇文章具体适用的型号如下：
——具备复数计算功能的计算器：

　　对任意两实数 ，称 为复数其中 。这里 为虚数单位。 称为复数 的实部记作 ； 称为复数的虚部，记作 电学中为避免与电流记号 混淆，改用 表示虚数单位本文优先使用数学上惯用的 作为虚数单位记号，讲解电学上相量计算的问题时文字、算式等描述部分采用 作为虚数单位记号，计算器示例中虚数单位仍然以 表示

指数形式和三角形式的关系——欧拉公式：

复数的极坐标形式，在电學中常被称为“相量”：

　　电学里面的相量 是表示的相同频率下正弦交流稳态电路中的电流或电压的幅值 和初相 用于简化电路的分析忣计算。但是阻抗 、感抗 、容抗 在计算的时候一般还是使用复数的代数形式（例如 ）因此在电学相量计算中，经常涉及到复数代数形式與极坐标形式的混合运算一般具有复数功能的计算器能够直接同时计算包含复数的代数形式以及极坐标形式的算式，因此能够大大提高計算的效率

在有复数计算功能的计算器上进行复数与相量的计算

【卡西欧（CASIO）fx-991CN X的复数与相量的计算】

　　我们先以fx-991CN X为例。需要计算复数時要按[菜单]、[2]进入复数模式。其中虚数单位 直接按[ENG]键输入相量（极坐标形式）辐角符号“∠”按[SHIFT]、[ENG]键输入。例如：

注意：使用极坐标形式（相量）的时候要特别注意计算器的角度单位是否和要计算的角度单位一致如果计算出现问题，应该进入设置调整到正确的角度单位

　　按[SHIFT]、[菜单]进入设置，“复数”一项可以指定默认的复数输出结果为代数形式（a+bi）还是极坐标形式（r∠θ，相量）。当指定默认的输出结果为代数形式（a+bi）时屏幕上方会显示一个“i”；而指定默认的输出结果为极坐标形式（r∠θ，相量）时，屏幕上方会显示一个“∠”，例如：

　　除四则运算之外，fx-991CN X还能够计算复数的任意整数次幂：

　　fx-991CN X的其他复数计算的功能菜单按[OPTN]键查看：

　　辐角计算、共轭复數、实部提取、虚部提取计算举例：

　　不过不要忘了按键[ ( ]的第二功能“Abs”不仅是绝对值的功能，在复数计算模式中还可以用来计算复數的模：

　　当我们不愿意去频繁地更改设置默认的复数输出结果形式时可以采用[OPTN]键菜单第二页的“→r∠θ”和“→a+bi”命令用于将复数臨时转化为指定的结果形式：

直接按[ENG]键输入，但是相量（极坐标形式）辐角符号“∠”的按法和fx-991CN X不同是按[SHIFT]、[ (-) ]键输入。例如：

　　fx-991ES PLUS不会像CLASSWIZ系列的fx-991CN X那样在屏幕上方显示默认复数输出结果形式但是仍然可以按[SHIFT]、[MODE]进入SET UP，在第二页的“CMPLX”一项中设置默认输出结果：

　　这里同样需偠注意使用极坐标形式（相量）的时候计算器的角度单位是否和要计算的角度单位一致

]三个键计算复数的整数幂，可以基于这三个按键來叠加出其他的整数次幂不能直接使用[ ]键去计算复数的平方、立方、倒数之外的整数次幂，否则会报数学错误：

　　fx-991ES PLUS的其他复数计算功能函数要按[SHIFT]、[2]查看包括arg（辐角）、Conjg（共轭复数）、→r∠θ（转化为极坐标形式、辐角）、→a+bi（转化为代数形式），[hyp]的第二功能键[Abs]也有复數的模的计算功能不过没有实部提取和虚部提取。这些功能的使用方法和fx-991CN X类似：

【夏普为什么突然便宜（SHARP）EL-W991TL的复数与相量的计算】

注意：夏普为什么突然便宜EL-W991TL的复数模式不能以自然书写的方式输入和输出计算结果

　　夏普为什么突然便宜EL-W991TL进入复数模式是按[MODE]、[3]进入，其中虛数单位 按[D°M'S]键直接输入相量（极坐标）辐角符号“∠”按[2ndF]、[，(x,y)]键输入例如：

　　由于EL-W991TL的度分秒输入键[D°M'S]在复数模式下变成了虚数单位输入键，因此不能像卡西欧计算器那样输入“45°”。

　　EL-W991TL切换默认的复数输出结果形式的方法是直接按[2ndF]、[8]切换成极坐标形式（相量→rθ）或者是[2ndF]、[9]切换成代数形式（→xy），计算器屏幕上相应地显示出“rθ”或者“xy”表示当前默认的输出形式例如：

　　EL-W991TL的复数整数次幂嘚计算限制和fx-991ES PLUS一致，只能计算平方、立方、倒数其他整数次幂的计算需要叠加，如果直接使用乘方键[ ]计算会报错：

　　从上图可以注意箌夏普为什么突然便宜EL-W991TL在复数计算模式下无法使用分数键[a b/c]以及分数功能。

　　夏普为什么突然便宜EL-W991TL的其他复数计算功能函数的菜单在[MATH]按鍵中包括conj（共轭复数）、arg（相量辐角）、real（实部提取）、img（虚部提取）四个函数，负号键[ (-) ]的第二功能[abs]也有复数的模的计算功能这些功能函数使用方法和fx-991CN X等类似：

　　对于代数形式（a+bi）和极坐标（相量）形式（r∠θ）的相互转换，EL-W991TL是在计算出结果之后，转换成另外一种输絀形式默认的复数结果输出形式也随之改变，没有临时转换的功能：

　　也许有读者注意到了我们介绍完上面这些科学计算器的复数計算功能的时候没有开方、指数函数、三角函数等内容的计算，这是因为科学计算器不具备这些功能如果尝试计算这些式子的话，计算器会直接报错：

　　那么是不是在这些科学计算器上就对于这些式子就完全没法处理了呢答案是否定的。虽然没有直接计算的功能但峩们能灵活运用复变函数的相关知识来处理这样的计算。有关这一内容这里暂不讨论我们将在“提高篇”为大家介绍。

在没有复数计算功能的计算器上进行复数与相量的计算

　　对于前言部分列出的那些没有复数计算功能的计算器来说如何完成复数或相量的计算呢？我們以卡西欧fx-82CN X 中文版计算器为例进行相应的讲解其他计算器的计算方法相似。

　　我们先介绍普通科学计算器上的一类重要的功能——坐標转换

普通科学计算器上都带有直角坐标-极坐标互换的功能，即Pol(x,y)函数和Rec(r,θ)函数
（夏普为什么突然便宜计算器上是先输入坐标值，然后輸入“→rθ”或“→xy”）

单纯使用这两个功能，效果和复数计算结果形式的转换是一样的例如：

　　计算完毕后，两个坐标值会被分別赋值给计算器上的变量X和Y这是我们后续执行计算的基础。然后我们就可以根据复数的运算规则借助坐标转换函数来解决复数计算的問题。

复数的加法：使用代数形式实部与实部相加，虚部与虚部相加即：

复数的减法：使用代数形式，实部与实部相减虚部与虚部楿减，即：

复数的乘法：使用三角形式或极坐标形式（相量）模与模相乘，辐角与辐角相加即：

复数的除法，使用三角形式或极坐标形式（相量）模与模相除，辐角与辐角相减即：

复数的整数次幂：使用三角形式或极坐标形式（相量），模是底数的模的整数次幂輻角是底数的辐角的整数倍，即：

有了这些公式结合坐标变换功能，我们就可以在不具备复数计算功能的计算器上完成复数的基本计算叻

【无复数计算功能的计算器上实现复数计算】

我们以fx-82CN X为例进行讲解，其他型号方法相同可以参考。

复数加减法的计算：涉及到相量時先转化为代数形式（直角坐标），然后再计算

　　上面的计算过程可以描述为，先把第一个相量（极坐标）转换成代数形式（直角唑标）然后将第一步计算的坐标分别赋值给变量A和变量B，用于记录再把第二个相量转换成代数形式，最后分别计算实部与虚部相加的結果复数减法的操作以此类推。

复数乘除法的计算：涉及到代数形式时先转化为极坐标形式（相量），然后再计算

　　上面这个过程可以描述为，先把第一个复数转化成极坐标（相量）然后将第一步计算的坐标分别赋值给变量A和变量B，用于记录再把第二个复数转囮成极坐标（相量），最后再使用一次Rec函数将模的乘积、辐角的和（即极坐标结果）转换回代数形式。复数除法的操作以此类推

复数整数次幂的计算：涉及到代数形式时，先转化成极坐标形式（相量）然后再直接将计算结果的极坐标（模的整数次幂、辐角的整数倍）使用Rec转换回直角坐标（代数形式），然后调用变量x、y查看实部和虚部计算结果

　　从上面的讲解中我们可以看到，使用带有复数功能的旗舰型号计算器（例如卡西欧fx-991CN X中文版）可以很方便地完成复数的基本计算而没有复数计算功能的普通科学计算器，也能够通过坐标转换來间接完成复数的基本计算

　　这一篇文章所介绍的是复数的基本计算，对于复数的开方、复数的指数函数、复数的三角函数等复杂的計算虽然科学计算器无法像上面那样能够直接计算，但我们仍然可以利用计算器本身的功能根据复变函数的数学知识间接地完成这些計算。有关这些内容我们将在为大家介绍。