汽車電腦原理與維修-單片機基礎教程-含msp430和c51入門基礎

汽車電腦原理與維修單片機概論 單片機即一塊芯片上的計算機，以單片機為核心組成的硬件電路稱為單片機系統(tǒng)，嵌入了應用軟件的單片機系統(tǒng)那么稱為單片機應用系統(tǒng)。微處理器、微型計算機與單片機典型的微型計算機，包括運算器、控制器、存儲器、輸入輸出接口四個根本組成局部。如果把運算器與控制器封裝在一小塊芯片上，那么稱該芯片為微處理器〔MPU,MicroProcessingUnit〕或稱中央處理器〔CPU,CentralProcessingUnit〕。如果在一塊芯片上，集成了一臺微型計算機的四個根本組成局部，那么這種芯片就被稱為單片微型計算機〔SingleChipMicrocomputer〕，簡稱單片機。微型計算機的根本結構

單片機的結構與組成單片機的內部根本組成單片機的結構與組成程序存儲器〔ROM〕：用來存放用戶程序，可分類為EPROM、MaskROM、OTPROM和FlashROM等。中央處理器〔CPU〕：是單片機的核心單元，通常由算術邏輯運算部件ALU和控制部件構成。隨機存儲器〔RAM〕：用來存放程序運行時的工作變量和數(shù)據(jù)，由于RAM的制作工藝復雜，價格比ROM高得多，所以單片機的內部RAM非常珍貴，通常僅有幾十到幾百字節(jié)。并行輸入/輸出〔I/O〕端口：通常為獨立的雙向I/O口，任何口既可以用作輸入方式，又可以用作輸出方式，通過軟件編程設定。單片機的結構與組成串口輸入/輸出口：用于單片機和串行設備或其他單片機的通信。定時器/計數(shù)器〔T/C〕：用于單片機內部精確定時或對外部事件〔輸入信號如脈沖〕進行計數(shù)，有的單片機內部有多個定時/計數(shù)器。系統(tǒng)時鐘：通常需要外接石英晶體或其他振蕩源提供時鐘信號輸入，也有的使用內部RC振蕩器。系統(tǒng)時鐘相當于PC微機中主頻。單片機技術的特點縱觀20年來單片機開展歷程可以看出，單片機技術的開展以微處理器(MPU)技術及超大規(guī)模集成電路技術的開展為先導，以廣泛的應用領域拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的開展趨勢。1.單片機應用周期長與微處理器相比，其應用周期更長。隨著半導體技術的飛速開展，MPU更新?lián)Q代的速度越來越快，以386、486、586為代表的MPU，很短的時間內就被淘汰出局，而傳統(tǒng)的單片機如68HC05、8051等年齡已有15歲，產量仍是上升的。2.應用領域廣據(jù)統(tǒng)計我國的單片機年容量已達13億片且每年以大約16%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。這說明單片機應用在我國才剛剛起步有著廣闊的前景培意義合也毫不遜色。3.體積小4.內部存儲量較小,I/0功能控制性強，但具有局限性。5.借助專門的開發(fā)系統(tǒng)進行開發(fā)。6·功耗低。7·價格低。以2002年的市場價為例,89C51的單價為人民幣7元,單片機的類型

國際上比較流行的單片機有以下幾種

·Intel系列·Motorola系列.NEC系列·Philip系列.NS系列(美國國家半導體公司生產〉

.Zilog系列(美國Zilog公司生產〉

·ATMEL系列(美國ATMEL公司生產〉.MSP430系列(TI).ARM系列典型單片機生產廠家及性能概覽美國IntelMotorolaZilogNSMicrochipAtmelTI日本NECToshibaFujitsuHitachi荷蘭Philips英國Inmos德國Siemens(Infineon)中國臺灣Acer宏基Winbond華邦Holtek合泰凌陽

典型單片機有MCS-51、MSP430、EM78、PIC、Motorola、AVR等。MCS-51為主流產品，性能如表。MSP430為低功耗產品，功能較強，性能如表。EM78為低功耗產品，價格較低，性能如表。PIC為低電壓、低功耗、大電流LCD驅動、低價格產品，性能如表。Motorola是世界上最大的單片機生產廠家之一，品種全、選擇余地大、新產品多。其特點是噪聲低，抗干擾能力強，比較適合于工控領域及惡劣的環(huán)境。性能如表。AVR為高速、低功耗產品，支持ISP、IAP，I/O口驅動能力較強。性能如表。1.1典型單片機性能概覽

Intel單片機TI公司MSP430單片機美國德州儀器1996年推出MSP430，這款單片機以它的高性能逐漸被廣闊單片機設計者接受，MSP430目前的型號已到達100多種，使用的技術包括超低功耗、FLASH在線編程、數(shù)控振蕩器(DCO)、FFL倍頻、硬件乘法器、JTAG調試等微控制器領域的先進技術產品種類齊全，既有能夠通用類型的單片機，也有具有一定專用性能的單片機，如MSP430FE42x、MSP430FW42x，可以適合不同的產品開發(fā)需要MSP430單片機的設計充分考慮了設計者對功能模塊的需求，功能模塊比較適合設計的需要，很多設計可以到達一片設計，比方MSP430FE427一片即可設計多功能電表MSP430已經被廣泛用于家用儀表〔水表、氣表、熱表、電表等〕、家用電器、熱工儀表、醫(yī)療儀器、安保產品、無線通訊等許多產品中TI公司MSP430單片機極低功耗，支持電池工作數(shù)據(jù)保持模式0.1uA，2.2V

—

能夠響應來自外部的中斷信號時鐘運行模式0.8uA,

2.2V

—

內部定時器繼續(xù)工作活動模式200μA,

1MHz,2.2V

—

正常處理、復雜運算等MSP430是工業(yè)級16bitRISCMCU-40~85oC

—

工作在各種復雜工作環(huán)境成為可能運行速度快指令周期125ns,8MHz晶振6μs從備用模式喚醒

—

喚醒過程的功耗極低FLASH支持在線編程支持FLASH保存數(shù)據(jù)支持程序在線升級,程序修改方便內部資源豐富、功能模塊強一片解決方案:許多產品中一片MSP430完成單片機技術的應用遍布國民經濟與人民生活的各個領域ICE-200UP－NetARM2410－S目前常用的嵌入式開發(fā)平臺一。AVR系列單片MCU為核心構成的單片嵌入式系統(tǒng)數(shù)字電路與計算機二進制掌握二進制，十六進制，十進制之間的換算關系。13F4H=1*4096+3*256+15*16+40110B=0*8+1*4+1*2+0*1二進制B(Binary)十進制D(Decimal)十六進制H(Hexadecimal)

BCD碼(BinaryCodedDecimal)二進制代碼表示的十進制數(shù).(參右圖)

例：求十進制數(shù)876的BCD碼

876BCD=100001110110壓縮的BCD碼：用4位二進制數(shù)表示一個十進制數(shù)位，整個十進制數(shù)用一串BCD碼來表示.例如，十進制數(shù)59表示成壓縮的BCD碼為01011001

十進制數(shù)1946表示成壓縮的BCD碼為0001100101000110.非壓縮的BCD碼：用8位二進制數(shù)表示一個十進制數(shù)位，其中低4位是BCD碼，高4位是0.例如，十進制數(shù)78表示成壓縮的BCD碼為0000011100001000.

美國標準信息交換碼ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange)

用于計算機與計算機、計算機與外設之間傳遞信息.記憶：0-930H-39H;A-Z41H-5AH;a-z61H-7AH位、字節(jié)、字位(bit)1位二進制代碼字節(jié)(byte)8位二進制代碼字(word)16位,兩個字節(jié)半字節(jié)即4位二進制數(shù).編程器 編程器(又稱燒寫器、下載器)，通過它將調試好的程序燒寫到程序存貯器中(單片機內程序存貯器或片外的EPROM、EEPROM或FLASH)，不同檔次的編程器價格相差很大，從幾百元～幾千多元不等，檔次的差異在于燒寫的可編程芯片的類型多少，使用界面是否方便及是否還有其他功能等，目前市面編程器型號很多，根據(jù)應用對象及單位經濟實力進行選擇.通常專用編程器應具備以下功能：對多種型號單片機(MCU)、E(E)PROM、FLASH、ROM、PLD、FPGA等進行讀取，擦除、燒寫、加密等操作，高檔的編程器可獨立于電腦運作.編程的方法可以脫機編程或在系統(tǒng)編程.地址總線AB控制總線CBCPU內存智能儀器接口數(shù)字化存儲示波器、數(shù)字化萬用表通信接口終端調制解調器TTY電傳機過程控制接口A/D轉換器開關量I/OD/A轉換器輸出接口打印機，顯示器，繪圖儀，記錄儀輸入接口鍵盤，數(shù)字化儀，光筆，圖形/聲音輸入外存接口硬盤，軟盤，光盤，磁帶數(shù)據(jù)總線DB計算機的根本結構計算機主要模塊CPU、存儲器、接口連接三者用“總線〞：數(shù)據(jù)總線DB；地址總線AB；控制總線CB接口連接外部設備：顯示器；鍵盤；鼠標；打印機；以及硬盤；光盤；軟盤；U盤、還有互聯(lián)網(wǎng)等等地址總線AB控制總線CBCPU內存數(shù)據(jù)總線DB接口I/O顯示器LCD，LED/CRT鍵盤、鼠標軟驅、硬盤、光驅音響，麥克風網(wǎng)絡及其他控制單片機濃縮了計算機根本模塊兩種計算機比照對比項目個人計算機PC單片機CPU位數(shù)64位8、16、32位內存大小256MB以上128字節(jié)～幾百KB工作頻率1GHZ以上幾十兆赫茲接口類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、定時器、中斷系統(tǒng)并口、串口、定時器、中斷系統(tǒng)智能接口FDD、IDE、USB、顯示器、聲卡少量類型有USB、CAN、等接口結構特點多種IC多個電路板結構單片IC結構計算機的內存內存分為只讀存儲器ROM和隨機存儲器RAM兩類。ROM存放啟動/開機程序以及一些系統(tǒng)子程序。PC機的BIOS就是存放在ROM中。用戶編寫的單片機程序也是存放在ROM中。RAM存放變量，數(shù)據(jù)。PC機還要存放從硬盤等處讀入的可執(zhí)行程序。ROM中的程序用于開機時，計算機能引導進入運行狀態(tài)，這些程序在掉電后應保證不會消失。單片機：麻雀雖小，五臟俱全單片機設計為：專用于控制目的計算機。用于專門目的，為了降低本錢，沒有必要將不用的功能包含進來。單片機通常只有8位，16位字長，運算速度不是很快，但用于專門的控制足夠了。因數(shù)據(jù)量不大，單片機內存也沒有必要做得太大。單片機應用系統(tǒng)功能單一，可見于我們生活中的時時處處：、微波爐、洗衣機、電視機、遙控器、電子詞典、高檔玩具……計算機的數(shù)據(jù)交換接口盡管計算機外部設備多種多樣，根本上來說就是數(shù)據(jù)的傳輸：外部設備把指令、數(shù)據(jù)送到計算機內讓計算機進行處理計算機把處理情況和處理結果，以及需要保存的數(shù)據(jù)送到外部設備：顯示；打??；保存；交換……計算機接口就是完成以上數(shù)據(jù)傳輸任務的根本電路模塊。計算機根本接口并行接口：多條線〔8線〕同時傳輸數(shù)據(jù)。一次傳輸一字節(jié)。串行接口：單線傳輸，一次傳輸一位，分時傳送。定時器：產生設定的時間間隔信號，用于安排計算機的多種任務執(zhí)行時間。中斷控制器：用于使CPU能及時響應多種外部設備申請的效勞。通訊接口舉例并行接口：LPT打印機；內部FDD軟驅；IDE光驅/硬盤……串行接口：COM1/COM2串行接口；USB通用串行接口；鍵盤、鼠標接口；紅外線接口；網(wǎng)絡接口……串行接口還有更廣泛的應用：，數(shù)字電視，衛(wèi)星通訊……MCS-51單片機的組成：CPU(進行運算、控制)、RAM(數(shù)據(jù)存儲器)、ROM(程序存儲器〕、I/O口(串口、并口〕、內部總線和中斷系統(tǒng)等。

組成：運算器、控制器〔1〕8位CPU?！?〕布爾代數(shù)處理器，具有位尋址能力?！?〕128B內部RAM數(shù)據(jù)存儲器，21個專用存放器?！?〕4KB內部掩膜ROM程序存儲器?！?〕2個16位可編程定時器/計數(shù)器?！?〕32個〔4×8位〕雙向可獨立尋址的I/O口。1.中央處理器〔CPU〕1.中央處理器〔CPU〕〔7〕1個全雙工UART〔異步串行通信口〕。〔8〕5個中斷源、兩級中斷優(yōu)先級的中斷控制器?！?〕時鐘電路，外接晶振和電容可產生1.2MHz～12MHz的時鐘頻率?！?0〕外部程序/數(shù)據(jù)存儲器尋址空間均為64KB?！?1〕111條指令，大局部為單字節(jié)指令?！?2〕單一+5V電源供電，雙列直插40引腳DIP封裝?！?〕運算器組成：8位算術邏輯運算單元ALU〔ArithmeticLogicUnit〕、8位累加器A〔Accumulator〕、8位存放器B、程序狀態(tài)字存放器PSW〔ProgramStatusWord〕、8位暫存存放器TMP1和TMP2等。功能：完成算術運算和邏輯運算。1.中央處理器〔CPU〕1.中央處理器〔CPU〕〔2〕控制器組成：程序計數(shù)器PC〔ProgramCounter〕、指令存放器IR〔InstructionRegister〕、指令譯碼器ID〔InstructionDecoder〕、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時控制邏輯和振蕩器OSC等電路。功能：CPU根據(jù)PC中的地址將欲執(zhí)行指令的指令碼從存儲器中取出，存放在IR中，ID對IR中的指令碼進行譯碼，定時控制邏輯在OSC配合下對ID譯碼后的信號進行分時，以產生執(zhí)行本條指令所需的全部信號。2.存儲器MCS-51的存儲器可分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,又有片內和片外之分?！?〕程序存儲器一般將只讀存儲器〔ROM〕用做程序存儲器?？蓪ぶ房臻g為64KB，用于存放用戶程序、數(shù)據(jù)和表格等信息?！?〕數(shù)據(jù)存儲器一般將隨機存儲器〔RAM〕用做數(shù)據(jù)存儲器?？蓪ぶ房臻g為64KB。MCS-51數(shù)據(jù)存儲器可分為片內和片外兩局部。片外RAM：最大范圍：0000H～FFFFH，64KB；用指令MOVX訪問。片內RAM：最大范圍：00H～FFH，256B；用指令MOV訪問。又分為兩局部：低128B〔00～7FH〕為真正的RAM區(qū)，高128B〔80～FFH〕為特殊功能存放器〔SFR〕區(qū)。2.存儲器單片機的時序

時序：CPU在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序稱為時序。時序是用定時單位來描述的，MCS-51的時序單位有四個，分別是時鐘周期〔節(jié)拍〕、狀態(tài)、機器周期和指令周期。MCS-51的時序單位

1.時鐘周期：又稱為振蕩周期、節(jié)拍〔用P表示〕，定義為單片機提供時鐘信號的振蕩源〔OSC〕的周期。它是時序中的最小單位。2.狀態(tài)〔用S表示〕：單片機振蕩脈沖經過二分頻后即得到整個單片機工作系統(tǒng)的狀態(tài)。一個狀態(tài)有兩個節(jié)拍，前半周期對應的節(jié)拍定義為P1，后半周期對應的節(jié)拍定義為P2。3.機器周期：通常將完成一個根本操作所需的時間稱為機器周期。MCS-51中規(guī)定一個機器周期包含12個時鐘周期，即有6個狀態(tài)，分別表示為S1～S6。假設晶振為6MHz，那么機器周期為2μs，假設晶振為12MHz，那么機器周期為1μs。4.指令周期：執(zhí)行一條指令所需要的時間稱為指令周期。它是時序中的最大單位。一個指令周期通常含有1～4個機器周期。指令所包含的機器周期數(shù)決定了指令的運算速度，機器周期數(shù)越少的指令，其執(zhí)行速度越快。以機器周期為單位，指令可分為單周期、雙周期和四周期指令?！瞐〕〔b〕〔c〕

(a)雙列直插封裝〔DIP:DualIn-linePackage〕

(b)塑料雙列直插封裝〔PDIP:PlasticDualIn-linePackage〕

(c)超小型雙列直插封裝〔SDIP:ShrinkDualIn-linePackage〕微控制器常用封裝〔d〕 〔e〕〔f〕

(d)塑料有引線芯片載體〔PLCC:PlasticLeadedChipCarrier〕

(e)四邊引出扁平封裝〔QFP:QuadFlatPackage〕

(f)薄形四邊引出扁平封裝〔LQFP:LowQuadFlatPackage〕〔g〕〔h〕〔i〕

(g)薄小外形封裝(TSOP:ThinSmallOutlinePackage)

(h)小外形集成電路封裝(SOIC:SmallOutlineIntegratedCircuitPackage)

(i)底觸點無引腳扁平封裝

〔HVQFN:heatsinkverythinquadflatpacknoleads〕7.微控制器常用封裝

MSP430專題超低電壓范圍：1.8V-3.6V

超低功耗，待機模式1.6uA，關閉模式0.1uA

16位RISC結構

48個I/O引腳

FLASH閃存技術

空調機控制系統(tǒng)框圖CPU單元溫度采集單元壓縮機風機鍵盤顯示MSP430開發(fā)流程編寫源代碼修改程序硬件準備結束仿真調試滿意？修改硬件軟件不滿意硬件不滿意滿意MSP430開發(fā)調試過程1、建立工程工程2、編寫源代碼3、將源代碼添加到工程文件4、選擇器件5、選擇仿真方式6、編譯下載代碼到芯片7、仿真調試(演示)MSP430C語言

數(shù)據(jù)類型字節(jié)數(shù)數(shù)據(jù)表示范圍注釋sfrb,sfrw1

聲明字節(jié)或字長度的I/O類型char(默認類型)10—255等價于unsignedcharchar(使用-c選項)1-128—127等價于signedcharsignedchar1-128—127

unsignedchar10—255

short,int2-32768—32767

unsignedshortunsignedint20—65535

long412147483648—2147483647

unsignedlong 40—4294967295pointer 2

指針類型float418E-38—39E+38浮點類型double,longdouble 418E-38—39E+38

表達式語句〔結構〕條件語句

開關語句

循環(huán)語句

返回語句

條件語句

語句表達形式有3種(a、b、c)：a if(條件表達式)語句b if(條件表達式)語句1 else語句2c if(條件表達式)語句1 elseif(條件表達式)語句2 elseif(條件表達式)語句3

……開關語句

switch(表達式) { case常量表達式1:語句1 break; case常量表達式2:語句2 break; case常量表達式3:語句3 break;

…… default:語句d }循環(huán)語句

while(條件表達式)語句； 當條件滿足時，就反復執(zhí)行后面的語句，一直執(zhí)行到條件不滿足時。以軟件延時程序為例說明該語句是如何執(zhí)行的。voiddelay(longv){while(v!=0)v--;}do語句while〔條件表達式〕 先執(zhí)行一次循環(huán)體的語句，再判斷條件是否滿足，以決定是否再執(zhí)行循環(huán)體。下面的程序將數(shù)組BUFF[20]中的全部數(shù)據(jù)相加。 Intx=0; CharI=0; Do{ x=BUFF[I]+x; I=I+1; } while(I<20);……for([初值設定表達式]；[循環(huán)條件表達式]；[條件更新表達式])語句

for語句常用于需固定循環(huán)次數(shù)的循環(huán)。下面的程序段同樣實現(xiàn)將數(shù)組BUFF[20]中的全部數(shù)據(jù)相加的功能。Intx=0; CharI=0;for(I=0;I<20;I++) x=BUFF[I]+x;

……函數(shù)的定義與調用

函數(shù)類型函數(shù)名〔形式參數(shù)表〕 形式參數(shù)說明 { 局部變量定義 函數(shù)體語句 }[存儲變量類型]interrupt[中斷矢量變量]函數(shù)類型函數(shù)名〔形式參數(shù)表〕 形式參數(shù)說明 { 局部變量定義 函數(shù)體語句 }經常使用的延時函數(shù) voiddelay(longv){while(v!=0)v--;}delay(100〕究竟延時多久呢？就是這句話執(zhí)行需要的時間。時間等于：機器周期×需要的機器周期數(shù)〔在仿真環(huán)境中可以測試出來〕MSP430單片機的輸入輸出P1P2P3P4P5P6引腳控制存放器PnDIR 方向存放器 1為輸出、0為輸入PnOUT 輸出存放器 1輸出高、0為低PnIN 輸入存放器 讀出口線的狀態(tài)PnSEL 第二功能存放器 n=1,2,3,4,5,6引腳使用舉例控制連接在P2.1口線的發(fā)光二極管的亮與熄：P2DIR=0Xff;P2OUT=0XFF;

for(;;){P2OUT=0Xfd;}如何讓發(fā)光二級管閃爍？1、亮2、延時1秒鐘3、熄滅4、延時1秒鐘5、跳轉到步驟1while(1){P2OUT=0Xfd;delay();P2OUT=0XFF;delay();}voiddelay(){unsignedinti,j;for(i=0;i<1000;i++){for(j=0;j<66;j++)