智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)—微控制器ppt課件.ppt

1、第5章智能汽車設(shè)置修訂基礎(chǔ)微控制器，第1，第5章智能汽車設(shè)置修訂基礎(chǔ)微控制器，5.1單片機(jī)介紹，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，計(jì)算機(jī)的CPU、RAM、ROM、計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種為了形成芯片，單片機(jī)的初始含義被稱為單片機(jī)(Single Chip Microcomputer )的單片機(jī)控制器或嵌入式控制器近年來，單片機(jī)將專用集成電路(ASIC )和精簡指令集計(jì)算機(jī)(Reduced Instruction Set Computer，RISC )技術(shù)結(jié)合起來5.2單片機(jī)系統(tǒng)、5.2.1單片機(jī)系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)是在單片機(jī)系統(tǒng)外部添加盡可能少的元件電路，構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)。 以MCS-51系列

2、的單片機(jī)為例，圖5.1和圖5.2分別是使用單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和單片機(jī)外部程序存儲(chǔ)器構(gòu)成的單片機(jī)在圖5.2中，8031的程序存儲(chǔ)器74LS373是8D透明鎖存器，用于存儲(chǔ)單片機(jī)P0端口輸出向EPROM指令用的下位8位地址。 這兩個(gè)最小系統(tǒng)的復(fù)位電路均將10 F的電容器與正電源連接，構(gòu)成上電復(fù)位電路。 時(shí)鐘電路都采用內(nèi)部振蕩方式，外接頻率12 MHz的晶體振蕩器。 在圖5.2中，由于從地線可知程序存儲(chǔ)器在單片機(jī)的外部，因此對于外部程序存儲(chǔ)器來說，單片機(jī)的取入操作是有效的。5.2.1單片機(jī)最小系統(tǒng)、圖5.1單片機(jī)內(nèi)部程序內(nèi)存完全使用單片機(jī)最小系統(tǒng)、圖5.2單片機(jī)外部程序內(nèi)存使用單片機(jī)5.2.2單片

3、機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展使單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展成為單片機(jī)系統(tǒng)硬件設(shè)置修訂中最常見的也不可避免的問題。 單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM )擴(kuò)展、程序存儲(chǔ)器(ROM/EPROM )擴(kuò)展、輸入/輸出(I/O )擴(kuò)展、時(shí)序/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展、中斷系統(tǒng)擴(kuò)展和其他特殊功能擴(kuò)展。 5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、單程序內(nèi)存擴(kuò)展單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展中，最常見的是程序內(nèi)存擴(kuò)展，擴(kuò)展時(shí)需注意以下幾點(diǎn)： (1)地址空間可分配。 在MCS-51系列單片機(jī)中，程序內(nèi)存可占用0000 HFFFF H之間64 K的內(nèi)存空間。 地址可以與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或I/O端口重疊，但實(shí)際上是兩個(gè)對立的存儲(chǔ)空間。 硬件上的程序存儲(chǔ)器在控制使用PSEN而不是RD的讀取

4、動(dòng)作的軟件上，使用MOVC而不是MOVX執(zhí)行讀取操作指令。 (2)地址解碼電路。 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，程序存儲(chǔ)器的容量越來越大，僅使用一兩個(gè)芯片就可以滿足系統(tǒng)容量的要求，因此地址解碼通常采用直接或由反相器生成芯片選擇信號(hào)的方式地址解碼一般采用解碼方式，得到地址范圍不連續(xù)重疊的芯片選擇信號(hào)。 這是因?yàn)?，程序機(jī)器代碼需要連續(xù)地放置在存儲(chǔ)器空間中，各存儲(chǔ)器占有的程序存儲(chǔ)器空間必須相互連續(xù)。 此外，分配給程序內(nèi)存的地址范圍還必須包含單片機(jī)的啟動(dòng)程序。 5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，(3)程序內(nèi)存擴(kuò)展方法。 其它接口擴(kuò)展芯片共享程序存儲(chǔ)器、地址總線、數(shù)據(jù)總線和部分控制總線。 其中，控制總線有ALE低

5、位8位地址信號(hào)鎖存控制、PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀取控制。EPROM程序內(nèi)存擴(kuò)展電路如圖5.3所示。 圖5.3(a )的系統(tǒng)只能將EPROM擴(kuò)展一張，能夠?qū)PROM的芯片選擇端子直接接地的圖5.3(b )的系統(tǒng)擴(kuò)展兩張EPROM，如果P2.i為0則選擇EPROM(1)，如果P2.i為1則選擇EPROM(2) (4)常用程序存儲(chǔ)芯片。 程序存儲(chǔ)器芯片最常見的是英特爾公司的典型系統(tǒng)芯片2716(2K 8)、2732(4K 8)、2764(8K 8)、27128(16K 8)、27256(32K 8)和27512。 近年來，大容量EPROM芯片陸續(xù)出現(xiàn)，2764以上的大容量芯片已廣泛用于單片機(jī)應(yīng)用系

6、統(tǒng)的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展。5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、圖5.3 EPROM程序內(nèi)存擴(kuò)展電路、圖5.3 EPROM程序內(nèi)存擴(kuò)展電路、5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、2數(shù)據(jù)內(nèi)存擴(kuò)展在單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展中， 最常見的數(shù)據(jù)內(nèi)存擴(kuò)展是靜態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存SRAM的擴(kuò)展在MCS-51系列單片機(jī)中，擴(kuò)展的數(shù)據(jù)內(nèi)存、I/O端口和外圍設(shè)備的地址不能相互重疊，但程序內(nèi)存因?yàn)閿?shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口是統(tǒng)一地址，所以共享0000 HFFFF H之間的64K地址空間。 (2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫控制。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口的讀取/寫入控制為RD和WR指令，地址總線和數(shù)據(jù)總線可與程序存儲(chǔ)器共享。 (3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法。 圖5.4表示數(shù)

7、據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法除了在讀寫控制中使用與不同的信號(hào)不同的命令以外，與程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展方法相同。 (4)常用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片。 現(xiàn)在常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器芯片包括SRAM 6116(2K8)、6264(8K8)、62256(32K8)等等。 此外，電可擦除只讀存儲(chǔ)器、E2PROM 2816(2K8)、E2PROM2864(8K8)等也可以用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、圖5.4 RAM數(shù)據(jù)內(nèi)存擴(kuò)展電路、5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、3輸入輸出(I/O )端口擴(kuò)展的大部分單片機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)置修訂是不可避免的由于單片機(jī)本身能夠提供的有限的I/O端口多數(shù)具有多路復(fù)用功能，因

8、此當(dāng)這些端口被多路復(fù)用功能占用時(shí)，留在用戶系統(tǒng)上的I/O端口變少。 擴(kuò)展I/O端口時(shí)，請注意(1)I/O端口的地址空間。 在MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，擴(kuò)展的I/O端口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器占用統(tǒng)一地址的64K存儲(chǔ)器空間，與外部程序存儲(chǔ)器空間無關(guān)。 命令上的擴(kuò)展I/O端口與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器具有相同的地址方式，地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的接線也與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器相同。 (2)單片機(jī)提供的I/O端口。 如果單片機(jī)本身的I/O端口未在多路復(fù)用功能中使用，則這些端口可以用作正常的I/O端口。 5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，圖5.5表示用TTL芯片擴(kuò)展的簡單I/O端口電路。 在圖5.5(a中，通過鎖存器74LS273擴(kuò)

9、展8位的殘奧電平輸出端口。 通過數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展輸出端口時(shí)，鎖存器被視為外部RAM單元，輸出控制信號(hào)為WR，使用MOVX DPTR，a指令。 當(dāng)單片機(jī)向鎖存器輸出數(shù)據(jù)時(shí)，地址信號(hào)P2.7和寫入信號(hào)WR同時(shí)變?yōu)橛行?，or門輸出到低電平的存取鎖存器CLK端子。 WR從低變?yōu)楦邥r(shí)，鎖存器CLK端子的信號(hào)上升沿將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到輸出端子，完成輸出動(dòng)作。 圖5.5(b )示出了用三態(tài)門74LS245通過數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展的8比特殘奧級(jí)輸入接口。 三態(tài)門由P2.7和RD進(jìn)行或控制，并使用MOVX DPTR，a命令。 當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生地址信號(hào)和RD信號(hào)，通過or門產(chǎn)生低電平信號(hào)時(shí)，控制3狀態(tài)門的導(dǎo)通，使輸入信號(hào)通過

10、數(shù)據(jù)總線向單片機(jī)內(nèi)部擴(kuò)展5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)o接口電路、5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，還可以利用單片機(jī)系統(tǒng)的串行端口和移位寄存器擴(kuò)展I/O端口。盡管該I/O擴(kuò)展方法通過串行端口將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為殘奧串行數(shù)據(jù)或者將殘奧串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，但是擴(kuò)展的I/O端口沒有芯片上的I/O端口地址。 圖5.6(a示出用移位寄存器74LS165 (殘奧電平輸入串行輸出)擴(kuò)展的8位殘奧電平輸入接口電路。 單片機(jī)使用連接至74LS165的串行輸出端的RXD作為串行輸入端，使用連接至74LS165的時(shí)鐘輸入端的TXD作為移動(dòng)脈沖輸出端，由此控制74LS165的數(shù)據(jù)輸出節(jié)拍。 移位和設(shè)置過程由單片機(jī)上的一條I/O線(例

11、如P1.0)控制。 圖5.6(b示出了用串行輸入殘奧電平輸出移位寄存器74LS164擴(kuò)展的8位殘奧電平輸出接口電路。 單片機(jī)分別用作連接到74LS164的數(shù)據(jù)輸入端的RXD和TXD作為串行數(shù)據(jù)輸出端和移動(dòng)脈沖輸出端，用于清除普通I/O端口P1.0或74LS164的輸出數(shù)據(jù)。 圖5.7中示出的是5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，除了如上所述的I/O端口擴(kuò)展方法之外，還通過I/O接口擴(kuò)展或?qū)Ｓ媒涌谛酒?、例如可編程殘奧級(jí)I/O接口芯片8255來擴(kuò)展8255包括四個(gè)邏輯配置：殘奧級(jí)I/O端口、數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器、讀/寫控制邏輯和組a、組b控制塊。 8255通過讀寫控制邏輯來實(shí)現(xiàn)所有動(dòng)作狀態(tài)。 在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)

12、中，8255的讀寫動(dòng)作由單片機(jī)的地址信號(hào)線A0和A1、數(shù)據(jù)信號(hào)線D0D7、及控制信號(hào)線WR、RD、CS實(shí)現(xiàn)。 使用可編程接口芯片時(shí)，除了需要正確的硬件以外，還應(yīng)在軟件中添加適當(dāng)?shù)某跏蓟僮鳌?這是因?yàn)橥ㄟ^可編程接口芯片擴(kuò)展I/O端口，軟件可以靈活且容易地選擇接口的工作方式。 初始化動(dòng)作主要是根據(jù)應(yīng)用程序設(shè)定芯片的動(dòng)作方式，使各端口線在輸入輸出狀態(tài)下動(dòng)作。 5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，圖5.6利用串行端口擴(kuò)展I/O接口電路，5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，圖5.7可編程芯片擴(kuò)展I/O接口電路，5.2.2單片機(jī)這是因?yàn)?，通過可編程接口芯片擴(kuò)展I/O端口，可以通過軟件靈活且容易地選擇接口的工作方式。 初

13、始化動(dòng)作主要是根據(jù)應(yīng)用程序設(shè)定芯片的動(dòng)作方式，使各端口線在輸入輸出狀態(tài)下動(dòng)作。 (3)常用I/O端口擴(kuò)展芯片常用I/O端口擴(kuò)展的TTL芯片是三態(tài)門(74ls 241、74ls 244、74ls 245 )、鎖存器(74ls 273、74ls 273， 74ls374 )，5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展，4其他外圍芯片擴(kuò)展到單片機(jī)系統(tǒng)，除程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O端口等系統(tǒng)主要部件外，還滿足系統(tǒng)應(yīng)用的非常有用在這些外圍芯片的內(nèi)部幾乎設(shè)有與微處理器芯片的接口電路，接口電路主要由控制命令邏輯電路、狀態(tài)存儲(chǔ)器和設(shè)定電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和緩沖電路三部分構(gòu)成， 單片機(jī)大多數(shù)外圍芯片可以直接連接到微處理器芯片，因

14、此擴(kuò)展到單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，接口電路相對簡單。 圖5.8示出了外圍芯片與微處理器芯片之間的連接的典型電路，并且中央處理器CPU與外圍芯片之間的連接信號(hào)主要是總線信號(hào)，包括地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、讀/寫控制信號(hào)、定時(shí)信號(hào)、中斷信號(hào)、復(fù)位信號(hào)等。5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展、圖5.8常見的外圍芯片擴(kuò)展電路、5.2.2單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展，并且一些外圍芯片(接口芯片)用于控制微處理器芯片和外圍設(shè)備的連接中斷接口和DMA接口的控制信號(hào)更為復(fù)雜，因此通常需要從接口芯片提供專用的控制信號(hào)來完成數(shù)據(jù)傳輸。 用于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的外圍芯片包括可編程控制器8259、可編程直接內(nèi)存訪問控制器(DMA ) 8237、8259；

15、可編程CRT控制器8279、8279、MC6845、MC6847、可編程鍵盤、顯示接口8279； 可編程通信接口8250、8251可編程定時(shí)器8253、8254； 點(diǎn)陣打印機(jī)控制器8295； A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片等。 5.3 Freescale HCS12單片機(jī)，5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列概述，F(xiàn)reescale HCS12微控制器系列產(chǎn)品飛思卡爾公司于2002年推出68HC12 基于16位CPU的控制器，它的前身是8位68HC11微控制器。 HCS12系列的工作電壓為5 V，時(shí)鐘頻率最高為25 MHz。 該系列產(chǎn)品微控制器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)如下： (1)HCS12的核心

16、16位HCS12CPU:20位ALU、指令隊(duì)列、擴(kuò)展索引地址多種外部總線接口(MEBI )模塊映射控制機(jī)制(MMC 背景調(diào)試模塊(BDM )。 (2)CRG時(shí)鐘和重置發(fā)生器鎖相環(huán)(PLL ) :狗實(shí)時(shí)中斷(RTI )時(shí)鐘監(jiān)視器(CM )。 (3)帶中斷功能的8位以及4位端口可編程的上升或下降觸發(fā)。 5.3.1 Freescale HCS12單片機(jī)系列介紹，(4)內(nèi)存HCS12內(nèi)存有內(nèi)部寄存器、RAM、EEPROM和閃存/rom。 每個(gè)存儲(chǔ)單元對應(yīng)一個(gè)地址，共有64K個(gè)地址，用4位的十六進(jìn)制表示(0000HFFFFH )。 在存儲(chǔ)器內(nèi)的各存儲(chǔ)單元中，可以存儲(chǔ)作為存儲(chǔ)單元內(nèi)的內(nèi)容的8位的二進(jìn)制信息。 每個(gè)存儲(chǔ)占用不同的存儲(chǔ)容量。 (5)在12個(gè)8通道A/D轉(zhuǎn)換器HCS中內(nèi)置10位/8位的A/D模塊： ATD0和ATD1兩個(gè)。 HCS12的ATD是逐次近似型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置有復(fù)用器，精度是2LSB，不需要外部采