课题一 汽车车载网络技术基础

课题一汽车车载网络技术基础任务一了解汽车电子控制技术任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理任务一了解汽车电子控制技术一、任务工作页先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同时完成工作页内容的填写。二、任务所涉及的知识（一）汽车电子控制技术的发展概况汽车电子控制技术是汽车技术与电子技术结合的产物，并伴随着汽车油耗法规、排放法规、安全法规要求的提高和电子技术的进步而逐步发展到当今的水平。世界汽车电子控制技术的发展过程大致可分为分立电子元件控制、集成电路控制和微型计算机控制３个阶段。下一页返回任务一了解汽车电子控制技术第一阶段（１９５３—１９８０年）：汽车电子设备主要采用分立电子元件组成电子控制器，从而揭开了汽车电子时代的序幕，并由分立电子元件产品向集成电路ＩＣ产品过渡。其主要产品有二极管整流式交流发电机、电子式电压调节器、电子式点火控制器、电子式闪光器、电子式间歇刮水控制器、晶体管收音机、数字时钟等。上一页下一页返回任务一了解汽车电子控制技术第二阶段（１９８１—１９９０年）：汽车电子设备广泛采用集成电路ＩＣ和８位微处理器进行控制，主要开发研究专用的独立控制系统。其主要产品有电子燃油喷射系统、空燃比反馈控制系统、电子控制自动变速系统、防抱死制动系统、安全气囊系统、座椅安全带收紧系统、车辆防盗系统、巡航控制系统、车辆导航系统、车身高度自动控制系统、故障自诊断系统等。第三阶段（１９９１—２００５年）：汽车电子设备广泛应用１６位或３２位字长的微处理器进行控制，控制技术向智能化方向发展。其主要产品有发动机燃油喷射与点火综合控制系统、牵引力控制系统、区域网络通信系统、四轮转向控制系统、轮胎气压控制系统、声音合成与识别系统、自动防追尾碰撞系统和自动驾驶系统等。上一页下一页返回任务一了解汽车电子控制技术（二）电子控制技术在汽车上的应用随着汽车电子控制技术的发展，世界各国在汽车的各个系统竞相采用电子控制装置。目前比较多见、成熟的汽车电子控制系统主要有动力传动总成的电子控制、底盘电子控制、车身电子控制、信息通信系统等。动力传动总成的电子控制主要包括发动机电子控制、变速箱电子控制和动力总成的整体控制等。它用于实现低油耗、低污染，减少动力传动系统的冲击，减轻驾驶员的疲劳，提高汽车的动力性、经济性和舒适性。上一页下一页返回任务一了解汽车电子控制技术底盘电子控制包括悬架的电子控制、防抱死制动控制（ＡＢＳ）、驱动防滑控制（ＡＳＲ）、电子控制动力转向（ＥＰＳ）、四轮转向（４ＷＳ）控制、巡航控制（ＣＣＳ）系统等。车身电子控制包括安全气囊电子控制、车用空调控制、防盗系统、门锁控制、车灯控制、雨刷控制等。上一页下一页返回任务一了解汽车电子控制技术（三）汽车电子控制技术的发展趋势随着汽车工业与电子工业的不断发展，在现代汽车上，电子技术的应用越来越广泛。今天的汽车已经逐步进入了计算机控制的时代。电子技术在解决提高汽车性能、环保、能源、安全等问题中占有不可替代的重要地位。２１世纪，汽车将应用电子计算机网络和信息技术，在汽车与社会紧密相连方面具有较大进展，包括广泛应用全球定位系统（ＧＰＳ）和广泛使用车载信息系统，以及采用多路传输系统来集成汽车所有零部件的电子控制模块，使整个汽车电子系统具有数据融合、故障诊断和一定的自我修复功能。上一页下一页返回任务一了解汽车电子控制技术————移动的办公室上一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理一、任务工作页先由学生熟悉如下工作页，了解本任务内容。在学习该任务所涉及的知识后，在老师的指导下完成本任务，同时完成工作页内容的填写。二、任务所涉及的知识本项任务主要是使学生掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理。要完成任务，有必要先了解ＭＣＳ-５１单片机的内部组成及信号引脚、工作方式、具体应用、内部组成的扩展技术等知识。下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理单片机的发展意义：单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，简称单片机。单片微型计算机是把组成微型计算机的各个功能部件［中央处理器（ＣＰＵ）、随机存取存储器（ＲＡＭ）、只读存储器（ＲＯＭ）、输入／输出（Ｉ／Ｏ）接口、定时器、计数器及串行通信接口等］采用大规模集成技术集成制作在一块芯片中，构成一个完整的微型计算机。它特别适用于控制领域，其结构和指令功能都是按照工业控制要求来设计的，因而又叫做单片微控制器（ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），在国外也把它叫做单片微型计算机（ｓｉｎ出现的历史并不长，它的产生和发展与微处理器大体上同步，其发展过程通常可以分为以下几个阶段。上一页下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理—１９７４年）这是单片机发展的起步阶段。１９７１年１１月，美国Ｉｎｔｅｌ公司推出了４００４微处理器，这是最早出现的微处理器。—１９７８年）４８为代表，该系列单片机无串行口，其寻址范围不大于４Ｋ。这个阶段生产的单片机已经能够在单块芯片内集成有８位中央处理器、随机存取存储器、只读存储器、并行输入／输出接口、８位定时器／计数器等功能部件，但性能低、品种少，应用范围也不广。上一页下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理—１９８２年）此阶段为高性能单片机阶段。这一阶段的单片机一般带有串行口，有多级中断处理系统、１６位定时器／计数器，它和前两个阶段相比，其存储容量和寻址范围增大，而且中断源、并行Ｉ／Ｏ接口和定时器个数有了不同程度的增加；在指令系统方面普遍增加了乘除法和比较指令，有的片内还带有Ａ／Ｄ转换器接口。此类单片机有Ｉｎｔｅｌ公司的ＭＣＳ-５１、Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司的６８０１和Ｚｉｌｏｇ公司的Ｚ８等，这类单片机的应用领域非常广泛，其中ＭＣＳ-５１系列产品以其优良的性价比，特别适用于我国的各相关领域。目前，ＭＣＳ-５１已经在国内的各个领域得到广泛应用。上一页下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理此阶段为８位单片机和１６位单片机并行发展的时代。最早的１６位微处理器出现在１９７４年，现在１６位微处理芯片已经进入超大规模集成电路行列，如Ｉｎｔｅｌ８０２８６就包含了１３００个器件。此阶段一方面发展１６位单片机及专用单片机，另一方面不断完善高档８位单片机以满足不同的用户需要。１６位单片机的特点是工艺先进、集成度高和内部功能强、运算速度快，而且允许用户采用面向工业控制的专用语言，如ＰＬ／Ｍ、ＰＬＵＳＣ和Ｆｏｒｔｈ语言等，具有代表性的产品有ＭＣ系列和ＮＳ公司的ＨＰＣ１６０４０等。上一页下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理３２位单片机。１９８１年Ｉｎｔｅｌ公司的３２位微处理器ｉＡＰＸ４３２问世，真正在市场中开始广泛应用的３２位微处理器是１９８５年由Ｉｎｔｅｌ公司推出的８０３８６，它集成了２７５０００个器件。单片机按其应用领域主要划分为以下５个方面。上一页下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理（一）ＭＣＳ-５１单片机的内部组成及信号引脚ＭＣＳ-５１单片机的片内结构如图１-２-１５１单片机是把那些作为控制应用所必需的基本功能部件都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。它由如下功能部件组成：中央处理器（ＣＰＵ），随机存储器（ＲＡＭ），程序存储器（ＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ，８０３１没有此部件），４个８位并行Ｉ／Ｏ口（Ｐ０口、Ｐ１口、Ｐ２口、Ｐ３口），１个串行口，２个１６位定时器／计数器，中断系统，特殊功能寄存器（ｓｐｅｃｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｒｅｇｉｓｔｅｒ，ＳＦＲ）。上一页下一页返回任务二掌握ＭＣＳ-５１单片机的结构和原理1.图1-2-1中的各功能部件(1)中央处理器MCS-51单片机中有1个8位的CPU，与通用的CPU基本相同，同样包括了运算器和控制器两大部分，只是增加了面向控制的位处理功能。(2)随机存储器随机存储器片内为128B(52子系列的为256B)，片外最多可外扩64KB。片内的128B的RAM，以高速RAM的形式集成在单片机内，可以加快单片机运行的速度，而且这种结构的RAM还可以降低功耗上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理(3)程序存储器程序存储器用来存储程序，8031无此部件;80s1为4KB的ROM;87s1则为4KB的EPROM。如果片内只读存储器的容量不够，片外最多可外扩只读存储器的容量至64KB(4)中断系统中断系统具有5个中断源，2级中断优先权(5)定时器/计数器片内有2个16位的定时器/计数器(52子系列有3个16位的定时器/计数器)，具有4种工作方式上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理(6)串行口I个全双工的串行口，具有4种工作方式。它可用来进行串行通信，扩展并行I/O口，甚至与多个单片机相连构成多机系统，从而使单片机的功能更强，且应用更广。(7)Pl口、P2口、P3口、PO口P1口、P2口、P3口、PO口为4个并行8位I/O口。(8)特殊功能寄存器特殊功能寄存器共有21个，用于CPU对片内各功能部件进行管理、控制、监视。它实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能的RAM区。上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理2.MCS-51单片机的引脚要掌握MCS-51单片机，应首先了解MCS-51单片机的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能。MCS-51以及80051系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。制造工艺为HMOS的MCS-51单片机都采用40只引脚的双列直插封装(DIP)方式，如图1-2-2所示，目前大多数引脚为此类封装方式。制造工艺为CHMOS的80031/80051/87051单片机，除采用DIP封装方式外，还采用方形封装方式，为44只引脚(其中4只是无用的引脚)，如图1-2-3所示。上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理(二)MCS-51单片机的中央处理器1.运算器运算器主要用来对操作数进行算术、逻辑运算和位操作。运算器主要包括算术/逻辑运算单元(ALU),累加器A、程序状态字寄存器(PST)以及BCD码修正电路等(1)算术/逻辑运算单元ALU的功能十分强大，它不仅可对8位变量进行逻辑“与”、“或”、“异或”、循环、求补和清0等基本操作，还可以进行加、减、乘、除等基本算术运算。MCS-51单片机的ALU还具有位处理操作功能，它可对位(bit)变量进行位处理，如置位、清0、求补、测试转移及逻辑“与”、“或”等操作上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理(2)累加器A累加器A是一个8位的暂存器，也可记作Acc累加器的作用是:1)累加器A是ALU单元的输入数据源之一，它又是ALU运算结果的存放单元。2)CPU中的数据传送大多都通过累加器A，故累加器A又相当于数据的中转站。为克服累加器结构所具有的“瓶颈堵塞”现象，MCS-51单片机增加了一部分可以不经过累加器的传送指令，这样，可减少累加器的“瓶颈堵塞”现象。累加器A的进位标志Cy是特殊的，因为它同时又是中央处理器的位累力口暑悬。上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理(3)程序状态字寄存器MCS-51单片机的程序状态字寄存器PSW(programstatusword)位于单片机片内的特殊功能寄存区，字节地址为DOH。PSW的不同位包含了程序运行状态的不同信息，PSW的格式如图1-2-4所示。2.控制器控制器的主要任务是识别指令，并根据指令的性质去控制单片机各功能部件，从而保证单片机各部分能自动而协调地工作。控制器主要包括程序计数器、程序地址寄存器、指令寄存器(IR)、指令泽码器、条件转移逻辑电路及时序控制逻辑电路。上一页下一页返回任务二掌握MCS-51单片机的结构和原理(三)MCS-51单片机存储器的结构MCS-51单片机存储器采用的是哈佛(Har-vard)结构，即程序存储器空间和数据存储器空间各自独立。MCS-51单片机的存储器空间可划分为以下5类。1)程序存储器:MCS-51单片机能够按照一定的次序进行工作，是由于程序存储器中存放了经调试正确的应用程序和表格之类的固定常