項(xiàng)目1 汽車單片機(jī)基礎(chǔ)《新能源汽車總線控制技術(shù)》

《新能源汽車總線控制技術(shù)》?精品課件合集第X章XXXX項(xiàng)目一汽車單片機(jī)基礎(chǔ)目

錄CONTENTS010203任務(wù)一

單片機(jī)系統(tǒng)任務(wù)二

微機(jī)的外部設(shè)備任務(wù)三

單片機(jī)的接口與通信任務(wù)一

單片機(jī)系統(tǒng)：一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：結(jié)構(gòu)簡單、控制功能強(qiáng)、可靠性高、體積小、價(jià)格低。功能：（1）接收傳感器或其他裝置的輸入信號(hào)，并將輸入信號(hào)處理成ECU能夠處理的信號(hào)，如將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。（2）給傳感器提供參考電壓，如2

V、5V、9V或12

V電壓。（3）存儲(chǔ)、計(jì)算、分析處理信息，存儲(chǔ)運(yùn)行信息和故障信息，分析輸入信息并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算處理。（4）輸出執(zhí)行命令。（5）輸出故障信息。（6）完成多種控制功能，如ABS防抱死、ESP車身穩(wěn)定系統(tǒng)等。（一）汽車ECU的硬件ECU的硬件分為殼體、接口、電路板和電路等幾部分。。殼體可以用 制成。接口用于實(shí)現(xiàn)ECU與外部電路的連接，具體型號(hào)取決于ECU的電路可分為。1．輸入接口電路輸入接口電路主要用來完成外部傳感器與微處理器之間的信息傳遞。：信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使輸入信號(hào)變成微處理器可以接收的信號(hào)。輸入的模擬信號(hào)如果很弱，如氧傳感器發(fā)出的信號(hào)，則首先需要進(jìn)行放大處理。被放大后的模擬信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能被微處理器接收。若輸入的模擬信號(hào)強(qiáng)度在A/D轉(zhuǎn)換器所設(shè)定的量程范圍內(nèi)，可直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。若模擬信號(hào)的電壓超過了A/D轉(zhuǎn)換器的量程，則首先需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，使其不超過A/D轉(zhuǎn)換器的量程范圍，然后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)字信號(hào)的處理控制系統(tǒng)采集的數(shù)字信號(hào)主要是來自轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)和活塞上止點(diǎn)參考信號(hào)，它們都是 ，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過處理后，經(jīng)過I/O口直接送入微處理器。2．微處理器微處理器包括CPU、存儲(chǔ)器、輸入、輸出端口、總線等。微處理器的組成1）CPU中央處理器CPU（Central

Processing

Unit）是電控單元的控制核心，它是運(yùn)算器和控制器的總稱。：讀取命令并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)，通過接口向系統(tǒng)的各個(gè)受控部分發(fā)出指令，同時(shí)又可對整個(gè)控制系統(tǒng)所需的參數(shù)進(jìn)行檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯判斷。2）運(yùn)算器：進(jìn)行信息的加工，通常由算術(shù)邏輯單元（ALU）、累加器暫存寄存器、標(biāo)志觸發(fā)器等構(gòu)成。3）控制器是運(yùn)算器的指揮中心。：按照人們預(yù)先設(shè)定的操作步驟，控制整機(jī)和部件步調(diào)一致地自動(dòng)工作。4）存儲(chǔ)器是記憶元件。微型計(jì)算機(jī)要根據(jù)已編寫的指令程序，對數(shù)據(jù)和信息自動(dòng)快速地進(jìn)行運(yùn)算和處理，就必須把指令、數(shù)據(jù)和計(jì)算的中間結(jié)果存放在微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部。5）輸入、輸出端口是指那些在接口電路中完成信息的傳送，并可由編程人員尋址進(jìn)行讀寫的寄存器。CPU可以通過端口主要有兩類：一類為。；另一類為 。主要用來檢測I/O裝置的工作狀態(tài)，CPU通過輸入指令來檢測輸入裝置的工作狀態(tài)，以決定下一步的操作；通過輸出指令向輸出裝置發(fā)出控制命令來控制相應(yīng)的執(zhí)行器。傳送的是數(shù)據(jù)信息，如數(shù)字、字符和特定的代碼。6）總線計(jì)算機(jī)是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，它由若干功能部件構(gòu)成，這些功能部件在一起協(xié)調(diào)工作才能形成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。。車有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換過程3．輸出接口電路輸出接口電路將ECU與執(zhí)行元件聯(lián)系起來，它將ECU做出的決策指令轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件工作，起著控制信號(hào)的生成與放大的功能。常見的輸出執(zhí)行元件通常是一些 等。1．汽車電腦的軟件ECU的軟件可以分為數(shù)據(jù)和程序兩部分：數(shù)據(jù)是通過大量試驗(yàn)獲得的，是滿足微機(jī)控制汽車的各種性能的最重要的保證；程序的結(jié)構(gòu)取決于ECU的功能。1）數(shù)據(jù)部分ECU的數(shù)據(jù)可分為與系統(tǒng)固定特性相關(guān)的固定數(shù)據(jù)和與系統(tǒng)可變特性相關(guān)的校正數(shù)據(jù)兩類。2）程序部分（1） ，包括輸入、輸出調(diào)制和濾波、驅(qū)動(dòng)功率放大、微處理器和ECU初始化、微處理器與外圍設(shè)備的內(nèi)部服務(wù)等。（二）單片機(jī)的軟件系統(tǒng)（2）（3），其結(jié)構(gòu)取決于控制系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的控制功能。，如輸出電路發(fā)生短路的處理過程，輸入信號(hào)出現(xiàn)異常的替代值，根據(jù)要求設(shè)置軟件檢測程序等。（4）。（二）單片機(jī)的軟件系統(tǒng)2．單片機(jī)的指令單片機(jī)能執(zhí)行什么樣的操作，是在單片機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)確定的。每條指令對應(yīng)著一種基本操作。MCS-51單片機(jī)的指令系統(tǒng)共有111條指令，共有33種功能。指令的內(nèi)容包括指令的長度和指令內(nèi)部信息的安排等。采用助記符表示的匯編語言指令格式如下：操作碼是由助記符表示的字符串，表示指令的操作功能。操作數(shù)指出了 。：（1）沒有操作數(shù)項(xiàng)，操作數(shù)隱含在操作碼中，如“RET”指令。（2）只有一個(gè)操作數(shù)，如“CLRP1.0”指令。（3）有兩個(gè)操作數(shù)，如“MOVA#0EFH”指令，操作數(shù)之間以逗號(hào)相隔。任務(wù)二

微機(jī)的外部設(shè)備1．?dāng)?shù)字信號(hào)由于 ，所有能接受的數(shù)字信號(hào)也是二進(jìn)制信號(hào)。：隨著時(shí)間的變化，電壓值只在兩個(gè)域值之間瞬間切換，并不存在過渡區(qū)，每一個(gè)電壓值代表著一種狀態(tài)。2．模擬信號(hào)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)最大的不同在于，隨著時(shí)間的變化，輸入的電壓值是連續(xù)變化的。（一）信號(hào)的類型（一）信號(hào)的類型數(shù)字信號(hào)波形圖模擬信號(hào)波形圖1．電阻型傳感器電阻型傳感器根據(jù)電阻元件物理特性的不同分為：1）電位計(jì)用于信號(hào)輸入的滑片電阻器。一般用3個(gè)端子：?？勺冸妷悍答伓俗右话闩c機(jī)械臂相連，隨著機(jī)械臂位置或角度的變化，對外輸出的電壓也隨之變化。（二）傳感器的類型典型的電位計(jì)示意圖2）熱敏電阻傳感器熱敏電阻傳感器的典型特點(diǎn)是。熱敏電阻分為和（PositiveTemperature

Coefficient，PTC）（NegativeTemperature

Coefficient，NTC）。PTC熱敏電阻傳感器在溫度越高時(shí)電阻值越大，NTC熱敏電阻傳感器在溫度越高時(shí)電阻值越低，它們同屬于半導(dǎo)體器件。（二）傳感器的類型（二）傳感器的類型（a）負(fù)溫度系數(shù)關(guān)系（b）正溫度系數(shù)關(guān)系（二）傳感器的類型3）壓敏電阻傳感器壓敏電阻傳感器的核心部分，是一個(gè)薄膜彈性硅片。：遇到壓力不僅會(huì)發(fā)生形變，而且內(nèi)阻阻值也會(huì)發(fā)生變化。1—真空；2—支架；3—硅晶片；P—薄膜壓力；R1—壓敏電阻（壓縮）；R2—壓敏電阻（伸長）在某種晶體（如石英晶體）上施加壓力，就會(huì)在晶體兩端產(chǎn)生 。爆震傳感器就是根據(jù)此原理制造而成，在傳感器內(nèi)的石英晶片發(fā)生扭曲或震動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生交流電壓。A—壓敏元件穩(wěn)定狀態(tài)；B—壓敏元件收到壓迫；C—壓敏元件開始伸張爆震傳感器2．感應(yīng)電壓型傳感器當(dāng)感應(yīng)型傳感器在做切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電壓。A—移動(dòng)方向；1—導(dǎo)體；2—永久磁鐵；3—磁場在帶有鐵心的永久磁鐵外圍用導(dǎo)線纏繞，形成帶有永久磁鐵的螺旋線圈，構(gòu)成電磁效應(yīng)式傳感器的核心部分。當(dāng)磁鐵發(fā)生移動(dòng)時(shí)，在磁鐵周圍的磁力線也跟著移動(dòng)，在磁力線經(jīng)過螺旋線圈而被切割時(shí)，感應(yīng)電壓就產(chǎn)生了。當(dāng)磁鐵靜止時(shí)，磁鐵一般位于螺旋線圈的內(nèi)部。1—永久磁鐵；2—螺旋線圈；3—磁場；4—外層有齒轉(zhuǎn)子；5—空氣間隙；6—傳感器線束3．開關(guān)型傳感器1）光敏晶體管光敏晶體管或是光電管是通過光激發(fā)而工作的傳感器，如果再加上一個(gè)邊緣多孔的圓盤以及一個(gè)LED光源，光電傳感器就可以用于。光電傳感器示意圖1—LED光束；2—光信號(hào)收發(fā)器；3—多孔圓盤2）彈簧片開關(guān)彈簧片開關(guān)普遍用于液位高度的監(jiān)測。在這種開關(guān)里面有一個(gè)永久磁鐵，磁鐵向彈簧片方向移動(dòng)，彈簧片開關(guān)就會(huì)因?yàn)榇盆F的吸力而結(jié)合。液位高度傳感器工作原理圖1—液位正常；2—液位低于正常值；3—環(huán)形磁鐵；4—簧片開關(guān)閉合；5—浮子；6—簧片開關(guān)打開3）開關(guān)1—5

V

供電線；2—接地線；3—開關(guān)信號(hào)線（一）概述（二）執(zhí)行器類型傳感器給控制模塊提供信號(hào)，但控制模塊控制車輛系統(tǒng)必須通過各種類型的執(zhí)行器。類型：電磁線圈（solenoid）。電動(dòng)機(jī)（motor）。繼電器（relay）。執(zhí)行器的形式多種多樣，應(yīng)用于各種需要調(diào)節(jié)與控制的系統(tǒng)。例如：車身高度控制。壓縮機(jī)離合器。發(fā)動(dòng)機(jī)怠速控制。燃油表。新鮮空氣風(fēng)門。（三）執(zhí)行器用途許多執(zhí)行器的類型都是電磁線圈，也可以說是一種數(shù)字執(zhí)行器。電磁線圈一般有兩個(gè)端子：電源供電端子和接地端子。供電電壓一般是蓄電池電壓，而接地也是通過控制模塊內(nèi)部來控制。（四）電磁線圈電磁線圈有兩種控制方法：，兩者均是通過控是一個(gè)有固定制電磁線圈的接通與斷開來產(chǎn)生磁場吸力或推力；的工作頻率，一個(gè)沒有固定的工作頻率。（四）電磁線圈1．脈沖控制脈沖控制沒有固定的工作頻率，它根據(jù)控制模塊的信號(hào)來決定進(jìn)入工作時(shí)間的長短。噴油器結(jié)構(gòu)示意圖1—篩網(wǎng)濾清；2—接線端子；3—電磁線圈；4—閥體座；5—電樞；6—閥體座；7—閥針噴油器噴油脈寬工作原理圖2．占空比控制占空比控制與脈沖控制不同，它有固定的工作頻率。占空比電磁線圈接通/斷開的時(shí)間總長度固定，不同時(shí)刻接通和關(guān)閉的時(shí)間比例不同。占空比控制原理圖電動(dòng)機(jī)（motors）是把 的一種設(shè)備。它主要是利用通電線圈產(chǎn)生磁場，由磁場間的相互作用產(chǎn)生的力或扭矩來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)一般 。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（五）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一般由組成。（五）電動(dòng)機(jī)電刷（一般由石墨制作而成）結(jié)合換向器，一般用來在電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，給它提供電源。（五）電動(dòng)機(jī)任務(wù)三

單片機(jī)的接口與通信外設(shè)接口簡單框圖（1）外圍設(shè)備的工作速度快慢差異很大，慢速的設(shè)備（如繼電器、開關(guān)等）完成一次操作所需時(shí)間以秒計(jì)。（2）各種外圍設(shè)備（如機(jī)械式、電子式、機(jī)電式設(shè)備）性能各異，數(shù)據(jù)傳送的方式也各不相同，無法按統(tǒng)一格式進(jìn)行傳送。（3）外圍設(shè)備的數(shù)據(jù)信號(hào)形式多種多樣，（如測量轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角的光電編碼器輸出）。（4）CPU與外圍設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送有 的，也有 的。（一）I/O操作的復(fù)雜性（二）I/O接口的作用01040203速度協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)鎖存輸入三態(tài)緩沖（一）獨(dú)立編址（專用的I/O端口編址）I/O指令尋址方式獨(dú)立編址方式的 ：I/O端口的地址碼較短（一般比同系統(tǒng)中存儲(chǔ)單元的地址碼短），譯碼電路較簡單；存儲(chǔ)器與I/O端口的操作指令不同，程序比較清晰；存儲(chǔ)器和I/O端口的控制結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，可以分別設(shè)計(jì)。:需要有專用的I/O指令，而這些I/O指令的功能一般不如存儲(chǔ)器訪問指令豐富，所以程序設(shè)計(jì)的靈活性較差。（二）存儲(chǔ)器映像編址（統(tǒng)一編址）存儲(chǔ)器映像的IO端口尋址這種編址方式的 ：存儲(chǔ)器和I/O端口共用統(tǒng)一的地址空間；一個(gè)地址空間分配給I/O端口以后，存儲(chǔ)器