汽车电脑原理与维修 单片机基础教程-含MSP430和C51入门基础

汽车电脑原理与维修长沙理工大学汽车技术培训中心arthars单片机概论单片机即一块芯片上的计算机，以单片机为核心组成的硬件电路称为单片机系统，嵌入了应用软件的单片机系统则称为单片机应用系统。微处理器、微型计算机与单片机典型的微型计算机，包括运算器、控制器、存储器、输入输出接口四个基本组成部分。如果把运算器与控制器封装在一小块芯片上，则称该芯片为微处理器（MPU,MicroProcessingUnit）或称中央处理器（CPU,CentralProcessingUnit）。如果在一块芯片上，集成了一台微型计算机的四个基本组成部分，则这种芯片就被称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），简称单片机。微型计算机的基本结构单片机的结构与组成单片机的内部基本组成单片机的结构与组成程序存储器（ROM）：用来存放用户程序，可分类为EPROM、MaskROM、OTPROM和FlashROM等。中央处理器（CPU）：是单片机的核心单元，通常由算术逻辑运算部件ALU和控制部件构成。随机存储器（RAM）：用来存放程序运行时的工作变量和数据，由于RAM的制作工艺复杂，价格比ROM高得多，所以单片机的内部RAM非常宝贵，通常仅有几十到几百字节。并行输入/输出（I/O）端口：通常为独立的双向I/O口，任何口既可以用作输入方式，又可以用作输出方式，通过软件编程设定。单片机的结构与组成串口输入/输出口：用于单片机和串行设备或其他单片机的通信。定时器/计数器（T/C）：用于单片机内部精确定时或对外部事件（输入信号如脉冲）进行计数，有的单片机内部有多个定时/计数器。系统时钟：通常需要外接石英晶体或其他振荡源提供时钟信号输入，也有的使用内部RC振荡器。系统时钟相当于PC微机中主频。单片机技术的特点纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。1.单片机应用周期长与微处理器相比，其应用周期更长。随着半导体技术的飞速发展，MPU更新换代的速度越来越快，以386、486、586为代表的MPU，很短的时间内就被淘汰出局，而传统的单片机如68HC05、8051等年龄已有15岁，产量仍是上升的。2.应用领域广据统计我国的单片机年容量已达13亿片且每年以大约16%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。这说明单片机应用在我国才刚刚起步有着广阔的前景培意义合也毫不逊色。3.体积小4.内部存储量较小,I/0功能控制性强，但具有局限性。5.借助专门的开发系统进行开发。6·功耗低。7·价格低。以2002年的市场价为例,89C51的单价为人民币7元,单片机的类型国际上比较流行的单片机有以下几种·Intel系列·Motorola系列.NEC系列·Philip系列.NS系列(美国国家半导体公司生产〉.Zilog系列(美国Zilog公司生产〉·ATMEL系列(美国ATMEL公司生产〉.MSP430系列(TI).ARM系列典型单片机生产厂家及性能概览美国IntelMotorolaZilogNSMicrochipAtmelTI日本NECToshibaFujitsuHitachi荷兰Philips英国Inmos德国Siemens(Infineon)中国台湾Acer宏基Winbond华邦Holtek合泰凌阳典型单片机有MCS-51、MSP430、EM78、PIC、Motorola、AVR等。MCS-51为主流产品，性能如表1.1.1。MSP430为低功耗产品，功能较强，性能如表1.1.2。EM78为低功耗产品，价格较低，性能如表1.1.3。PIC为低电压、低功耗、大电流LCD驱动、低价格产品，性能如表1.1.4。Motorola是世界上最大的单片机生产厂家之一，品种全、选择余地大、新产品多。其特点是噪声低，抗干扰能力强，比较适合于工控领域及恶劣的环境。性能如表1.1.5。AVR为高速、低功耗产品，支持ISP、IAP，I/O口驱动能力较强。性能如表1.1.6。1.1典型单片机性能概览Intel单片机单片机美国德州仪器1996年推出MSP430，这款单片机以它的高性能逐渐被广大单片机设计者接受，MSP430目前的型号已达到100多种，使用的技术包括超低功耗、FLASH在线编程、数控振荡器(DCO)、FFL倍频、硬件乘法器、JTAG调试等微控制器领域的先进技术产品种类齐全，既有能够通用类型的单片机，也有具有一定专用性能的单片机，如MSP430FE42x、MSP430FW42x，可以适合不同的产品开发需要MSP430单片机的设计充分考虑了设计者对功能模块的需求，功能模块比较适合设计的需要，很多设计可以达到一片设计，比如MSP430FE427一片即可设计多功能电表MSP430已经被广泛用于家用仪表（水表、气表、热表、电表等）、家用电器、热工仪表、医疗仪器、安保产品、无线通讯等许多产品中单片机极低功耗，支持电池工作数据保持模式0.1uA，2.2V—能够响应来自外部的中断信号时钟运行模式0.8uA,2.2V—内部定时器继续工作活动模式200µA,1MHz,2.2V—正常处理、复杂运算等MSP430是工业级16bitRISCMCU-40~85ºC—工作在各种复杂工作环境成为可能运行速度快指令周期125ns,8MHz晶振6µs从备用模式唤醒—唤醒过程的功耗极低FLASH支持在线编程支持FLASH保存数据支持程序在线升级,程序修改方便内部资源丰富、功能模块强一片解决方案:许多产品中一片MSP430完成单片机技术的应用遍布国民经济与人民生活的各个领域://://://－NetARM2410－S目前常用的嵌入式开发平台一。AVR系列单片MCU为核心构成的单片嵌入式系统数字电路与计算机二进制掌握二进制，十六进制，十进制之间的换算关系。13F4H=1*4096+3*256+15*16+40110B=0*8+1*4+1*2+0*113F4H=0001001111110100B0101011010101110B=56AEH二进制B(Binary)十进制D(Decimal)十六进制H(Hexadecimal)BCD码(BinaryCodedDecimal)二进制代码表示的十进制数.(参右图)例：求十进制数876的BCD码876BCD=100001110110压缩的BCD码：用4位二进制数表示一个十进制数位，整个十进制数用一串BCD码来表示.例如，十进制数59表示成压缩的BCD码为01011001十进制数1946表示成压缩的BCD码为0001100101000110.非压缩的BCD码：用8位二进制数表示一个十进制数位，其中低4位是BCD码，高4位是0.例如，十进制数78表示成压缩的BCD码为0000011100001000.美国标准信息交换码ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)用于计算机与计算机、计算机与外设之间传递信息.记忆：0-930H-39H;A-Z41H-5AH;a-z61H-7AH位、字节、字位(bit)1位二进制代码字节(byte)8位二进制代码字(word)16位,两个字节半字节即4位二进制数.编程器编程器(又称烧写器、下載器)，通过它将调试好的程序烧写到程序存贮器中(单片机内程序存贮器或片外的EPROM、EEPROM或FLASH)，不同档次的编程器价格相差很大，从几百元～几千多元不等，档次的差别在于烧写的可编程芯片的类型多少，使用界面是否方便及是否还有其他功能等，目前市面编程器型号很多，根据应用对象及单位经济实力进行选择.通常专用编程器应具备以下功能：对多种型号单片机(MCU)、E(E)PROM、FLASH、ROM、PLD、FPGA等进行读取，擦除、烧写、加密等操作，高档的编程器可独立于电脑运作.编程的方法可以脱机编程或在系统编程.地址总线AB控制总线CBCPU内存智能仪器接口数字化存储示波器、数字化万用表通信接口终端调制解调器TTY电传机过程控制接口A/D转换器开关量I/OD/A转换器输出接口打印机，显示器，绘图仪，记录仪输入接口键盘，数字化仪，光笔，图形/声音输入外存接口硬盘，软盘，光盘，磁带数据总线DB计算机的基本结构计算机主要模块CPU、存储器、接口连接三者用“总线”：数据总线DB；地址总线AB；控制总线CB接口连接外部设备：显示器；键盘；鼠标；打印机；以及硬盘；光盘；软盘；U盘、还有互联网等等地址总线AB控制总线CBCPU内存数据总线DB接口I/O显示器LCD，LED/CRT键盘、鼠标软驱、硬盘、光驱音响，麦克风网络及其他控制单片机浓缩了计算机基本模块两种计算机对比对比项目个人计算机PC单片机CPU位数64位8、16、32位内存大小256MB以上128字节～几百KB工作频率1GHZ以上几十兆赫兹接口类型繁多的基本接口和智能接口只有基本接口基本接口并口、串口、定时器、中断系统并口、串口、定时器、中断系统智能接口FDD、IDE、USB、显示器、声卡少量类型有USB、CAN、等接口结构特点多种IC多个电路板结构单片IC结构计算机的内存内存分为只读存储器ROM和随机存储器RAM两类。ROM存放启动/开机程序以及一些系统子程序。PC机的BIOS就是存放在ROM中。用户编写的单片机程序也是存放在ROM中。RAM存放变量，数据。PC机还要存放从硬盘等处读入的可执行程序。ROM中的程序用于开机时，计算机能引导进入运行状态，这些程序在掉电后应保证不会消失。单片机：麻雀虽小，五脏俱全单片机设计为：专用于控制目的计算机。用于专门目的，为了降低成本，没有必要将不用的功能包含进来。单片机通常只有8位，16位字长，运算速度不是很快，但用于专门的控制足够了。因数据量不大，单片机内存也没有必要做得太大。单片机应用系统功能单一，可见于我们生活中的时时处处：手机、微波炉、洗衣机、电视机、遥控器、电子词典、高档玩具……计算机的数据交换接口尽管计算机外部设备多种多样，根本上来说就是数据的传输：外部设备把指令、数据送到计算机内让计算机进行处理计算机把处理情况和处理结果，以及需要保存的数据送到外部设备：显示；打印；保存；交换……计算机接口就是完成以上数据传输任务的基本电路模块。计算机基本接口并行接口：多条线（8线）同时传输数据。一次传输一字节。串行接口：单线传输，一次传输一位，分时传送。定时器：产生设定的时间间隔信号，用于安排计算机的多种任务执行时间。中断控制器：用于使CPU能及时响应多种外部设备申请的服务。通讯接口举例并行接口：LPT打印机；内部FDD软驱；IDE光驱/硬盘……串行接口：COM1/COM2串行接口；USB通用串行接口；键盘、鼠标接口；红外线接口；网络接口……串行接口还有更广泛的应用：手机，数字电视，卫星通讯……MCS-51单片机的组成：CPU(进行运算、控制)、RAM(数据存储器)、ROM(程序存储器）、I/O口(串口、并口）、内部总线和中断系统等。组成：运算器、控制器（1）8位CPU。（2）布尔代数处理器，具有位寻址能力。（3）128B内部RAM数据存储器，21个专用寄存器。（4）4KB内部掩膜ROM程序存储器。（5）2个16位可编程定时器/计数器。（6）32个