汽車(chē)單片機(jī)及局域網(wǎng)技術(shù)參考電子教案第一章 概述

1、汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)侯樹(shù)梅E-2150227(H)答疑時(shí)間：周二下午4：30答疑地點(diǎn)：汽車(chē)系311本課程主要教學(xué)內(nèi)容微控制器的基本構(gòu)造及其功能基本構(gòu)造基本功能模塊汽車(chē)控制器局域網(wǎng)（CAN）技術(shù)基本協(xié)議規(guī)范典型車(chē)型的網(wǎng)絡(luò)介紹典型車(chē)型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修本課程主要參考書(shū)微機(jī)原理劉慧銀 M68HC08原理及其嵌入式應(yīng)用 清華大學(xué)出版社謝瑞和 motorola 68hco8 微控制器與嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ) 清華大學(xué)出版社鄔寬明 CAN 總線原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 北京航空航天大學(xué)出版社秦貴和 車(chē)上網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 李東江 汽車(chē)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理與檢修 機(jī)械工業(yè)出版社第一章 單片微型計(jì)算機(jī)概述1. 什么是微控制器（mic

2、ro controller unit )即單片機(jī)2.微控制器的發(fā)展歷程及其趨勢(shì)3.微控制器在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用4.典型單片機(jī)簡(jiǎn)介5.數(shù)制、碼制與編碼1.什么是微控制器單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Micro Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng)，也稱(chēng)為微處理器（Micro Processor Unit，MPU）或微控制器（Micro Controller Unit，MCU）。它是微電子技術(shù)和集成電路IC技術(shù)迅速發(fā)展的結(jié)晶，是在一塊硅片上集成CPU、RAM與ROM、輸入/輸出接口的數(shù)字處理系統(tǒng)。 微型機(jī)5個(gè)基本部件：1)運(yùn)算器:是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)算術(shù)和 邏輯運(yùn)算。2)控制器

3、:是計(jì)算機(jī)的指揮控制部件，它控制計(jì)算 機(jī)各部分自動(dòng)、協(xié)調(diào)地工作。運(yùn)算器 和控制器常合在一起稱(chēng)為中央處理器， 簡(jiǎn)稱(chēng)CPU。3)存儲(chǔ)器:是計(jì)算機(jī)的記憶部件，用于存放程序和 數(shù)據(jù)。4)輸入設(shè)備:用于將程序和數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中， 如鍵盤(pán)等。5)輸出設(shè)備:把計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算或加工的結(jié)果，以 用戶需要的形式顯示或打印出來(lái)，如 顯示器、打印機(jī)等?？偩€（Bus）:信息傳輸?shù)耐ǖ?，?jì)算機(jī)中通常 采用三總線結(jié)構(gòu)。地址總線AB（Address Bus）：傳遞訪問(wèn)對(duì)象的地址信息。 數(shù)據(jù)總線DB （Data Bus）：傳遞數(shù)據(jù)。 控制總線CB（Control Bus）：傳遞控制信息?？偩€寬度：數(shù)據(jù)總線的寬度，反映單片機(jī)傳

4、遞、處理信息的能力。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通常由多塊印刷電路板制成：多板機(jī) 主板顯卡聲卡存儲(chǔ)器接口網(wǎng)卡輸入輸出接口內(nèi)存條CPUCPUCPU芯片內(nèi)存條存儲(chǔ)器接口存儲(chǔ)器芯片輸入輸出接口輸入輸出接口芯片定時(shí)計(jì)數(shù)器芯片A/D、D/A芯片單板機(jī) 印 刷 電 路 板 單 硅 晶 片 CPU存儲(chǔ)器控制電路定時(shí)器時(shí)鐘電路I / O口單片機(jī)特點(diǎn)：（1）小巧靈活、成本低、功耗低、功能強(qiáng)、易于 產(chǎn)品化。（2）可靠性好，適應(yīng)溫度范圍寬。（3）結(jié)構(gòu)靈活，內(nèi)部集成度高，外圍電路易擴(kuò)展， 易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)，控制功能強(qiáng)。（4）實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制系統(tǒng)。（5）應(yīng)用范圍廣，既可用于工業(yè)自動(dòng)控制等場(chǎng)合， 又可用于測(cè)量?jī)x器、醫(yī)療儀器及

5、家用電器等領(lǐng) 域 。單片機(jī)系統(tǒng)最小系統(tǒng)：保證單片機(jī)正常工作的最少硬件組合。應(yīng)用系統(tǒng)：為完成特定任務(wù)而在最小系統(tǒng)基礎(chǔ)上 擴(kuò)展出來(lái)的單片機(jī)系統(tǒng)。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（仿真器）：開(kāi)發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)、程序的 裝置，其作用主要是：指令及程序的輸 入、編輯；程序或模塊的調(diào)試；硬件連 接正確性的檢查。2.單片機(jī)的發(fā)展歷程及其趨勢(shì)單片機(jī)的發(fā)展歷程 第一階段（19711974）單片機(jī)的初級(jí)階段。1971年，Intel公司首次宣布推出4004的4位微處理器。1974年12月，仙童公司推出了8位單片機(jī)F8第二階段（19741978）低性能單片機(jī)階段。1976年，Intel公司推出了MCS-48單片機(jī)極大地促進(jìn)了單片機(jī)的變革。197

6、7年，GI公司推出了PIC1650; Motorola 、Zilog 第三階段（19781981）高性能8位單片機(jī)階段。1978年，Motorola公司推出M6800系列單片機(jī)Zilog公司則相繼推出了Z8系列單片機(jī)1980年，Intel公司在MCS-48的基礎(chǔ)上，推出了高性能的MCS-51系列單片機(jī)，它使單片機(jī)的應(yīng)用躍上了一個(gè)新臺(tái)階。完善的外部總線。MCS-51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線、16位地址總線、控制總線及具有多機(jī)通信功能的串行通信接口。CPU外圍功能單元的集中管理模式。體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能

7、的指令。 MCS-51系列單片機(jī):第四階段（1982年現(xiàn)在）是單片機(jī)的發(fā)展、鞏固、提高階段 1982年Intel公司推出了比8位機(jī)性能更高的16位單片機(jī)MCS-96系列，1988年Intel公司又推出了MCS-96系列中的8098/8398/8798單片機(jī) Motorola、Intel、ATMEL、TI、Philips、NEC、Microship、Infineon、Fujitsu、Tosbiba、LG 2.2 單片機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 價(jià)格更加低廉 使用更為方便 功耗更加低微 工作電壓更低 ，、1.8V 閃速存儲(chǔ)器（Flash memory） 網(wǎng)絡(luò)化 的改進(jìn)：提高CPU的處理字長(zhǎng)或提高時(shí)鐘頻率；2.存

8、儲(chǔ)器的發(fā)展：主要是存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展；3.片內(nèi)I/O的改進(jìn)：增加并行接口的驅(qū)動(dòng)能力，增加I/O接 口的邏輯控制功能；4.外圍電路內(nèi)裝化；5.低功耗化。（單片機(jī)功耗均在100mW左右） 向多功能、高性能、高速度、低電壓、低功耗、低價(jià)格、外圍電路內(nèi)裝化以及片內(nèi)存儲(chǔ)器容量增加和Flash存儲(chǔ)器化方向發(fā)展。功能更強(qiáng)、集成度和可靠性更高、功耗更低、使用更方便。3. 微控制器的應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)化 在自動(dòng)化技術(shù)中，無(wú)論是過(guò)程控制技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)還是測(cè)控技術(shù)，都離不開(kāi)單片機(jī)。在工業(yè)自動(dòng)化的領(lǐng)域中，機(jī)電一體化技術(shù)將發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，在這種集機(jī)械、微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合技術(shù)（例如機(jī)器人技術(shù)、數(shù)控技術(shù)）中，單

9、片機(jī)將發(fā)揮非常重要的作用。 目前對(duì)儀器儀表的自動(dòng)化和智能化要求越來(lái)越高。在自動(dòng)化測(cè)量?jī)x器儀表中，單片機(jī)應(yīng)用十分普及。單片機(jī)的使用有助于提高儀器儀表的精度和準(zhǔn)確度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小體積而且易于攜帶和使用，加速儀器儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化方向發(fā)展。（2）智能儀器儀表 該應(yīng)用主要反映在家電領(lǐng)域。目前家電產(chǎn)品的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是不斷提高其智能化程度。例如，電子游戲機(jī)、照相機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、電視機(jī)、微波爐、手機(jī)、IC卡、汽車(chē)電子設(shè)備等。在這些設(shè)備中使用了單片機(jī)后，其功能和性能大大提高，并實(shí)現(xiàn)了智能化、最優(yōu)化控制。（3）消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品 較高檔的單片機(jī)都具有通信接口，因而為單片機(jī)在通信設(shè)備中的

10、應(yīng)用創(chuàng)造了很好的條件。例如，在微波通信、短波通信、載波通信、光纖通信、程控交換等通信設(shè)備和儀器中都能找到單片機(jī)的應(yīng)用。特別是像程控交換機(jī)，應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，即計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，不僅成為現(xiàn)代化通信的重要手段，且其本身也表明了近代通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)密不可分的關(guān)系。（4）通信方面3.單片機(jī)在汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 4. 典型單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī)的制造廠商有很多，如： 荷蘭的PHILIPS、 美國(guó)的Motorola（摩托羅拉）、MICROCHIP（美國(guó)微芯）、TI（德州儀器）、Zilog、MaximDallas（美信達(dá)拉斯）、Analog Devices（美國(guó)模擬器件公司）、ATMEL

11、（愛(ài)特梅爾）、Fairchild Semiconductor（仙童半導(dǎo)體）、National Semiconductor（國(guó)家半導(dǎo)體）等。表1-1 PHILIPS公司部分51內(nèi)核單片機(jī)型號(hào)存儲(chǔ)器ISP/IAP定時(shí)/計(jì)數(shù)器I/O數(shù)串行接口中斷A/D最大頻率OTPFLASHRAM#PWMPCAWDT(外部）轉(zhuǎn)換器（MHz）P87C5xx24-32K128-256332UART6（2）33P89C5xx24-32K128-256332UART6（2）33P89V51RD264K512-1K332UARTSPI7（2）40P89C66x16-64K1K-8KY/Y432UARTI2C8（2）33P8x

12、C59116K512332UARTI2CCAN15（2）6ch-10bit16P89C51Rx+32k-64K512-1K432UART7（2）33表1-2 MCS-51系列單片機(jī)主要特性表型號(hào)片外存儲(chǔ)器I/O線定時(shí)器/計(jì)數(shù)器片外尋址空間串行通信程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器80514KB 掩膜ROM128BRAM322個(gè)16位64KB64KBUTAR87514KB EPROM128BRAM322個(gè)16位64KB64KBUTAR8031無(wú)128BRAM322個(gè)16位64KB64KBUTAR80C514KB ROM128BRAM322個(gè)16位64KB64KBUTAR80C31無(wú)128BRAM322