汽车单片机与局域网技术教案上一Word下载.docx
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控制装置：
人脑，由手执行
输入输出装置
计算机的五大装置：
1）运算器:
是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算。
2）控制器:
是计算机的指挥控制部件，它控制计算机各部分自动、协调地工作。
运算器和控制器常合在一起称为中央处理器，简称CPU。
3）存储器:
是计算机的记忆部件，用于存放程序和数据。
4）输入设备:
用于将程序和数据输入到计算机中，如键盘等。
5）输出设备:
把计算机数据计算或加工的结果，以用户需要的形式显示或打印出来，如显示器、打印机等。
计算机的发展历史：
1）用电子管实现这五大装置的计算机称为第一代电子计算机。
2）用晶体管实现这五大装置的计算机称为第二代电子计算机。
3）用中小规模集成电路实现这五大装置的计算机称为第三代电子计算机。
4）用大规模和超大规模集成电路实现这五大装置的计算机称为第四代电子计算机。
1．2微型计算机的硬件系统
微型计算机硬件系统：
构成计算机的硬件系统通常有“五大件”组成：
运算器、控制器、存储器、外部设备和接口。
一、中央处理器
1、指令简介
程序：
由指令和数据组成的序列就叫程序。
机器语言：
用指令系统编写的程序叫做机器语言。
2、中央处理器的组成
中央处理器也叫CPU是整个计算机硬件部分的指挥中心。
作用：
控制计算机各部分协调地工作，完成对数据进行加工和处理的任务。
组成：
控制器和算术逻辑运算器。
核心为运算器。
二、存储器
存储器：
分为两种，随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
随机存储器（RAM）：
能读出也能写入的存储器。
只读存储器（ROM）：
只能读出的存储器。
微型计算机的外部设备及接口
一、微型计算机的外部设备
（一）、键盘
键盘是最常用也是最主要的输入设备，通过键盘，可以将英文字母、数字、标点符号等输入到计算机中，从而向计算机发出命令、输入数据等。
（二）、外存储器
外存储器的种类很多，又称辅助存储器。
外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。
（三）、显示器
显示器（Display）是计算机必备的输出设备，汽车上常用的有LED（发光二极管）、LCD（液晶显示器）和CRT（阴极射线管）等几种。
阴极射线管显示器（简称CRT）由于其制造工艺成熟，性能价格比高，以前占据显示器市场的主导地位。
随着液晶显示器（简称LCD）技术的逐步成熟，现在是主流产品。
1、一位LED或LCD显示
一般微机控制的汽车因尺寸有限，多用一位LED或LCD作为显示用。
2、多位LED或LCD显示
多位LED或LCD显示，如用数字、图形显示车速、里程等多用在仪表系统中。
3、CRT显示
CRT分为单色和彩色两种。
（四）、打印机
打印机是微机的一种终端设备。
它把CPU处理后的信息数据或其他输出信号打印在纸上。
打印机有两种：
点阵打印机和字符打印机。
（五）、传感器和执行机构
电信号分为：
模拟信号（模拟量）和数字信号（数字量）
1、模拟量输入装置
2、模拟量输出装置
3、数字量输入装置
4、数字量输出装置
二、接口
（一）接口的基本概念
1、接口
接口是一种在微处理机和外围设备之间控制数据流动和数据格式的电路。
简单地说，接口就是连接两个电子设备单元的部件。
2、接口的分类
并行接口和串行接口。
（二）串行接口
1、串行接口
一次传输一位数据称为串行传输。
以串行传输方式通信时使用的接口叫串行接口。
2、串行接口的组成
串行接口由接收器、发送器和控制器三部分组成。
接收器：
把外部设备送来的串行数据变为并行数据送到数据总线。
发送器：
把数据总线上的并行数据变为串行数据发送到外部设备去。
控制器：
是控制接收器和发送器进行数据变换过程的电路。
3、串行接口的主要用途
进行串/并、并/串转换。
4、串行接口的特点
传输线少、长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。
（三）并行接口
`1、并行接口
同时传输两位或两位以上的数据称为并行传输。
以并行传方式通信时使用的接口叫并行接口。
2、并行接口的功能
使CPU与外部设备的动作匹配。
3、并行接口的特点
控制简单、传输速度快；
由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。
串行接口和并行接口统称为输入/输出接口。
微型计算机的软件系统
一、微机的软件系统
1、微机的软件系统
包括：
操作系统、各种语言的编译程序及应用软件和工具软件等。
2、操作系统：
是计算机的系统软件，它负责整个计算机系统的管理工作，按一定的高度和管理策略，组织计算机各部件协调地运行。
注意：
由于单板机和单片机的操作功能比较简单，还算不上名副其实的操作系统，因而叫做监控程序。
二、专用微机的软件系统
在汽车微机控制系统中，除硬件设备外，还必须配备一定的软件。
软件包括系统软件和应用软件两大部分。
系统软件一般用得较少，只有装备特殊装置时才需要。
这种软件一般有通用性，如DOS操作系统等。
应用软件则要根据使用场合及硬件由汽车制造厂自己编制。
应用软件：
应用软件是为了过程控制或其他控制而编制的用户程序，其实时性要求高。
因此多数情况下采用汇编语言。
应用软件必须满足的基本要求：
实时性、针对性、灵活性、通用性和可靠性。
汽车电控单元常用单片机
一、MCS-51单片机
（一）、MCS-51单片机简介
1、什么是单片机？
随着微电子技术的发展和近代超大规模集成电路的出现，微处理器有了飞速的发展，其最新进展之一是将微处理器和外围芯片，如：
可编程只读存储器（EPROM）、随机存储器（RAM）、并行I/O端口（PIO）、串行I/O端口（SIO）、定时/计数（CTC）、中断控制器（ICU）、模/数转换器（ADC）、数/模转换器（DAC）、监控定时器（WDT）、通讯控制器（CCU）、脉宽调制器（PWM）、数字信号处理器（DSP）等等部件集成在一块芯片之中，制成了单片微型计算机（SingleChipMicroComputer），简称单片机。
由于它通常以嵌入某个电路或设备中的面目出现的，故也被称为嵌入式控制器（EmbeddedController）。
单片机与微处理器（CPU）、微机（Micro-Controller简记为MCU）概念不同。
2、MCS-51单片机的内部组成
中央处理器（CPU）、内部数据存储器（RAM）、内部程序存储器（ROM）、定时/计数器、并行接口、串行接口、中断控制系统、时钟电路等组成。
（1）中央处理器
中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。
（2）内部数据存储器（内部RAM）
8051芯片中共有256个RAM单元，其中后128个单元被专用寄存器占用。
能作为寄存器供用户使用的只有前128个单元，用于存放可读写的数据。
因此通常所说的内部数据存储器就是指前128个单元，简称内部RAM。
（3）内部程序存储器（内部ROM）
8051芯片共有4K掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格。
也称之为程序程序存储器，简称内部ROM。
（4）定时/计数器
8051芯片共有两个16位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。
（5）并行接口
MSC-51共有4个8位的I/O口，以实现数据的并行输入/输出。
（6）串行接口
MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他设备之间的串行数据传送。
（7）中断控制系统
MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。
8051芯片共有5个中断源。
（8）时钟电路
MCS-51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容须外接。
系统允许的晶振频率一般为6MHz和12MHz。
3、MCS单片机的引脚功能
MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片。
引脚功能见P8。
单片机的特点及发展历程
一、单片机特点
（1）小巧灵活、成本低、功耗低、功能强、易于产品化。
（2）可靠性好，适应温度范围宽。
（3）结构灵活，内部集成度高，外围电路易扩展，构成各种规模的应用系统，控制功能强。
（4）实现多机和分布式控制系统。
（5）应用范围广，既可用于工业自动控制等场合，又可用于测量仪器、医疗仪器及家用电器等领域。
二、单片机的发展
1970年微型计算机研制成功之后，随着大规模集成电路的发展又出现了单片微机，并且按照不同的发展要求，形成了二个独立发展的分支。
美国Intel公司1971年生产的4位单片微机4004和1972年生产的雏型8位单片微机8008，特别是1976年MCS-48单片微机问世以来，在短短的二十几年间，经历了四次更新换代，其发展速度大约每二三年要更新一代、集成度增加一倍、功能翻一番。
发展速度之快、应用范围之广，已达到了惊人的地步。
它已渗透到生产和生活的诸领域，可谓“无孔不入”。
1976年Intel公司首先推出MCS－48系列单片微型计算机。
它已包括计算机的三个基本单元，已成为真正意义的单片微机，赢得了广泛的应用，为单片微机的发展奠定了基础，成为单片微机发展进程中的一个重要阶段。
在MCS－48单片微机成功的刺激下，许多半导体公司和计算机公司争相研制和发展自己的单片微机系列，有Motorola公司的6801、6802，美国的Zilog公司的Z－8系列，Rockwell公司的6501、6502等，此外，日本的NEC公司、日立公司及EPSON公司等，也都相继推出了各具特色的单片微机品种。
对工业控制、智能仪表等诸多较高层次的应用领域，8位单片微机系列在性能、价格两方面有较好的兼顾。
尽管目前单片微机的品种很多，但其中最具典型性的当属Intel公司的MCS－51系列单片微机。
此外，它还具有品种全、兼容性强、软硬件资料丰富等特点。
直到现在MCS－51仍不失为单片微机中的主流机型。
由于8位单片微机的高性能价格比，估计近十年内，8位单片微机将仍是单片微机中的主流机型。
在8位单片微机之后，16位单片微机也有很大发展。
例如，1983年Intel公司推出的MCS－96系列单片微机。
与MCS－51相比，MCS－96不但字长增加一倍，而且还具有4路或8路的10位A/D转换功能，此外，在其它性能方面也有一定的提高。
飞利浦公司推出了与80C51在源码级兼容性的16位单片微机，即80C51XA（每一条80C51指令可以1∶1地被翻译成一条XA指令，仅XCHD指令除外），用户不需投入很大的软件开销和人员就能较大的提高产品性能。
80C51XA具有的高性能包括：
执行速度快、支持高级语言（比如C语言）、支持实时多任务执行、易于形成派生系列产品、地址宽度可变（用户可以方便地将外部地址线宽度选定为12位、16位、20位、24位等等。
在工业控制产品、高档智能仪表、彩色复印机、录像机等应用领域。
第一阶段（1971-1974）：
以Intel公司首次推出的4004的4位微处理器为代表。
是单片机的初级阶段。
1974年12月，仙童公司推出了8位单片机F8。
第二阶段（1974-1978）：
以MCS－48系列（8位）单片微机为代表。
属于低性能单片微机阶段。
1977年，GI公司推出了PIC1650;
Motorola、Zilog
三、单片机发展历程：
第三阶段（1978—1981）高性能8位单片机阶段。
1978年，Motorola公司推出M6800系列单片机Zilog公司则相继推出了Z8系列单片机
1980年，Intel公司在MCS-48的基础上，推出了高性能的MCS-51系列单片机，它使单片机的应用跃上了一个新台阶。
完善的外部总线。
MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口。
CPU外围功能单元的集中管理模式。
第四阶段（1982年到现在）：
以MCS-96系列单片微机为代表。
是单片机的发展、巩固、提高阶段。
（16位、32位）
1982年Intel公司推出了比8位机性能更高的16位单片机MCS-96系列，1988年Intel公司又推出了MCS-96系列中的8098/8398/8798单片机包括了Intel公司发展MCS－96系列的新一代产品，如8098/8398/8798单片机，还包括了Motorola、Phlips、Siemens、NEC（日本电气）、Fujutsu（富士通）、TI、Microship、Infineon、Toshiba、LG、ATME（爱特梅尔）等公司开发的一批性能优越的单片机。
四、单片机的发展趋势
单片微机正朝多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、扩大存储容量和加强I/O功能及结构兼容方向发展。
今后的发展趋势不外乎在以下几个方面：
⑴多功能
在单片微机中尽可能多的把应用系统中所需要的存储器、各种功能的I/O口都集成在一块芯片内，即外围器件内装化，如把LED、LCD或VFD显示驱动器集成在8位单片微机中，如把A/D、D/A、乃至多路模拟开关和采样/保持器也集成在单片微机芯片中，从而成为名副其实的单片微机。
⑵高性能
为了提高速度和执行效率，在单片微机中开始使用RISC体系结构、并行流水线操作和DSP等的设计技术，使单片微机的指令运行速度得到大大提高，其电磁兼容等性能明显地优于同类型的微处理器。
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