項目三汽車電子控制單元認識課件

1、項目三 汽車電子控制單元認知任務一 探究汽車ECU及其應用任務一 探究汽車ECU及其應用一、汽車ECU概述1汽車ECU的組成單片機是汽車電子控制單元ECU的核心，相當于集成到芯片內(nèi)的微型計算機。ECU是包括單片機及相關(guān)外圍接口器件的電路板總稱。如圖所示為奔馳汽車的一個ECU實物，從圖中可以看出ECU除了單片機這個核心以外，還包括存儲器和很多外圍接口插件。任務一 探究汽車ECU及其應用1汽車ECU的組成根據(jù)ECU內(nèi)部元件的不同，可將ECU分為輸入接口、單片機和輸出接口三大部分，如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用2汽車ECU的作用ECU與傳感器以及后續(xù)介紹的執(zhí)行器共同構(gòu)成汽車的電子設(shè)備。其中

2、，ECU是電子設(shè)備的核心。任務一 探究汽車ECU及其應用2汽車ECU的作用將來自傳感器的輸入信號進行轉(zhuǎn)換，成為能夠處理和分析的信息；根據(jù)控制要求進行算術(shù)運算或邏輯運算；將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作的信號；存儲各種程序、參數(shù)、數(shù)據(jù)表格等；產(chǎn)生各種參考電壓，通常為5 V，也有2 V，9 V和12 V等；自動進行故障診斷。任務一 探究汽車ECU及其應用3汽車ECU的特點汽車ECU集成度高、體積小、質(zhì)量輕、可靠性高、價格低廉。它易于標準化，只需要改動軟件即可實現(xiàn)不同的控制功能，且軟件資源豐富。任務一 探究汽車ECU及其應用4汽車ECU的種類目前汽車上一般有多個ECU，而現(xiàn)代汽車上一般有幾十個甚至上

3、百個ECU，用于控制各個系統(tǒng)，其常見種類及用途如表所示。任務一 探究汽車ECU及其應用2汽車ECU的作用種 類用 途發(fā)動機ECU用于控制發(fā)動機供油、點火、爆燃、怠速、冷卻、排放等變速器ECU用于控制自動變速器的升、降擋和鎖止制動ECU用于防抱死制動系統(tǒng)、車身穩(wěn)定系統(tǒng)、坡道起步等轉(zhuǎn)向ECU用于控制轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力大小懸架ECU用于懸架剛度和阻尼的控制防盜ECU用于阻止發(fā)動機的非法啟動前照燈ECU用于前照燈的亮度、照射方向、延遲清洗等控制門窗ECU用于控制車窗的開鎖和閉鎖刮水器ECU用于刮水器的速度控制氣囊ECU用于車內(nèi)個安全氣囊的控制空調(diào)ECU用于控制空調(diào)制冷量、風量、風向等儀表ECU用于各儀表的

4、顯示、亮度等控制安全帶ECU用于安全帶拉緊力的控制座椅ECU用于座椅狀態(tài)、溫度等控制防撞ECU用于倒車、行車時的狀態(tài)控制車載信息ECU用于記錄儲存形式信息任務一 探究汽車ECU及其應用二、汽車ECU的輸入接口輸入接口的作用是將電控系統(tǒng)中各傳感器檢測到的信號通過I/O接口輸入至單片機，完成ECU對控制裝置運行工況的實時檢測。任務一 探究汽車ECU及其應用二、汽車ECU的輸入接口從傳感器傳來的信號進入輸入接口后，首先要經(jīng)過預處理，如利用濾波器除去雜波等。例如，從電磁式曲軸位置傳感器來的信號，并不是矩形波而是正弦波，且其信號的電壓幅值會隨轉(zhuǎn)速的變化而變化，這些信號均不能直接輸入單片機。如圖所示為輸入

5、回路的處理效果。任務一 探究汽車ECU及其應用二、汽車ECU的輸入接口輸入接口處理的信號主要有三種類型，分別是模擬信號、數(shù)字信號和開關(guān)信號，其波形如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機的廣泛應用，常要遇到模擬信號和數(shù)字信號相互之間的轉(zhuǎn)換與處理問題。實際汽車電子控制系統(tǒng)中采集的某些對象，如冷卻液溫度、空氣流量、排氣溫度等都是一些連續(xù)變化的物理量。這些隨時間連續(xù)變化的信號稱為模擬信號，簡稱模擬量。單片機系統(tǒng)無法識別和運算模擬量，它只能處理一些離散的如0，1等數(shù)字信號。因此，要使單片機能對實際系統(tǒng)進行識別和處理，就必須先將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號

6、，才能被計算機接收和運算。完成這一任務的就是模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，又稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理1）A/D轉(zhuǎn)換的基本原理A/D轉(zhuǎn)換就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。一般A/D轉(zhuǎn)換通道由傳感器、信號處理器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換電路等組成。轉(zhuǎn)化的過程由采樣、保持、量化、編碼4個步驟完成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CPs的控制下重復接通、斷開的過程。S接通時，ui(t)對電容C充電，此為采樣過程；當S斷開時，C上的電壓保持不變，稱為保持過程。在保持過程中，采樣的模擬電壓經(jīng)

7、數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進制數(shù)碼輸出。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理（1）采樣-保持電路采樣是把隨時間連續(xù)變化的信號變換為時間上離散的信號。而保持則是使采樣信號有充分的時間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。如圖所示為采樣-保持電路圖和波形轉(zhuǎn)換圖。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理采樣-保持電路的工作過程為：在t0時刻S閉合，電容CH被迅速充電，電路處于采樣階段。由于兩個放大器的增益都為1，因此這一階段uo跟隨ui變化，即uo=ui。t1時刻采樣階段結(jié)束，S斷開，電路處于保持階段。若A2的輸入阻抗為無窮大，S為理想開關(guān)，則CH沒有放電回路，兩端保持充電時的最終電壓值

8、不變，從而保證電路輸出端的電壓uo維持不變。這就是保持過程。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理在采樣過程中遵守的規(guī)律為：當采樣頻率不小于輸入模擬信號頻譜中最高頻率的兩倍時，采樣信號可以不失真地恢復為原模擬信號。此即所謂的采樣定理，即(3-1-1)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理（2）量化和編碼量化是把采樣-保持電路采集的模擬信號量程分成許多離散量級，并確定輸入信號所屬的量級單位，然后用量化電壓的整數(shù)倍來表示。編碼則是對每一量級分配唯一的數(shù)字碼，并確定與輸入信號相對應的代碼。最普通的碼制是二進制，它有2的n次方個量級（n為位數(shù)），可依次逐個地編號。任務一 探

9、究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理前面通過采樣-保持電路取得的數(shù)字信號不僅在時間上是離散的，在數(shù)量上也是斷續(xù)的，即這些數(shù)字量一般都是以某個最小單位整數(shù)倍的形式來顯示。因而在用數(shù)字量來表示取樣電壓時，也必須轉(zhuǎn)化成同樣最小單位的整數(shù)倍。這個轉(zhuǎn)化過程稱為量化，所用的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用表示。顯然，數(shù)字信號最低有效位中的1代表的數(shù)量大小，就等于。把量化的數(shù)值用二進制代碼表示的方式稱為編碼，這個二進制代碼即為A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理由于模擬電壓信號量是連續(xù)的，它不一定能被整除，因此在量化時會舍去余數(shù)而引起誤差，這種誤差稱為量化誤差。量化誤

10、差的大小與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)、基準電壓和量化舍入方法有關(guān)。量化舍入方法一般有兩種：只舍不入法和有舍有入法。只舍不入法是當輸出電壓uo的尾數(shù)小于時，取掉尾數(shù)，這種方法的總為正值，即(3-1-2)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理有舍有入法是當輸出電壓uo的尾數(shù)小于/2時，舍尾取整；當尾數(shù)大于/2時，舍尾入一位整數(shù)。這種方法的可正可負，即(3-1-3)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理2）A/D轉(zhuǎn)換的方法直接法間接法任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理在轉(zhuǎn)換過程中，控制邏輯能實現(xiàn)對分搜索的控制，其比較方法如同天平稱重。先使二進制數(shù)的最高位Dn-1

11、=1，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后得到整個量程一半的模擬電壓VS，再與輸入電壓Vi相比較。若ViVS，則保留這一位；若ViVS還是ViVS來決定是否保留這一位。經(jīng)過n次比較后，n位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理這種直接逐位比較型（又稱反饋比較型）轉(zhuǎn)換器是一種高速的D/A轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換精度很高，調(diào)準也比較方便，但對干擾的抑制能力較差，常通過提高數(shù)據(jù)放大器性能的方法來彌補。它在計算機接口電路中用得最普遍。直接法常用的結(jié)構(gòu)有計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器和并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器等。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理（2）間接法間接法

12、不是將模擬信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而是將模擬量先轉(zhuǎn)換成某一中間量，再由中間量最后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。由于要通過一個中間量過渡，故工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度很高，而且抗干擾能力強，因此一般在測試儀表中用得較多。間接法A/D轉(zhuǎn)換器常用的結(jié)構(gòu)有單次積分型A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器等，電路上有電壓-時間間隔（V/T）型和電壓-頻率（V/F）型兩種，其中電壓-時間間隔型中的雙斜率法（又稱雙積分法）用得較為普遍。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理3）A/D轉(zhuǎn)換器的典型組件（1）逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是一種直接型的A/D轉(zhuǎn)換器。它的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，它包括四個部分：比

13、較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器和控制邏輯電路。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理4位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯電路圖如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方法是將大小不同的參考電壓與輸入模擬電壓逐步進行比較，比較的結(jié)果以相應的二進制代碼來表示，轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零，轉(zhuǎn)換開始后根據(jù)設(shè)定的轉(zhuǎn)換位數(shù)，從大到小依次給出各數(shù)位的權(quán)值數(shù)字量（如4位A/D轉(zhuǎn)換器，權(quán)值數(shù)字量分別為1000，0100，0010，0001），進行D/A轉(zhuǎn)換，分別得到不同的Vo，使Vo與Vi進行比較，比較結(jié)果決定各數(shù)值位的取舍，直至Vo最逼近Vi為止，

14、從而得到最終的轉(zhuǎn)換結(jié)果。此過程就像用天平稱重量一樣，只不過使用的砝碼重量依次減半。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理（2）雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接型的A/D轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓的平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出這個時間間隔，從而得到相應的數(shù)字量輸出。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯電路圖如圖所示。它由積分器、檢零比較器、時鐘邏輯控制門和計數(shù)器等組成。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理圖中，檢零比較器的作用

15、是進行過零比較。當uo0時，檢零比較器輸出Co=0，封鎖控制門G，使CP不起作用。而控制門G的作用是用來控制是否計數(shù)。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理轉(zhuǎn)換開始時，所有觸發(fā)器先清零。由于觸發(fā)器Fn輸出Qn=0，使開關(guān)S1打到上端接通ui，積分器從原始狀態(tài)0 V開始對ui進行積分，其輸出電壓uo為(3-1-4)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理uo以正比于ui的斜率線性下降。同時因uo0為止。此時Co=0，控制門G關(guān)閉，計數(shù)器停止計數(shù)。假設(shè)T2區(qū)間內(nèi)計數(shù)器記錄了N個脈沖，則有(3-1-7)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理由式（3-1-6）可

16、得(3-1-8)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理此時Co=0，即將式（3-1-7）代入得即(3-1-9)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理由上式可見，計數(shù)器記錄的脈沖數(shù)N與輸入電壓ui成正比。這樣就從計數(shù)器的輸出得到了轉(zhuǎn)換結(jié)果，實現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理如圖所示為雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器各處的工作波形圖。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理由以上分析可以看出，雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中進行了兩次積分，轉(zhuǎn)換結(jié)果不受積分時間常數(shù)的影響，而且在電路輸入端使用了積分器，因此具有以下幾個特點。由于轉(zhuǎn)換電路

17、是對輸入電壓的平均值進行轉(zhuǎn)換，因而對交流噪聲的工頻干擾有很強的抑制能力（與輸入電壓 的平均值成正比）。轉(zhuǎn)換精度高（兩次積分用同一個積分器，積分器本身的誤差能抵消）。不足之處是工作速度低，運行較慢。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理因此這種轉(zhuǎn)換器主要用于工業(yè)數(shù)字測量中的現(xiàn)場儀表及對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理4）A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標如下。（1）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度由分辨率和轉(zhuǎn)換誤差兩個性能組成。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是指轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號的分辨能力，常以輸出二進制碼的位數(shù)n來表示。任務一 探究汽車ECU

18、及其應用1模擬信號的輸入與處理若轉(zhuǎn)換器輸入的滿量程模擬電壓是FSR，當n位輸出時，有2n個等級，每個等級相差即為A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率，即(3-1-10)任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)越多，量化單位越小，分辨率就越高。轉(zhuǎn)換誤差則表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)來表示。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理（2）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換的快慢。而轉(zhuǎn)換時間則是從接到模擬信號開始，到輸出端得到穩(wěn)定數(shù)字信號所用的時間。轉(zhuǎn)換時間越短，轉(zhuǎn)換速度越高。轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換器的類型。

19、一般雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間最慢有幾百毫秒；逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間快一些，需要幾十微秒；并聯(lián)型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間最快，僅需幾十納秒。任務一 探究汽車ECU及其應用1模擬信號的輸入與處理（3）相對精度在理想情況下，A/D轉(zhuǎn)換器的所有轉(zhuǎn)換點都應在一條直線上，但實際過程中總會存在著一定的偏差。相對精度就是指實際的各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差，一般用最低有效位數(shù)來表示。此外，還有一些參數(shù)會影響A/D轉(zhuǎn)換器的性能，如輸入模擬電壓范圍及輸入電阻、輸出數(shù)字信號的邏輯電平及帶負載能力、溫度系數(shù)、電源抑制能力、電源功率損耗等。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理數(shù)字信號的輸入

20、頻率信號數(shù)字通信信號任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理像傳感器測量出的發(fā)動機轉(zhuǎn)速、變速器輸入軸轉(zhuǎn)速、變速器輸出軸轉(zhuǎn)速等信號屬于頻率信號。這些信號根據(jù)傳感器不同，其幅值和波形也不盡相同。測量出的信號需要經(jīng)過調(diào)節(jié)模塊處理成單片機可以處理的數(shù)字信號。一般來講，對頻率信號的處理方法主要有頻率技術(shù)法和頻壓轉(zhuǎn)換法兩種。如圖所示為對頻率信號處理過程的示意圖。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理另一種數(shù)字信號是數(shù)字通信信號。目前汽車中使用的電控系統(tǒng)越來越多，它們之間的一些資源是可以共享的。因此，在汽車ECU中常設(shè)有數(shù)字通信接口，如R5232接口、SPI 接口和CAN接口等。任

21、務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理數(shù)字信號是離散的變量，它是指一系列電量或脈沖。對于電控系統(tǒng)來講，數(shù)字信號的優(yōu)點不只是其精度高，更重要的是數(shù)字信號所表現(xiàn)的值不會因其電流或電壓的變化而受到影響。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理1）數(shù)字信號的整形原理輸入到單片機的信號應為規(guī)范的高低電平信號，對周期性連續(xù)變化的數(shù)字信號波形最好是規(guī)范的矩形。實際上，輸入的脈沖信號、頻率信號或來自傳感器的周期性變化信號往往是不規(guī)則的，在輸入單片機之前，需要做整形處理。例如，汽車點火控制系統(tǒng)中常常使用電磁脈沖式曲軸位置傳感器，其輸出信號在整形之前的波形為一不規(guī)則的周期波形，為了將其轉(zhuǎn)換

22、為脈沖信號，就需要通過整形電路，如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理如圖所示為施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性。當輸入施密特觸發(fā)器的電壓Vi升到VT+后，輸出電壓Vo會變?yōu)榈碗娖剑划斴斎腚妷簭妮^高電壓降回VT+時，輸出電壓并不變化；只有當Vo降低到VT-時，輸出電平才會變?yōu)楦唠娖?。施密特觸發(fā)器的這種特性是一種特殊的“滯回”特性。它可以使信號處理具有良好的抗干擾能力，常用于將非矩形或不規(guī)則的波形整理成規(guī)則的矩形脈沖。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理傳感器不規(guī)則信號作為施密特觸發(fā)器輸入信號，當Vi上升到VT+后，輸出Vo電平變低；當Vi下降到VT-后，輸出V

23、o電平變高，從而將不規(guī)則周期信號整理成一系列矩形脈沖，如圖中所示的Vo曲線。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理2）數(shù)字信號的整形電路下面以發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器的輸入信號為例，說明將其正弦波形整形為標準方波的構(gòu)成電路。由轉(zhuǎn)速信號處理電路可見，由于在反相輸入端與輸出端之間沒有反饋電阻存在，所以集成運算放大器工作在非線性模式，即構(gòu)成了電壓比較器，主要功能是進行波形整形。任務一 探究汽車ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理如圖所示，轉(zhuǎn)速信號處理電路由LM2903芯片和外圍電路組成，LM2903內(nèi)部由兩個集成運算放大器構(gòu)成。圖中，1為輸出端，2為反相輸入端，3為同相輸入端。任務一 探究汽車

24、ECU及其應用2數(shù)字信號的輸入與處理由插腳PIN5輸入如圖所示的轉(zhuǎn)速信號至集成運算放大器的反相輸入端，而同相端通過電阻接地。任務一 探究汽車ECU及其應用3開關(guān)信號的輸入與處理1）開關(guān)信號的抖動現(xiàn)象汽車上有許多輸入ECU的信號為開關(guān)信號，如制動開關(guān)、空調(diào)開關(guān)、前照燈開關(guān)等。實際中，這些開關(guān)信號可能存在抖動、產(chǎn)生雜波，或前后沿不夠陡峭的現(xiàn)象，這時就需要對其進行整形，以使單片機得到正確的開關(guān)信號。任務一 探究汽車ECU及其應用3開關(guān)信號的輸入與處理如圖所示為一個最簡單的開關(guān)信號輸入電路。當機械式按鍵未被按下時，P1.0應為高電平；當按鍵按下后，P1.0應變?yōu)榈碗娖?。但是由于機械觸點的彈性作用，當按

25、鍵閉合時，電路不會立即穩(wěn)定地接通；當按鍵釋放時，電路也不會立即完全斷開。于是，P1.0上的電平就出現(xiàn)抖動現(xiàn)象，抖動延續(xù)時間由按鍵結(jié)構(gòu)決定，一般為510 ms。任務一 探究汽車ECU及其應用3開關(guān)信號的輸入與處理按鍵動作引起的電平抖動現(xiàn)象是難以避免的。它會造成單片機將一次按鍵動作誤讀為按下多次，造成控制失誤。因此，開關(guān)信號的抖動現(xiàn)象必須設(shè)法消除，一般有硬件和軟件兩種方法消除。任務一 探究汽車ECU及其應用3開關(guān)信號的輸入與處理2）消除抖動的方法（1）硬件消抖方法用硬件方法消除抖動，相應的電路稱為整形電路或消抖電路。以下用雙穩(wěn)態(tài)的RS觸發(fā)器來說明消抖作用，如圖所示。圖中，兩個與非門構(gòu)成了RS觸發(fā)器

26、，開關(guān)觸點有兩個位置：未按下時接觸上端1；按下后接觸下端2。任務一 探究汽車ECU及其應用3開關(guān)信號的輸入與處理在開關(guān)未按下時，與非門A因輸入端1接地，其輸出應為1，即P1.0電平為1。當按鍵按下時，開關(guān)下端2接地，與非門B因此輸出必為1，此時與非門A因兩個輸入端都是1，其輸出必為0，即引起P1.0電平翻轉(zhuǎn)。在開關(guān)按下期間，即使開關(guān)有瞬間彈跳，下端2的電平不穩(wěn)定，但只要按鍵不返回上端1點，就不會引起雙穩(wěn)態(tài)電路輸出狀態(tài)的多次翻轉(zhuǎn)。常用的整形或消抖電路除了雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器外，還有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（如74LS121）。若鍵盤的按鍵比較多，常使用帶有消抖功能的接口芯片（如8279）。任務一 探究汽車ECU及其

27、應用3開關(guān)信號的輸入與處理（2）軟件消抖方法如果開關(guān)或按鍵比較多，采用硬件消抖法就會使電路比較復雜，這時常用軟件消抖的方法。當檢測到有按鍵按下后，即執(zhí)行一段延時子程序產(chǎn)生510 ms的延時，待抖動消失后，再檢測一次按鍵狀態(tài)，若仍保持閉合狀態(tài)的電平，則可確認按鍵按下。同樣，當檢測到按鍵釋放時，也要執(zhí)行510 ms的延時子程序，待抖動消失后，再檢測一次按鍵狀態(tài)，以確認按鍵被釋放。任務一 探究汽車ECU及其應用三、汽車ECU的單片機1單片機及單片機的應用我們現(xiàn)在使用的計算機都屬于馮諾依曼結(jié)構(gòu)，采用存儲程序方式運行，一個完整的計算機系統(tǒng)由運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備五大部分組成。在計算機

28、主板上有負責運算和控制功能的中央處理器（CPU），用于存儲的存儲器（Memory），以及連接外設(shè)的輸入輸出（I/O）接口。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，CPU，Memory與I/O接口等主板上的主要部件集成到同一個芯片上，就構(gòu)成了芯片級的計算機系統(tǒng)單片機（Single Chip Microcomputer，SCM）。任務一 探究汽車ECU及其應用1單片機及單片機的應用雖然單片機的功能沒有普通CPU強大，但它的體積很小，常被嵌入各種現(xiàn)代設(shè)備中作為控制器件。因此，單片機還有一個常用的名字微控制器。單片機其實離我們的生活很近，它不僅在汽車工業(yè)中被大量應用，在家用電器的遙控器中就有其身影，微型計算機的很多

29、部件如鼠標、鍵盤、硬盤中也使用了不同種類的單片機，如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品1971年11月，Intel公司首先研制出集成度為2 000只晶體管片的4位微處理器Intel 4004，它的成功推出拉開了單片機時代的大幕。在過去的30多年里，單片機從最初的4位單片機已經(jīng)發(fā)展成為32位，類型也已經(jīng)發(fā)展成為上百種系列的近千個品種。單片機的發(fā)展時期大致可以分為以下幾個階段。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品19711976年為單片機的萌芽發(fā)展時期。功能相對簡單的4位單片機主要用作計算器中的控制部件。19761979年為8位單片機的初始發(fā)展

30、階段。Intel公司在1976年推出了MCS-48系列單片機，此時的單片機相對早期的4位機在性能上有很大提高，另外，也因其體積小、價格低的優(yōu)點得到了廣泛的應用，書寫了單片機發(fā)展史上重要的一頁。Motorola公司、Zilog公司和Rockwell公司在也先后推出了8位單片機產(chǎn)品。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品19791983年為8位單片機的完善發(fā)展階段。在MCS-48基礎(chǔ)之上，Intel公司在1980年推出了高性能8位單片機MCS-51系列。不僅單片機的存儲容量和中斷能力大大增強，并且開始配備串行通信接口。此時單片機發(fā)展到一個全新的階段，應用領(lǐng)域變得更加廣泛，MCS

31、-51系列單片機后來成為8位單片機的典范，之后會對其做詳細講解。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品19831990年為單片機向微控制器（MCU）發(fā)展的階段。Intel在1983年推出的MCS-96系列16位單片機，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器（A/D）、程序運行監(jiān)視器（PWM）、脈寬調(diào)制器（WDT）等用于測控系統(tǒng)的部件納入其中，體現(xiàn)了微控制器特性。之后Intel公司逐漸淡出MCU的開發(fā)，Philips公司以其在嵌入應用方面的優(yōu)勢，在MCU發(fā)展方面走在前列。與此同時，各大公司的32位單片機也競相問世，并且開始應用到一些高端領(lǐng)域。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品1

32、9831990年為單片機向微控制器（MCU）發(fā)展的階段。Intel在1983年推出的MCS-96系列16位單片機，將數(shù)模轉(zhuǎn)換器（A/D）、程序運行監(jiān)視器（PWM）、脈寬調(diào)制器（WDT）等用于測控系統(tǒng)的部件納入其中，體現(xiàn)了微控制器特性。之后Intel公司逐漸淡出MCU的開發(fā)，Philips公司以其在嵌入應用方面的優(yōu)勢，在MCU發(fā)展方面走在前列。與此同時，各大公司的32位單片機也競相問世，并且開始應用到一些高端領(lǐng)域。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品1990年至今，單片機的發(fā)展趨向多元化，各大廠商在推出16位和32位高端單片機的同時，對8位單片機進行功能上的擴展，衍生出很多

33、新型的單片機，以滿足各行業(yè)不同層次的需求。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品1）Intel公司Intel公司是單片機的領(lǐng)跑者，MCS-51系列單片機是該公司系列單片機的總稱，8031，8051，8751，8032，8052和8752等都屬于該系列，8051是其中的典型代表，其他單片機只是在其基礎(chǔ)上進行了一些調(diào)整，所以人們習慣上以8051來稱呼MCS-51系列單片機。另外，在Intel公司將MCS-51核心技術(shù)授權(quán)給多家公司后，與8051兼容的各具特色的單片機陸續(xù)出現(xiàn)。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品2）Motorola公司Motorola公司是

34、世界上最大的單片機廠商，在單片機生產(chǎn)上多采用內(nèi)部倍頻技術(shù)或鎖相環(huán)技術(shù)，從而使得相同時鐘頻率下單片機內(nèi)部總線速度大大提高。M6805，M68HC05，M68HC11，M68HC12是Motorola公司8位單片機的典型代表。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品倍頻（over tune）是使獲得頻率為原頻率整數(shù)倍的一種方法。利用非線性器件從原頻率產(chǎn)生多次諧波，通過濾波器選出所需倍數(shù)的那次諧波。倍頻技術(shù)能夠使CPU內(nèi)部工作頻率變?yōu)橥獠款l率的倍數(shù)，并使外部設(shè)備可以工作在一個較低外頻上。 鎖相環(huán)技術(shù)（Phase-Locked Loop，PLL）是實現(xiàn)相位自動控制的負反饋系統(tǒng)，它使振

35、蕩器的相位和頻率與輸入信號的相位和頻率同步。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品3）ATMEL公司ATMEL公司的8位單片機有AT89，AT90兩個系列，AT89系列與8051系列單片機相兼容，具有8 KB的閃速存儲器（Flash Memory），采用靜態(tài)時鐘模式。AT90系列單片機采用增強精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，大多數(shù)指令僅需要1個晶振周期，運行速度快；因為最初兩位研發(fā)人員的名字分別以A和V開頭，所以此類單片機又被稱為AVR單片機。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品精簡指令集計算機（Reduced Instruction Set Comput

36、er，RISC）：RISC是和CISC（Complex Instruction Set Computer，復雜指令集計算機）相對的一種CPU架構(gòu)，它把較長的指令分拆成若干條長度相同的單一指令，可使CPU的工作變得單純、速度更快，設(shè)計和開發(fā)也更簡單。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品4）Microchip公司Microchip公司推出的8位PIC系列單片機采用RISC結(jié)構(gòu)，PIC16C5X屬于其中的低端產(chǎn)品，價位低，適用于家電產(chǎn)品。PIC12C6XX是PIC系列的中級產(chǎn)品，產(chǎn)品性能相對較高，內(nèi)部帶有EEPROM數(shù)據(jù)存儲器（電擦寫數(shù)據(jù)存儲器）、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出等。P

37、IC17CXX屬于這一系列的高端產(chǎn)品，運算速度非?？?，可以外接擴展存儲RAM或者EPROM，并且具有豐富的I/O控制功能，適用于偏高檔的設(shè)備。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品5）EMC公司臺灣義隆電子（EMC公司）制造的大部分單片機產(chǎn)品與Microchip公司的PIC系列單片機兼容。其中，8位EM78系列單片機因采用數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的設(shè)計結(jié)構(gòu)，故以其優(yōu)良的性能得到廣泛應用。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品另外，還有很多企業(yè)在單片機生產(chǎn)和發(fā)展中扮演著重要的角色，如ARM（Advanced RISC Machines）公司是RISC處理器方

38、面的知名企業(yè)，美國德州儀器公司（TI）在生產(chǎn)數(shù)字信號處理器（DSP）方面擁有領(lǐng)先技術(shù)。任務一 探究汽車ECU及其應用2單片機的發(fā)展歷史與常見產(chǎn)品如圖所示為單片機發(fā)展過程中幾種典型的單片機。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在對Intel公司的介紹中，我們已經(jīng)知道MCS-51系列單片機包含的系列芯片，如表所示為MCS-51系列單片機基本性能。系 列典型芯片片內(nèi)RAM片內(nèi)ROMI/O口定時/計數(shù)器中斷源串行通信口518031128字節(jié)無48位216位518051128字節(jié)4 KB ROM48位216位518751128字節(jié)4 KB EPROM48位216位518951128字節(jié)4 K

39、B EEPROM48位216位51任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ROM（Read-Only Memory）是只讀存儲器的英文縮寫。只讀數(shù)據(jù)是預先燒錄的，并且一旦燒錄就不能再修改。ROM數(shù)據(jù)不丟失，主要用于存儲一些關(guān)鍵性程序，如用來啟動計算機的程序。RAM（Random-Access Memory）是隨機存儲器的英文縮寫。存儲單元的內(nèi)容可按需隨意取出或存入，這種存儲器在斷電時將丟失其存儲內(nèi)容，因此，主要用于存儲短時間內(nèi)使用的程序和數(shù)據(jù)。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)EPROM（Erasable- Programmable ROM）是可擦除可編程存儲器的英文縮寫

40、。利用專用的紫外線擦除器，紫外線透過芯片上的孔照射芯片內(nèi)部可以擦除其內(nèi)的數(shù)據(jù)。要向EPROM內(nèi)部寫入數(shù)據(jù)必須使用專用的寫入器。EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是電擦除可編程只讀存儲器的英文縮寫。通過芯片的控制電壓，可以擦除芯片的數(shù)據(jù)，或者向芯片中寫入數(shù)據(jù)，而不必將芯片從系統(tǒng)中取出。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1）單片機的基本組成8051的主要硬件資源包括以下幾個部分，內(nèi)部功能模塊構(gòu)成如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）8位中央處理單元CPU。（2）4 KB的程序

41、存儲器ROM。（3）128 B的數(shù)據(jù)存儲器RAM。（4）21個特殊功能寄存器SFR。（5）4個8位并行I/O口P0P3。（6）2個16位可編程定時/計數(shù)器T0，T1。（7）5個中斷源，具體包括2個外部中斷源INT0和INT1，3個內(nèi)部中斷源。（8）1個全雙工的異步串行接口。（9）一個片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2）中央處理器CPU中央處理器CPU是單片機的核心組成部分，從功能上可以分為控制器和運算器兩個部分。控制器產(chǎn)生各種控制信號以協(xié)調(diào)各部件之間的數(shù)據(jù)傳送、運算等操作；運算器主要執(zhí)行算術(shù)運算、邏輯運算和位操作等。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的

42、內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）控制器控制器主要包括16位程序計數(shù)器PC（Program Counter）、數(shù)據(jù)指針DPTR（Data Pointer）、堆棧指針SP（Stack Pointer）、指令寄存器IR（Instruction Register）、指令譯碼器和控制邏輯電路等。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）運算器運算器主要包括算術(shù)邏輯單元ALU（Arithmetical Logic Unit）、累加器A（Accumulator）、通用寄存器B（General Purpose Register）、程序狀態(tài)字PSW（Program Status Word）暫存器、十進制調(diào)整電路和布爾

43、處理器等。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3）存儲器單片機的存儲器有程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM之分。ROM用來存放指令的機器碼、表格和常數(shù)等；RAM則用來存放運算的中間結(jié)果、采集的數(shù)據(jù)和經(jīng)常需要更換的代碼等。MCS-51單片機的ROM，RAM都有片內(nèi)和片外之分；從尋址空間來看，有程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、外部數(shù)據(jù)存儲器三大部分；從功能上來看，有程序存儲器、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、特殊功能寄存器（SFR）、位地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲器等五個部分。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)MCS-51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

44、4）并行I/O接口I/O接口是單片機實現(xiàn)信息交換和對外控制的重要通道。I/O接口分為串行口和并行口，串行口一次只能傳送一個二進制位信息，并行口一次可以傳送一個字節(jié)信息。在MCS-51單片機中，有一個可編程、全雙工的串行接口，這部分知識將在后面的任務中進行詳細講述。MCS-51單片機的4組并行接口，即P0，P1，P2和P3。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）P0接口P0.0P0.7（3932引腳）P0接口的位結(jié)構(gòu)如圖3-1-22所示，由一個輸出鎖存器（D型觸發(fā)器），兩個三態(tài)門緩沖器（U1和U2），與門、非門和多路開關(guān)MUX組成的輸出控制電路，一對場效應晶體管（T1和T2）組成

45、。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)多路開關(guān)MUX：當多路開關(guān)和鎖存器接通時，P0口被作為普通的I/O口使用；當多路開關(guān)和非門接通時，P0口被作為“地址/數(shù)據(jù)”總線使用。場效應晶體管T1和T2：T1和T2組成推拉式結(jié)構(gòu)，一次只能導通一個。當T1導通時，T2截止；當T2導通時，T1截止。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)P0接口具有兩種功能：第一，P0接口可以作為通用I/O接口使用，P0.0P0.7傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)；第二，在訪問外部存儲器時，P0接口可以分時復用地址線和雙向數(shù)據(jù)總線（AD0AD7）。當P0口作為I/O接口使用時，多路開關(guān)的控制信號為0（低電平

46、），T1管截止，多路開關(guān)與鎖存器的Q端相接。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當P0口作為地址/數(shù)據(jù)復用口使用時，多路開關(guān)控制信號為1（高電平），與門輸出信號由“地址/數(shù)據(jù)”線信號決定，多路開關(guān)與反相器的輸出端相連，地址信號非門（數(shù)據(jù)反相）T2管（數(shù)據(jù)反相）P0.X。P0口輸出低8位地址信息后，將變?yōu)閿?shù)據(jù)總線，此時控制信號為0，T1管截止，多路開關(guān)轉(zhuǎn)向鎖存器反相輸出端Q；CPU自動將0FFH寫入P0口鎖存器（即向D鎖存器寫入一個高電平），使V2管截止，在讀引腳信號控制下，P0.X上數(shù)據(jù)通過讀引腳三態(tài)門送到內(nèi)部總線。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）P1接口P1

47、.0P1.7（18引腳）P1接口的結(jié)構(gòu)簡單，位結(jié)構(gòu)如圖3-1-23所示，與P0接口的主要差別在于，P1接口沒有非門和多路開關(guān)MUX，并用內(nèi)部上拉電阻R代替了P0接口的場效應管T1。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)P1接口僅作為數(shù)據(jù)輸入/輸出接口使用，輸出數(shù)據(jù)時，內(nèi)部總線輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器和場效應晶體管后，鎖存在接口線上；輸入有讀引腳和讀鎖存器之分，工作過程參照P0接口，這里不再贅述。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）P2接口P2.0P2.7（2128引腳）P2接口位結(jié)構(gòu)如圖所示，既有上拉電阻，又有多路開關(guān)MUX，所以P2接口在功能上兼有P0接口和P1接口的特

48、點。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)P2接口具有兩種功能：第一，P2接口可以作為通用I/O接口使用，P2.0P2.7傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)；第二，在訪問外部存儲器時，P2接口輸出地址總線的高八位（AD8AD15），與P0口的低地址一起構(gòu)成16位地址總線。當P2口作為I/O接口使用時，多路開關(guān)的控制信號為0（低電平），多路開關(guān)與鎖存器的Q端相接，數(shù)據(jù)輸出與輸入工作過程與P0接口作為通用I/O口時相似，這里不再贅述。當P2口作為地址總線時，多路開關(guān)的控制信號為1（高電平），多路開關(guān)與地址線接通，地址信號非門（數(shù)據(jù)反相）場效應管（數(shù)據(jù)反相）P2.X。任務一 探究汽車ECU及其應用

49、3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（4）P3接口P3.0P3.7（1017引腳）P3口除了具有一般I/O口的功能外，還具有第二功能，其結(jié)構(gòu)如圖3-1-25所示。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當P3口作為通用I/O口時，第二功能輸出信號為1（高電平），此時，內(nèi)部總線信號經(jīng)鎖存器和場效應管輸入/輸出，工作過程與P1接口作用相同。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)P3口第二功能如表所示?？?線第二功能名稱功能描述P3.0RXD串行口輸入端P3.1TXD串行口輸出端P3.2INT0外部中斷0輸入端P3.3INT1外部中斷1輸入端P3.4T0定時/計數(shù)器0外部輸入端P3.5T1定時/計數(shù)

50、器1外部輸入端P3.6WR片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7RD片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當P3口的某一位作為第二功能輸出時，鎖存器和該位的“第二功能輸出”端自動置1，場效應管截止，該位引腳上的信號經(jīng)緩沖器U3送入“第二功能輸入”端。當P3口的某一位作為第二功能輸入時，CPU將該位鎖存器置1，此時，與非門只受“第二功能輸出”端控制，輸出信號經(jīng)與非門和場效應管兩次反相后，輸出到該位的引腳上。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)根據(jù)實際的應用場合中的需要，一般把幾條接口線設(shè)置為第二功能，而另外幾條接口線處于第一功能運行狀態(tài)。因此，在這種情況下，不宜對

51、P3接口做字節(jié)操作，需采用位操作的形式。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)5）時鐘電路單片機的工作過程是執(zhí)行各種不同指令的過程，而指令的執(zhí)行最終會轉(zhuǎn)化為一系列的微控制信號來完成各種需求。單片機系統(tǒng)的運行需要各種微控制信號的動作有一個嚴格的先后順序，即單片機的時序。時鐘電路產(chǎn)生的時鐘信號是時序的時間基準，機器周期和指令周期是描述時序的單位。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）時鐘周期時鐘周期又稱為振蕩周期，定義為時鐘脈沖的倒數(shù)，是單片機中最基本、最小的時間單位。在一個時鐘周期內(nèi)，CPU僅完成一個最基本的動作。例如，晶振為12 MHz的單片機，它的時鐘周期就是1/1

52、2 s。時鐘脈沖控制著單片機的工作節(jié)奏，對同一種機型的單片機，時鐘頻率越高，單片機的工作速度就越快。但是，由于單片機硬件電路和器件的限制，時鐘頻率是有一定的限制。8051單片機的時鐘范圍是1.212 MHz。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在8051單片機中把1個時鐘周期定義為1個節(jié)拍（用P表示），2個節(jié)拍定義為1個狀態(tài)周期（用S表示）。任務一 探究汽車ECU及其應用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（2）機器周期一條指令的執(zhí)行過程可以分為若干個階段，如取指令、讀存儲器、寫存儲器等。完成某一個操作的時間稱為一個機器周期。通常情況下，一個機器周期由12個時鐘周期組成。任務一 探究汽車ECU及其應

53、用3單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3）指令周期執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期，一般由若干個機器周期組成。指令不同，所需的機器周期數(shù)也不同，一般由14個機器周期組成。在MCS-51指令系統(tǒng)中，一些簡單的單字節(jié)指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即譯碼執(zhí)行，不再需要其他的機器周期；一些比較復雜的指令，例如轉(zhuǎn)移指令、乘法指令，則需要兩個或者兩個以上的機器周期。任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)8051采用40引腳DIP封裝形式（雙列直插式封裝），引腳如圖所示。任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)1）電源與時鐘引腳VCC（40腳）：電源端，接+5 V直流電源。VSS（2

54、0腳）：接地端。XTAL1（19腳）/XTAL2（18腳）：內(nèi)部振蕩器的輸入端，接外部晶振；如果采用外部時鐘，XTAL2引腳連外部時鐘，XTAL1引腳要懸空。任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)2）控制引腳ALE/PROG（Address Latch Enable/Programming，30腳）：地址鎖存允許信號。當訪問片外存儲器時，ALE作為鎖存低8位的控制信號。當不訪問外存儲器時，ALE引腳周期性地以1/6振蕩器頻率向外輸出正脈沖，可用于對外輸出時鐘或定時。對片內(nèi)ROM編程時（如8751），此引腳作為編程脈沖輸入端PROG。ALE負載驅(qū)動能力為8個LSTTL器件任務一 探究汽

55、車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)LSTTL器件（Low-power Schottky Transistor-Transistor Logic）：低功耗晶體管邏輯電路。任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)PSEN（Program Store Enable，29腳）：外部程序存儲允許輸出端，片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。CPU訪問外部程序存儲器期間，PSEN端在每個機器周期中兩次有效。負載驅(qū)動能力為8個LSTTL器件。任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)EA/VPP（Enable Address/Voltage Pulse of Programming，31腳）：

56、外部程序存儲器地址允許輸入端。當EA為高電平時，CPU執(zhí)行片內(nèi)存儲器指令，當程序計數(shù)器PC（Program Counter）的值超過0FFFH時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行片外程序存儲器指令。當EA為低電平時，CPU只執(zhí)行片外存儲器指令。對于片內(nèi)RAM編程時，VPP作為編程電壓的輸入端任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu) RST/VPD（9腳）：復位信號輸入端。晶振工作時，在此引腳上保持兩個機器周期的高電平將使單片機復位。第二功能為備用電源的輸入端，當主電源VCC掉電，VPD將為片內(nèi)RAM供電，以確保RAM中的信息不丟失。任務一 探究汽車ECU及其應用4單片機的外部結(jié)構(gòu)3）I/O引腳I/O引腳

57、的功能特性前文已進行講述，在此不再贅述。任務一 探究汽車ECU及其應用5單片機的發(fā)展趨勢1）CPU的發(fā)展CPU主要是通過加大字長和提高時鐘頻率來增強其數(shù)據(jù)處理能力和處理速度?，F(xiàn)在市面上已經(jīng)出現(xiàn)了字長為64位，時鐘頻率高達2.8 GHz的單片機。任務一 探究汽車ECU及其應用5單片機的發(fā)展趨勢2）片內(nèi)存儲器的發(fā)展片內(nèi)存儲器主要是朝擴大存儲容量和應用新型存儲芯片的方向發(fā)展。早期單片機的片內(nèi)存儲器，一般RAM為64128 B，ROM為12 KB，尋址范圍為4 KB。新型單片機片內(nèi)RAM可達512 KB，ROM多達8 MB，尋址范圍可擴大到64 KB甚至128 KB。任務一 探究汽車ECU及其應用5單

58、片機的發(fā)展趨勢片內(nèi)EPROM開始由Flash ROM或EEPROM代替。早期單片機內(nèi)ROM有的采用可擦除的只讀存儲器EPROM，然而EPROM對電壓的要求較高，使用十分不方便。近年來推出的閃速存儲器Flash ROM和電擦除可編程只讀存儲器EEPROM可在正常工作電壓下進行讀寫，并能在斷電的情況下保持信息不丟失。任務一 探究汽車ECU及其應用5單片機的發(fā)展趨勢3）片內(nèi)I/O接口的發(fā)展近年來，新型單片機內(nèi)的接口無論類型還是數(shù)量上都有很大的發(fā)展，這不僅大大提高了單片機的功能，而且使系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也極大地簡化了。例如，有些單片機的并行I/O接口能直接輸出大電流和高電壓，可直接用于驅(qū)動熒光顯示管（VF

59、D）、液晶顯示器（LCD）和數(shù)碼顯示管（LED）等，應用系統(tǒng)中就不再需要外部驅(qū)動電路；有些單片機片內(nèi)含有A/D轉(zhuǎn)換器，在一些實時控制系統(tǒng)中可省掉外部A/D轉(zhuǎn)換器。任務一 探究汽車ECU及其應用5單片機的發(fā)展趨勢目前，在單片機中包含的各種接口有數(shù)十種，如D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、CRT控制器、LCD驅(qū)動器、LED驅(qū)動器、VFD驅(qū)動器、DMA控制器、鎖相環(huán)、頻率合成器、聲音發(fā)生器、波特率發(fā)生器、正弦波發(fā)生器、字符發(fā)生器、脈寬調(diào)制器等。雖然一個單片機內(nèi)只含其中的若干種接口，但其功能卻比初期的單片機強得多。任務一 探究汽車ECU及其應用5單片機的發(fā)展趨勢4）特種單片機的發(fā)展隨著科技的進步和市場競爭激

60、烈，很多公司紛紛研發(fā)了具有特殊功能的單片機。例如TI公司推出了超低功耗單片機、無線單片機、具有觸摸功能的單片機等，為其單片機平臺提供創(chuàng)新器件的同時，還帶來包括軟件、工具和支持等的全面生態(tài)系統(tǒng)。目前國際市場上8位、16位單片機系列很多，但在國內(nèi)使用較多的系列仍是Intel公司的產(chǎn)品，其中又以MCS-51系列單片機應用尤為廣泛，而且還在進一步發(fā)展。任務一 探究汽車ECU及其應用四、汽車ECU的輸出接口在汽車電子控制系統(tǒng)中，單片機要根據(jù)輸入的信息狀態(tài)，經(jīng)過分析處理后輸出各種控制信號，最終控制相應執(zhí)行器件的操作。例如，控制點火、噴油、怠速通道、自動換擋、ABS以及電子懸架等。這些控制對象中既有開關(guān)量元