智能汽車設(shè)計基礎(chǔ)—微控制器ppt課件.ppt

1、第5章智能汽車設(shè)置修訂基礎(chǔ)微控制器，第1，第5章智能汽車設(shè)置修訂基礎(chǔ)微控制器，5.1單片機介紹，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，計算機的CPU、RAM、ROM、計時器/計數(shù)器和多種為了形成芯片，單片機的初始含義被稱為單片機(Single Chip Microcomputer )的單片機控制器或嵌入式控制器近年來，單片機將專用集成電路(ASIC )和精簡指令集計算機(Reduced Instruction Set Computer，RISC )技術(shù)結(jié)合起來5.2單片機系統(tǒng)、5.2.1單片機系統(tǒng)和單片機系統(tǒng)是在單片機系統(tǒng)外部添加盡可能少的元件電路，構(gòu)成單片機系統(tǒng)獨立運行的系統(tǒng)。 以MCS-51系列

2、的單片機為例，圖5.1和圖5.2分別是使用單片機內(nèi)部程序存儲器和單片機外部程序存儲器構(gòu)成的單片機在圖5.2中，8031的程序存儲器74LS373是8D透明鎖存器，用于存儲單片機P0端口輸出向EPROM指令用的下位8位地址。 這兩個最小系統(tǒng)的復(fù)位電路均將10 F的電容器與正電源連接，構(gòu)成上電復(fù)位電路。 時鐘電路都采用內(nèi)部振蕩方式，外接頻率12 MHz的晶體振蕩器。 在圖5.2中，由于從地線可知程序存儲器在單片機的外部，因此對于外部程序存儲器來說，單片機的取入操作是有效的。5.2.1單片機最小系統(tǒng)、圖5.1單片機內(nèi)部程序內(nèi)存完全使用單片機最小系統(tǒng)、圖5.2單片機外部程序內(nèi)存使用單片機5.2.2單片

3、機系統(tǒng)的擴展使單片機系統(tǒng)的擴展成為單片機系統(tǒng)硬件設(shè)置修訂中最常見的也不可避免的問題。 單片機系統(tǒng)的擴展包括數(shù)據(jù)存儲器(RAM )擴展、程序存儲器(ROM/EPROM )擴展、輸入/輸出(I/O )擴展、時序/計數(shù)器擴展、中斷系統(tǒng)擴展和其他特殊功能擴展。 5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展、單程序內(nèi)存擴展單片機系統(tǒng)的擴展中，最常見的是程序內(nèi)存擴展，擴展時需注意以下幾點： (1)地址空間可分配。 在MCS-51系列單片機中，程序內(nèi)存可占用0000 HFFFF H之間64 K的內(nèi)存空間。 地址可以與數(shù)據(jù)存儲或I/O端口重疊，但實際上是兩個對立的存儲空間。 硬件上的程序存儲器在控制使用PSEN而不是RD的讀取

4、動作的軟件上，使用MOVC而不是MOVX執(zhí)行讀取操作指令。 (2)地址解碼電路。 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，程序存儲器的容量越來越大，僅使用一兩個芯片就可以滿足系統(tǒng)容量的要求，因此地址解碼通常采用直接或由反相器生成芯片選擇信號的方式地址解碼一般采用解碼方式，得到地址范圍不連續(xù)重疊的芯片選擇信號。 這是因為，程序機器代碼需要連續(xù)地放置在存儲器空間中，各存儲器占有的程序存儲器空間必須相互連續(xù)。 此外，分配給程序內(nèi)存的地址范圍還必須包含單片機的啟動程序。 5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，(3)程序內(nèi)存擴展方法。 其它接口擴展芯片共享程序存儲器、地址總線、數(shù)據(jù)總線和部分控制總線。 其中，控制總線有ALE低

5、位8位地址信號鎖存控制、PSEN外部程序存儲器讀取控制。EPROM程序內(nèi)存擴展電路如圖5.3所示。 圖5.3(a )的系統(tǒng)只能將EPROM擴展一張，能夠?qū)PROM的芯片選擇端子直接接地的圖5.3(b )的系統(tǒng)擴展兩張EPROM，如果P2.i為0則選擇EPROM(1)，如果P2.i為1則選擇EPROM(2) (4)常用程序存儲芯片。 程序存儲器芯片最常見的是英特爾公司的典型系統(tǒng)芯片2716(2K 8)、2732(4K 8)、2764(8K 8)、27128(16K 8)、27256(32K 8)和27512。 近年來，大容量EPROM芯片陸續(xù)出現(xiàn)，2764以上的大容量芯片已廣泛用于單片機應(yīng)用系

6、統(tǒng)的程序存儲器擴展。5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展、圖5.3 EPROM程序內(nèi)存擴展電路、圖5.3 EPROM程序內(nèi)存擴展電路、5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展、2數(shù)據(jù)內(nèi)存擴展在單片機系統(tǒng)的擴展中， 最常見的數(shù)據(jù)內(nèi)存擴展是靜態(tài)隨機存取內(nèi)存SRAM的擴展在MCS-51系列單片機中，擴展的數(shù)據(jù)內(nèi)存、I/O端口和外圍設(shè)備的地址不能相互重疊，但程序內(nèi)存因為數(shù)據(jù)存儲器和I/O端口是統(tǒng)一地址，所以共享0000 HFFFF H之間的64K地址空間。 (2)數(shù)據(jù)存儲器的讀寫控制。 數(shù)據(jù)存儲器和I/O端口的讀取/寫入控制為RD和WR指令，地址總線和數(shù)據(jù)總線可與程序存儲器共享。 (3)數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法。 圖5.4表示數(shù)

7、據(jù)存儲器擴展電路。 數(shù)據(jù)存儲器的擴展方法除了在讀寫控制中使用與不同的信號不同的命令以外，與程序存儲器的擴展方法相同。 (4)常用數(shù)據(jù)存儲芯片。 現(xiàn)在常用的數(shù)據(jù)存儲器芯片包括SRAM 6116(2K8)、6264(8K8)、62256(32K8)等等。 此外，電可擦除只讀存儲器、E2PROM 2816(2K8)、E2PROM2864(8K8)等也可以用作數(shù)據(jù)存儲器。5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展、圖5.4 RAM數(shù)據(jù)內(nèi)存擴展電路、5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展、3輸入輸出(I/O )端口擴展的大部分單片機系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)置修訂是不可避免的由于單片機本身能夠提供的有限的I/O端口多數(shù)具有多路復(fù)用功能，因

8、此當這些端口被多路復(fù)用功能占用時，留在用戶系統(tǒng)上的I/O端口變少。 擴展I/O端口時，請注意(1)I/O端口的地址空間。 在MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，擴展的I/O端口和數(shù)據(jù)存儲器占用統(tǒng)一地址的64K存儲器空間，與外部程序存儲器空間無關(guān)。 命令上的擴展I/O端口與數(shù)據(jù)存儲器具有相同的地址方式，地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的接線也與數(shù)據(jù)存儲器相同。 (2)單片機提供的I/O端口。 如果單片機本身的I/O端口未在多路復(fù)用功能中使用，則這些端口可以用作正常的I/O端口。 5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，圖5.5表示用TTL芯片擴展的簡單I/O端口電路。 在圖5.5(a中，通過鎖存器74LS273擴

9、展8位的殘奧電平輸出端口。 通過數(shù)據(jù)總線擴展輸出端口時，鎖存器被視為外部RAM單元，輸出控制信號為WR，使用MOVX DPTR，a指令。 當單片機向鎖存器輸出數(shù)據(jù)時，地址信號P2.7和寫入信號WR同時變?yōu)橛行В琽r門輸出到低電平的存取鎖存器CLK端子。 WR從低變?yōu)楦邥r，鎖存器CLK端子的信號上升沿將數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)鎖存到輸出端子，完成輸出動作。 圖5.5(b )示出了用三態(tài)門74LS245通過數(shù)據(jù)總線擴展的8比特殘奧級輸入接口。 三態(tài)門由P2.7和RD進行或控制，并使用MOVX DPTR，a命令。 當單片機產(chǎn)生地址信號和RD信號，通過or門產(chǎn)生低電平信號時，控制3狀態(tài)門的導(dǎo)通，使輸入信號通過

10、數(shù)據(jù)總線向單片機內(nèi)部擴展5.2.2單片機系統(tǒng)o接口電路、5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，還可以利用單片機系統(tǒng)的串行端口和移位寄存器擴展I/O端口。盡管該I/O擴展方法通過串行端口將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為殘奧串行數(shù)據(jù)或者將殘奧串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，但是擴展的I/O端口沒有芯片上的I/O端口地址。 圖5.6(a示出用移位寄存器74LS165 (殘奧電平輸入串行輸出)擴展的8位殘奧電平輸入接口電路。 單片機使用連接至74LS165的串行輸出端的RXD作為串行輸入端，使用連接至74LS165的時鐘輸入端的TXD作為移動脈沖輸出端，由此控制74LS165的數(shù)據(jù)輸出節(jié)拍。 移位和設(shè)置過程由單片機上的一條I/O線(例

11、如P1.0)控制。 圖5.6(b示出了用串行輸入殘奧電平輸出移位寄存器74LS164擴展的8位殘奧電平輸出接口電路。 單片機分別用作連接到74LS164的數(shù)據(jù)輸入端的RXD和TXD作為串行數(shù)據(jù)輸出端和移動脈沖輸出端，用于清除普通I/O端口P1.0或74LS164的輸出數(shù)據(jù)。 圖5.7中示出的是5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，除了如上所述的I/O端口擴展方法之外，還通過I/O接口擴展或?qū)Ｓ媒涌谛酒?、例如可編程殘奧級I/O接口芯片8255來擴展8255包括四個邏輯配置：殘奧級I/O端口、數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器、讀/寫控制邏輯和組a、組b控制塊。 8255通過讀寫控制邏輯來實現(xiàn)所有動作狀態(tài)。 在單片機的應(yīng)用系統(tǒng)

12、中，8255的讀寫動作由單片機的地址信號線A0和A1、數(shù)據(jù)信號線D0D7、及控制信號線WR、RD、CS實現(xiàn)。 使用可編程接口芯片時，除了需要正確的硬件以外，還應(yīng)在軟件中添加適當?shù)某跏蓟僮鳌?這是因為通過可編程接口芯片擴展I/O端口，軟件可以靈活且容易地選擇接口的工作方式。 初始化動作主要是根據(jù)應(yīng)用程序設(shè)定芯片的動作方式，使各端口線在輸入輸出狀態(tài)下動作。 5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，圖5.6利用串行端口擴展I/O接口電路，5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，圖5.7可編程芯片擴展I/O接口電路，5.2.2單片機這是因為，通過可編程接口芯片擴展I/O端口，可以通過軟件靈活且容易地選擇接口的工作方式。 初

13、始化動作主要是根據(jù)應(yīng)用程序設(shè)定芯片的動作方式，使各端口線在輸入輸出狀態(tài)下動作。 (3)常用I/O端口擴展芯片常用I/O端口擴展的TTL芯片是三態(tài)門(74ls 241、74ls 244、74ls 245 )、鎖存器(74ls 273、74ls 273， 74ls374 )，5.2.2單片機系統(tǒng)擴展，4其他外圍芯片擴展到單片機系統(tǒng)，除程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和I/O端口等系統(tǒng)主要部件外，還滿足系統(tǒng)應(yīng)用的非常有用在這些外圍芯片的內(nèi)部幾乎設(shè)有與微處理器芯片的接口電路，接口電路主要由控制命令邏輯電路、狀態(tài)存儲器和設(shè)定電路、數(shù)據(jù)存儲器和緩沖電路三部分構(gòu)成， 單片機大多數(shù)外圍芯片可以直接連接到微處理器芯片，因

14、此擴展到單片機的應(yīng)用系統(tǒng)，接口電路相對簡單。 圖5.8示出了外圍芯片與微處理器芯片之間的連接的典型電路，并且中央處理器CPU與外圍芯片之間的連接信號主要是總線信號，包括地址信號、數(shù)據(jù)信號、讀/寫控制信號、定時信號、中斷信號、復(fù)位信號等。5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展、圖5.8常見的外圍芯片擴展電路、5.2.2單片機系統(tǒng)的擴展，并且一些外圍芯片(接口芯片)用于控制微處理器芯片和外圍設(shè)備的連接中斷接口和DMA接口的控制信號更為復(fù)雜，因此通常需要從接口芯片提供專用的控制信號來完成數(shù)據(jù)傳輸。 用于單片機應(yīng)用系統(tǒng)的外圍芯片包括可編程控制器8259、可編程直接內(nèi)存訪問控制器(DMA ) 8237、8259；

15、可編程CRT控制器8279、8279、MC6845、MC6847、可編程鍵盤、顯示接口8279； 可編程通信接口8250、8251可編程定時器8253、8254； 點陣打印機控制器8295； A/D和D/A轉(zhuǎn)換芯片等。 5.3 Freescale HCS12單片機，5.3.1 Freescale HCS12單片機系列概述，F(xiàn)reescale HCS12微控制器系列產(chǎn)品飛思卡爾公司于2002年推出68HC12 基于16位CPU的控制器，它的前身是8位68HC11微控制器。 HCS12系列的工作電壓為5 V，時鐘頻率最高為25 MHz。 該系列產(chǎn)品微控制器的結(jié)構(gòu)和特點如下： (1)HCS12的核心

16、16位HCS12CPU:20位ALU、指令隊列、擴展索引地址多種外部總線接口(MEBI )模塊映射控制機制(MMC 背景調(diào)試模塊(BDM )。 (2)CRG時鐘和重置發(fā)生器鎖相環(huán)(PLL ) :狗實時中斷(RTI )時鐘監(jiān)視器(CM )。 (3)帶中斷功能的8位以及4位端口可編程的上升或下降觸發(fā)。 5.3.1 Freescale HCS12單片機系列介紹，(4)內(nèi)存HCS12內(nèi)存有內(nèi)部寄存器、RAM、EEPROM和閃存/rom。 每個存儲單元對應(yīng)一個地址，共有64K個地址，用4位的十六進制表示(0000HFFFFH )。 在存儲器內(nèi)的各存儲單元中，可以存儲作為存儲單元內(nèi)的內(nèi)容的8位的二進制信息。 每個存儲占用不同的存儲容量。 (5)在12個8通道A/D轉(zhuǎn)換器HCS中內(nèi)置10位/8位的A/D模塊： ATD0和ATD1兩個。 HCS12的ATD是逐次近似型A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置有復(fù)用器，精度是2LSB，不需要外部采