第十章汽车单片机控制技术简介ppt课件

1、 第十章 汽车单片机控制技术简介.学习要求 熟习自动控制系统的概念、组成和任务原理，掌握开环控制和闭环控制的特点，了解常用自动控制系统的分类和计算机控制系统的组成，了解汽车单片机控制的特点。 熟习微型计算机和单片机的概念，了解MCS-51单片机的组成、引脚和指令系统，熟习汽车单片机和汽车电子控制单元的组成与控制原理，了解汽车车载网络根底知识和几种典型的车载网络。 自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着非常重要的作用。自动控制技术程度的高低也是衡量科学技术先进与否的重要标志之一。 现代汽车大多采用以单片机为控制中心的高度自动化的实时自动控制，在优化发动机的动力性、节约能源、行驶平安

2、和减少污染等方面起着重要作用。. 计算机是一种不需人的直接干涉就能高速、自动地进展数据处置的电子安装。存储程序和在程序控制下运转是计算机的根本任务原理。计算机具有自动性、高速性、准确性、逻辑性和通用性。 单片微型计算机简称单片机，是微型计算机的一个重要分支。单片机体积小、质量轻、能耗低，广泛运用在家用电器、智能仪表、自动检测、机电设备和汽车等各个方面的自动控制中。 车载网络技术可将汽车上的各控制单元，如电控燃油放射系统、电控点火系统、自动变速器、电控制动防抱死系统、废气再循环控制系统、巡航自动控制系统和空调系统等联网控制，使整车信息资源利用最优化和减轻车身分量。. 第一节 自动控制概述 . 自

3、动控制实际是研讨各种自动控制过程共同规律的技术学科。它的开展初期是以反响实际为根底的自动调理实际。随着科学技术的提高，自动控制原理已开展成为一门独立的学科，它包括工程控制论、生物控制论、经济控制论和社会控制论。 人类在发明和开展各种能源动力机器的同时，即从发明蒸汽机、电动机、内燃机、涡轮喷气发动机、火箭发动机等动力机器的同时，一直伴随着对动力机器控制技术的发明和开展，以便提高动力机器对能源的利用效率，提高对动力机器起动和运转的稳定性控制，提高对动力机器动力输出和环境维护的最正确控制。在人机相对封锁的高速运动载体中，如汽车和飞行舱中，还要提高机器对人的温馨性和平安性的控制等等。 . 动力机器控制

4、技术的开展阅历了从手动控制到自动控制的过程，自动控制又阅历了从机械控制、电工电子技术控制，到计算机控制及计算机联网控制的开展阶段。计算机控制及计算机联网控制是目前最先进的自动控制技术。 现代轿车就是一个以单片微型计算机为中心并联网控制的机电液一体化的以燃油或电力为动力的交通工具。一、自动控制的根本概念 所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制安装对消费过程、工艺参数、目的要求等进展自动的调理与控制，使之按照预定的方案到达要求的目的。自动控制系统性能的优劣，将直接影响到被控设备或系统的工况。. 1.自动控制的根本方法 自动控制系统有两种最根本的方式，即开环控制和闭环控制。复合控制是将

5、开环控制和闭环控制适当结合的控制方式，可用来实现复杂且控制精度较高的控制义务。 1开环控制 开环控制是指控制安装与被控对象之间只需顺向作用而没有反向联络的控制过程。 即被控量系统输出不影响系统控制的控制方式称为开环控制。 所以， 在开环控制中， 不对被控量进展任何检测，在输出端和输入端之间不存在反响联络。开环控制系统普通由控制器、执行元件和控制对象组成，如图10-1所示。下面以汽油发动机喷油自动控制为例阐明。.图10-1 开环控制系统方框图 给定值是要控制被控量的输入信号值。要控制喷油量，首先要把测出的进入气缸的空气量转为相应的数字信号作为给定值输入给控制器。 被控量是控制对象按一定规律输出的

6、物理量，通常它是决议控制对象任务形状。如发动机喷油器的喷油量，发动机曲轴的转速等。 执行元件起详细执行控制信号或指令的作用，给控制对象施加某种作用，使其改动输出量。如发动机喷油的执行元件是喷油器，给喷油器施加的是脉冲电压，脉冲电压的宽度越宽，喷油量越大。. 控制器是一种特殊安装，起综合、分析、比较、判别和运算的作用，并能按一定的规律发出控制信号或指令。不同的控制器构成不同，现代控制器通常以微型计算机为中心。汽车发动机电子控制系统的控制器以单片机为中心，配置输入和输出电路后，简称电控单元，用ECU表示。 控制器的作用是使系统的输出量与给定量之间坚持设定的函数关系。如发动机空气流量传感器测出进气质

7、量后，转换为相关数值的给定值输入电信号送给控制器ECU，控制器按设定的函数关系，控制执行元件喷油器喷油，使空气量与燃油量之间的比值为14.7：1，这一比值称为理想空燃比空气与燃油的质量比值，此比值可以使汽油获得最正确熄灭。. 开环控制方式的特点是：在给定输入端到输出端之间的信号传送是单向进展的。当受控对象或控制安装遭到干扰，或者在任务过程中元件特性发生变化而影响被控量时，系统不能进展自动补偿，所以控制精度难以保证。但是由于它的构造比较简单，因此在控制精度要求不高或元器件任务特征比较稳定而干扰又很小的场所中运用比较广泛。 . 2闭环控制 假设系统输出量经过反响环节前往来作用于控制部分，构成闭合环

8、路，那么这样的控制称为闭环控制系，又称为反响控制。闭环控制的方框图如图10-2所示。 闭环控制的特点是在控制器和被控对象之间，不仅存在着正向作用，而且还存在着反响作用，即系统的输出信号对被控制量有直接影响。 在闭环控制中，被控量时辰被检测，并经过反响通道送回到比较元件，与给定值进展比较。闭环控制从原理上提供了实现高精度控制的能够性。 图10-2 闭环控制系统方框图. 在发动机喷油闭环控制中，喷油量的多少能否到达理想空燃比，直接影响发动机的熄灭情况。熄灭能否完全或供氧能否过剩，可以用氧传感器检测从发动机排出废气中的含氧量来判别。氧传感器是一种氧化学电池，其产生的电动势与氧浓度差有关。氧传感器产生

9、的电信号反响到ECU，ECU用软件方式与内存的规范值比较，判别喷油量的差值，对喷油指令进展修正，改动喷油脉宽，从而改动喷油量，使其到达理想空燃比。 闭环控制具有自动修正被控制量出现偏离的才干，因此可以修正元件参数变化及外界扰动引起的误差，其控制精度较高，是常用的控制方式。 2.自动控制的分类 由于控制技术的广泛运用以及控制实际本身的开展，使得控制系统具有各种各样的方式，从不同的角度出发，分类的方式也不一样。以下简介常见的几种分类。 . (1)按输入信号特征分类 定值控制系统: 给定信号给定值为一常值的控制系统称为定值控制系统。这类控制系统的义务是保证在扰动作用下使被控变量一直坚持在给定值上。汽

10、车发动机的缸温控制是定值即定温控制，普通缸温设定在80OC，当缸温超越设定温时，发动机ECU或温控器将起动冷却液循环和风扇散热。 随动控制系统: 给定信号是一个未知变化量的闭环控制系统称为随动控制系统。 这类控制系统的义务是保证在各种条件下系统的输出被控变量以一定精度跟随给定信号的变化而变化， 所以这类控制系统又称为跟踪控制系统。发动机点火提早角的控制是典型的高精度、随动控制。它的给定信号是随机信号，就是发动机的转速信号，发动机转速随喷油量和负荷量等要素的变化而变化；发动机转速越高，点火提早角就越大；这是一个闭环控制，检测反响元件.是发动机曲轴转速传感器。 程序控制系统: 给定信号是一个按一定

11、时间程序变化的时间函数的闭环控制系统称为程序控制系统。汽车喷漆烤漆房的温度控制是程序,其升温、 保温、 降温过程都是按照预先设定的规律进展控制的。 2按变量分类 单变量控制系统: 假设只需一个被控变量和一个控制造用来控制被控对象，那么称该系统为单变量控制系统, 又称为单输入单输出系统。 . 多变量控制系统: 假设一个控制系统中的被控变量多于一个，控制造用也多于一个，而且各控制回路相互之间有耦合关系，那么称这类控制系统为多变量控制系统，也称为多输入多输出控制系统。汽车发动机电控系统就是一个多变量控制系统，它有多个输入信号，如发动机转速信号、空气流量信号、缸温信号等；它要输出多个变量，如喷油量、点

12、火提早角等去控制发动机。 3按控制安装分类 常规控制器：普通多指采用模拟电路来实现的控制器。简单的控制常采用这种控制器，线路简单，本钱低。. 计算机控制器：复杂的、多变量的、随动的自动控制系统多采用以计算机为中心的控制器。现代汽车中各电控单元都是采用以单片机为中心的控制器。 3.对控制系统的根本要求 (1) 稳定性：稳定性是指系统被控量偏离给定值而振荡时，系统抑制振荡的才干。 对于稳定的系统，随着时间的增长，被控量将趋近于希望值。图10-3a所示的系统是稳定的，图10-3b所示的系统是不稳定的，可见稳定性是保证系统正常任务的先决条件。 .图10-3 自动控制系统稳定性表示图 (a) 稳定系统

13、(b) 不稳定系统 (2) 快速性：快速性是指被控量趋近希望值的快慢程度。快速性好的系统，它的过渡过程时间就短。图10-4所示的系统，其快速性要比系统好。稳定性和快速性是反映系统动态过程好坏的尺度。 图10-4 自动控制系统快速性表示图. (3) 准确性：准确性是指过渡过程终了后被控量与希望值接近的程度。 工程上经常从稳、 快、 准三个方面来评价自动控制系统的总体性能。 二、计算机控制技术 1. 计算机控制技术概念 假设把自动控制系统的控制器用计算机来替代，这样就可以构成计算机控制系统。假设计算机是微型计算机，就组成微型计算机控制系统，其根本框图如图10-5所示。在微型计算机控制系统中，只需运

14、用各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。.微处置器执行这样的程序，就能实现对被控参数的控制。在计算机控制系统中，由于计算机的输入和输出信号都是数字信号，而大部分被控对象的被控参数和控制量都是模拟信号，因此在这样的控制系统中，需求有将模拟信号转换为数字信号的AD转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的DA转换器。 . 计算机控制系统的控制过程通常可归结为以下三个步骤： (1)数据采集：对被控参数的瞬时值进展检测、采集， 并将数据传送给计算机。 (2)实时决策：对采集的数据按程序进展分析，与内存数据比较，决议下一步控制过程。 (3)实时控制：并按已定的控制规律，适时地对执行单元发出控制信号。 上

15、述过程不断反复，使整个系统可以按照一定的性能目的进展任务，并且对被控参数和设备本身出现的异常形状及时监视并做出迅速处置。 运用微型计算机控制是一个实时控制系统，它包括硬件和软件两部分。. 图10-5 微型计算机控制系统根本框图 2.计算机控制的特点 计算机控制系统有两个类别，一类是通用计算机控制系统，适用于高速、大量的数值计算，系统配置多，体积大。另一类是以单片机为主的嵌入式计算机控制系统，它具有微型、嵌入和公用的特点。它以很小的“微型体积“嵌入控制对象的载体中，其配置的硬件和软件以适用控制对象为度，系统是“公用的。在制造工业、过程控制、通讯、仪器、仪表、家用电器、汽车、船舶、航空、航天、军事

16、配备.等方面均采用有嵌入式计算机控制技术。现代汽车控制系统均采用单片机控制系统。单片机控制系统具有以下特点。 (1)适宜多变量控制。汽车发动机电控系统是一多变量控制系统。 (2)适宜数据比较、查找控制。发动机点火提早角度确实定是根据发动机转速和负荷等工况信息，查找内存中的数据确定的。 (3)适宜计数控制。发动机点火提早角度的控制执行是靠计数控制实现的。 . (4)适宜实时随动控制。汽车的加速控制是实时随动控制，只需脚踏加速踏板，发动机的转速随即提高，这是实时控制喷油量实现的。 (5)改动控制方式容易。经过修正软件或内存数据，可以比较容易改动控制方式。 (6)适宜网络化控制。现代轿车有发动机电控

17、单元、防抱死制动电控单元、动力转向电控单元、自动悬架电控单元、防碰撞电控单元、导航电控单元等几十种电控单元，可以联网控制。. 第二节 计算机与单片机概述. 一、计算机的开展概略 人类在对客观世界的“数量认识上，从记数、计数到计算，阅历了漫长的历史阶段，即从手工计算阶段、机械计算阶段，不断开展到现今的电子计算机计算阶段。 电子计算机的开展常以电子器件为标志划分为四个阶段。 第一代计算机1945年-1958年，以电子管作为逻辑元件。主要用于科学和工程计算；运算速度每秒几千次至几万次。 第二代计算机1958年-1964年，以晶体管作为逻辑元件，用磁芯做主存储器。体积减少、功耗降低，提高了速度和可靠性

18、；每秒运算可达几十万次。. 第三代计算机1964年-1971年，以集成电路作为根底器件。体积、功耗、价钱等进一步降低；用半导体存储替代了磁芯存储器；运算速度每秒可达几十万次到几百万次；在软件方面，操作系统日臻完善。计算机设计思想已逐渐走向规范化、模块化和系列化，运用范围更加广泛。 第四代计算机1971年至今，采用大规模集成电路和超大规模集成电路。用集成度更高的半导体芯片做主存储器；运算速度可达每秒百万次至亿次。计算机网络的研讨进展迅速；系统软件的开展不仅实现了计算机运转的自动化，而且正在向智能化方向迈进；各种运用软件层出不穷，极大地方便了用户。 现代计算机正在向以下四个方面开展。 1 巨型化：

19、随着科学技术开展的需求，许多部门要求计算机有更高的速度、更大的存储容量，从而使计算机向巨型化开展。. 2 微型化：计算机体积更小、分量更轻、价钱更低、更便于运用于各个领域，尤其是适用仪器仪表、家用电器、通讯工具的数字化和智能化，工业控制的自动化等。 3 网络化：计算机网络是计算机技术和通讯技术相互浸透、不断开展的产物。计算机连网可以实现计算机之间通讯和资源共享。对于社会，加速社会信息化的进程。对工业机器群或消费线可实现计算机联网控制。 4 多媒体化：现代计算机可以集文字、声音、图形、图像和视频处置为一体，使人们面对有声有色、图文并茂的信息交流环境。 二、微型计算机和单片机的概念 电子计算机高速

20、开展到今天，通常可分为巨型机、大型机、中型机、小型机和微型机五类。它们在系统构造和根本任务原理方面并无本质的区别，只是在体积、性能和运用领域方面有所不同。微型计算机简称微机，是计算机的一个重要分类。微型计算机不但具有其它计算机快速、准确、程序控制等特点，最突出的是它还具有体积小、分量轻、功耗低、价钱廉价等优点。 . 个人计算机简称PCPersonal Computer机，是微型计算机中运用最为广泛的一种，目前，它曾经像普通家用电器一样深化到了家庭和社会生活的各个方面。图10-6是关于微型计算机系统组成的表示图。图10-6 微型计算机系统组成. 1. 微处置器 微处置器就是传统计算机的CPU，是

21、集成在同一块芯片上的具有运算和逻辑控制功能的中央处置器，它是构成微型计算机系统的中心部件。 2. 微型计算机 以微处置器为中心，再配上存储器、输入和输出接口电路简称I/O接口和中断系统等构成的整体，称为微型计算机。它们可集中装在同一块或数块印刷电路板上，普通不包括外围设备和软件。 3. 微型计算机系统 这是指以微型计算机为中心，配上输入设备和输出设备、电源和软件等，构成能独立任务的完好计算机系统。软件系统是微机系统所运用的各种程序的总称。人们经过它对整机进展控制并与微机系统进展信息交换，使微机按照人的意图完成预定的义务。. 4. 单片微型计算机 单片微型计算机简称单片机。单片机是将微处置器、存

22、储器、I/O接口和中断系统集成在同一块芯片上，具有完好功能的微型计算机，这块芯片就是其硬件。在实践运用中，通常很难将单片机直接和被控对象进展电气衔接，必需外加输入电路、输出电路和操作开关等，才干构成一个单片机运用系统。 单片机阅历了由4位机到8位机再到16位机的开展过程。单片机制造商很多，如美国的Intel、Motorola、Zilog等公司。目前，单片机正朝着高性能、多种类方向开展。近年来，32位单片机已进入了适用阶段，但是由于8位单片机在性能价钱比上占有优势，而且8位加强型单片机在速度和功能上向如今的16位单片机挑战，因此在未来相当长的时期内，8位单片机仍是单片机的主流机型。 .除了通用系

23、列的单片机之外，在某些汽车上还用到了一些公用单片机。公用单片机是为某一类特定的汽车专门设计的，具有较强的抗电磁干扰才干，抗强振动才干，顺应较大的温度和湿度变化。. 三、MCS-51单片机的组成 虽然各类单片机很多，但无论是从世界范围或是从全国范围来看，运用最为广泛的应属Intel公司消费的MCS-51系列单片机。基于这一现实，下面以运用最为广泛的MCS-51系列8位单片机8031、8051、8751等为研讨对象，引见单片机的硬件构造和任务原理。 MCS-51系列又分为51和52两个子系列，并以芯片型号的最末位数字作为标志。其中，51子系列是根本型，而52子系列那么属加强型。 .MCS-51单片

24、机的典型芯片是8031、8051、8751。8051内部有4 KB ROM，8751内部有4KB EPROM，8031内部无ROM；除此之外，三者的内部构造及引脚完全一样。因此，以8051为例，阐明本系列单片机的内部组成、信号引脚和指令系统。8051单片机的根本组成如图10-7所示。为了了解单片机的根本任务原理，首先简介计算机中的数制和码制。 图10-7 8051单片机的根本组成. 1.计算机中的数和码 对计算机中的数据、地址和指令等的描画，常用到二进制数和十六进制数。 (1)二进制数 在计算机内部的根本任务电路是组合逻辑电路和时序逻辑电路，是按高低电平和二进制规律任务。计算机处置和存储的信息

25、都是二进制信息，并以8位二进制数为一个单位，称为一个字节Byte，简写B。对于一个较大的信息，可以用假设干个字节组成。. 以二进制数表示的数据或指令，是计算机可以真接运用的，故称为机器数，也称机器码。 (2)十六进制数 在对计算机输入数据、指令码时，如采用二进制数，那么因位数太多，运用比较费事。在单片机上常用十六进制数表示二进制数。十六进制数是微型计算机软件编程时常采用的一种数制，其主要特点是： 十六进制数由16个数符构成：0、1、2、9、A、B、C、D、E、F，其中A、B、C、D、E、F分别代表十进制数的10、11、12、13、14、15。 十六进制数进位规那么是“逢十六进一。 普通在数的后

26、面加一个字母H表示是十六进制数。 . 8位二进制数“0000000011111111，可用2位十六进制数“00HFFH一一对应表示表示，这样操作的位数就减少了。当然，十六进制数进入计算机后要经专门的电路和软件再转为二进制数供计算机运用。 在人工输入数据时，假设数据是十进制数，普通应先人工转为十六进制数，然后再输入。 2.微处置器CPU 微处置器是单片机的中心，如图12-1所示，其内含运算器和控制器。运算器是计算机的运算部件，用于实现算术运算和逻辑运算，计算机的数据运算和处置都在这里进展。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、协调地任务。 .微处置器的功能以一次能处置的二进制信息

27、的位数来表示，也就是一次能处置的字节数。因此，有4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。选用时，不是功能越强越好，而是在保证够用的条件下，体积最小、耗能最小和最经济为最好。MCS-51是8位单片机。3.存储器 存储器是计算机的记忆部件，用于存放程序和数据。存储器又分为片内存储器和片外存储器。片外存储器是片内存储器的扩展。 存储器内以存储单元为单位存储二进制信息，每个存储单存放一个字节B的信息。存储器的每个单元都有一个地址，地址用十六进制数表示。CPU经地址总线可将数据写入某个单元，也可经地址总线将某个单元的数据读取。 . 存储器的容量常用B、KB、 MB 、GB为计量单位，它们之间

28、的换算关系以21010241K的倍数来表示，其倍数词头代号及关系如下： 1 KB1024B，1 MB1024KB，1 GB1024MB 存储器可分为两类：随机存取存储器RAM和只读存储器ROM。 RAM用于存放可读写的数据。即可写入数据，也可读出数据。断电后，所存数据丧失。汽车传感器输入的信息就存在RAM中。 ROM用于存放程序、原始数据或表格。是经过特殊方法提早写入的，一旦写入不能随意改动，也即被“固化在ROM内，只能读出 ，不能改写。断电后，所存内容不会丧失。ROM普通存放如监控程序、自动控制程序和原始数据或表格等。汽车电控发动机的喷油和点火等程序就存在ROM中。 8051芯片的RAM中共

29、有256个存储单元，供用户运用。ROM有4 KB存储单元，用于存放程序、原始数据或表格。. 4.定时/计数器 8051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展控制。 5.并行I/O口 8051共有4个8位的I/O口P0、P1、P2、P3，以实现数据的并行输入/输出。 6.串行口 MCS-51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通讯收发器运用，也可作为同步移位器运用。 . 7.中断控制系统 MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制运用的需求。8051共有5个中断源，即外中断两个，

30、定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和低级共两个优先级别。 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需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。MCS-51芯片允许的晶振频率普通为6 MHz和12 MHz。从上述内容可以看出，MCS-51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的根本部件它都包括，因此，实践上它已是一个简单的微型计算机了。.9.内部总线 总线是用于传送信息的公共途径。总线可分为数据总线、地址总线、控制总线。单片机内的CPU、存储器、I/O接口等单元部件都是经过总线衔接到一同的。采用总线构造可以减少信息传输线的根数，提高系统可靠性，加强系

31、统灵敏性。 四、MCS-51单片机的信号引脚 MCS-51是规范的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚陈列如图10-8所示。由于工艺及规范化等缘由，芯片的引脚数目是有限制的，为了添加引脚的功能，有些引脚具有第二功能，带括号的符号是第二功能符号。.图10-8 MCS-51引脚陈列图 1.电源引脚 VCC(40脚)：芯片电源正极端，接+5V电源； VSS(20脚)：芯片电源负极端或接地端。 2.时钟引脚 XTAL1(19脚)和XTAL2(18脚)：当运用芯片内部时钟时，外接石英晶体和微调电容；采用外部振荡器时，XTAL1接地，XTAL2为外部振荡信号的输入端。. 3. I/O口引脚 8051共有4

32、个8位的并行I/O口，即P0口、P1口、P2口、P3口。 P0口：P0.0 P0.7 (3932脚)，8位双向I/O口线。此口在CPU的控制下，可以选为双向数据总线口，可以输出或输入数据；也可选为地址总线的低8位输出线口。 P1口：P1.0 P1.7 (18脚)，8位双向I/O口线。仅有双向数据总线口功能。 P2口：P2.0 P2.7 (2821脚)，8位双向I/O口线。此口在CPU的控制下，可以选为双向数据总线口；也可选为地址总线的高8位输出线口。 P3口：P3.0 P3.7 (1017脚)，8位双向I/O口线。双向数据总线口和第二功能口。第二功能口见表10-1。. 表10-1 P3口各引脚

33、与第二功能表引脚第二功能符号与名称引脚第二功能符号与名称P3.0RXD串行数据接收端P3.4T0定时器/计数器0外部输入端P3.1TXD串行数据发送端P3.5T1定时器/计数器1外部输入端P3.2外部中断0请求输入端P3.6外部数据存储器写选通信号输出端P3.3外部中断1请求输入端P3.7外部数据存储器读选通信号输出端.4.控制信号引脚ALE/ (30脚)：ALE是地址锁存控制信号。在访问外部存储器RAM或ROM时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于ALE是以晶振1/6的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲运用。第二功能

34、是在对8751的EPROM编程时，是编程脉冲的输入端。 (29脚)：在访问外部程序存储器时，此端输出低电平，作为外部程序存储器的读选通讯号。 /VPP(31脚)： 为内部程序存储器和外部程序存储器的选择控制信号。 1 ，访问内部程序存储器，并可延至外部程序存储器。 0 ，访问外部程序存储器。第二功能VPP是在对8751的EPROM编程时，是编程电压21V的输入端。.RST/VPD(9脚)：复位信号输入端，用以完成单片机的复位初始化操作。第二功能VPD是备用电源输入端，当主电源VCC端口断电期间，备用电源经VPD端向片内RAM供电，保证存储在RAM中的数据不至丧失。.五、MCS-51单片机的指令

35、系统 1.指令和指令系统 指令是CPU用于控制功能部件完成某一指定操作的命令。一台微机所具有的一切指令的集合，就构成了指令系统。指令系统越丰富，阐明CPU的功能越强。一台微机能执行什么样的操作，是在微机设计时确定的。一条指令对应着一种根本操作。由于计算机只能识别二进制数，所以指令也必需用二进制方式来表示，称为指令的机器码或机器指令。 MCS-51单片机指令系统共有111条指令。其中有49条单字节指令、46条双字节指令和16条三字节指令。按功能可以划分为以下5类:.数据传送指令29条，算术运算指令24条，逻辑运算指令24条，控制转移指令17条，操作指令17条。 操作数是指令的重要组成部分，指出了

36、参与操作的数据或数据的地址。寻觅存放操作数的地址并将其提取出来的方式称为寻址方式。一条指令采用什么样的寻址方式，是由指令的功能决议的。寻址方式越多，指令功能就越强。MCS-51指令系统共运用了7种寻址方式。2.程序 程序是为了完成确定的控制过程和目的而建立的有限和有序的指令序列。执行程序就是一条一条的执行曾经排序的指令。程序按构造可分为三类：顺序程序、分支程序、循环程序。 . 为了方便对程序的编写，人们运用汇编言语，汇编言语是一种符号化的计算机言语，即用助记符号来表示计算机指令。助记符号具有直接表示的作用，容易看懂。用汇编言语编写的程序称为源程序。源程序包括指令助记符号、目的操作数和源操作数。

37、 但是，单片机是不能直接识别汇编言语的，必需将汇编言语转为机器言语，单片机才干识别。单片机的机器言语是用十六进制代码表示。用十六进制代码编写的程序称为目的程序。 把汇编言语转换为机器言语，称为“翻译。翻译有手工“翻译和机器“翻译。手工“翻译是经过手工方式查指令编码表，逐个把助记符指令“翻译成十六进制代码指令的过程。机器“翻译是运用“翻译软件自动地进展“翻译，机器“翻译普通在PC机上进展。 . 单片机接纳目的程序时，还要将十六进制代码转换为二进制机器码存储下来，才干进展运算和处置，由于单片机内部的电路只能识别表示二进制数的高低电平。 单片机经A/D转换器采集传感器的信息直接是二进制信息。在实际分

38、析和描画时，二进制数不易直接比较和记忆，往往要转为十六进制数表述。 不同种类的单片机，由于其内部构造不完全一样，它的机器码指令也不一定一样。.第三节 汽车单片机与汽车电子控制单元简介. 以单片机为中心的汽车电子控制安装，各消费厂家所称称号有所不同，有称微处置机控制安装MCU，有称电子控制组件ECM，较多的是称为汽车电子控制单元ECU，在汽车修缮行业，习惯上称为汽车电脑。 汽车上某一电控系统由传感器、ECU、执行元件组成，图10-9是发动机电控系统。图中的大方框内是ECU，ECU由输入电路、单片机、输出电路组成。 一、汽车电子控制单元ECU 1输入电路 输入电路的功能是接纳和处置来自ECU外部传

39、感器的信号。假设是脉冲信号，将对其进展放大和整形处置如曲轴转速传感器的脉冲信号，使其到达单片机对数字信号的要求。假设是模拟信号如空气流量传感器、温度传感器的直流缓变信号等，将对其进展模/数A/D转换，转换为数字信号。输入电路将数字信号送至单片机的输入接口。. 2单片机 单片机是汽车电子控制单元ECU的控制中枢。它的功能是根据所存程序，对各种传感器送来的信号进展运算和判别，把处置结果，如喷油指令信号、点火指令信号等，送至输出电路，从而控制执行器。 3输出电路 输出电路的功能是将单片机发出的低电压、微电流指令信号，经放大变成执行器所需求的电压和电流控制信号。在输出电路中，普通采用大功率三极管控制执

40、行器的接地回路也称为搭铁回路。.图10-9 汽车电子控制单元ECU的组成表示图. 图10-10为控制喷油器的输出电路，单片机根据空气流量传感器的转入信号，计算出进入气缸中的空气质量，然后按理想空燃比计算出应喷的汽油量，使汽油的混合气体到达最正确熄灭。喷油器是一个小型电磁阀，通电开阀，断电闭阀。在油压和喷油器喷孔一定的条件下，控制喷油时间就可控制喷油量。单片机发出控制喷油时间的脉冲，控制大功率三极管的导通接地时间，从而控制喷油器电磁线圈的通电时间，到达控制喷油量的目的。准确控制喷油脉冲的脉冲宽度例如某种发动机的喷油脉宽可在1.72ms8.45ms间控制，是电控燃油放射的主要功能。.图10-10

41、控制喷油器的输出电路. 二、汽车电子控制单元的控制原理 下面以电控燃油放射程序中的3条指令阐明指令的意义和执行原理，3条指令详见表10-2。 表10-2 电控燃油放射程序中的3条指令指令序号源程序注 解目的程序单片机内部二进制机器码指令助记符号目的操作数源操作数十六进制代码1MOV A，30H ；（A）（30H）E53011100101001100002ADDC A，31H ；（A）（A）+（31H）353100110101001100013MOV32H，A ；（32）（A）F5321111010100110010. 设汽车发动机空气流量传感器某一时辰输入的动态数据经A/D转换器为8位二进制数

42、“10100111BA7H，存放在地址是30H的储器单元内。因进气温度传感器测得温度较低，需求添加修正值“06H00000110B，存放在地址是31H的储器单元内。计算的结果要存放在地址是32H的储器单元内，为计算喷油量时调用。 笫1条指令：源程序是“MOV A ，30H ；。 MOV是片内数据传送指令的助记符号；A是累加器，也是目的操作数；30H是源操作数，在这里是存储单元的地址。指令的意义是将30H存储单元的数据“10100111传送给A 。执行完本条指令，累加器A的内容 A10100111BA7H。 这是一个2字节的指令，该指令的二进制机器码的前8位是“11100101，其高4位是“11

43、10，转换为十六进制是“E，低4位是“O101，转换为十六进制是“5，故前8位二进制数的十六进制代码是“E5。该指令的后8位是.“00110000，转换为十六进制是“30H，是存储单元的地址。合起来，这条指令的十六进制代码为“E530。 第2条指令：源程序是“ADDC A，31H ；。ADDC是带进位的加法指令的助记符号。指令的意义是将31H存储单元的修正值“06H00000110B与累加器A中的数据“10100111A7H相加，结果存于A中。10100111 A7H+ 00000110 + 06H 10101101 ADH 上式中，等号左边按二进制加法运算，等号右边按十六进制加法运算，结果是

44、一样的。执行完本条指令，累加器A的内容A10101101BADH。 . 这也是一个2字节的指令，指令的二进制机器码前8位是“00110101，其十六进制代码为“35，后8位是存储单元的地址，转换为十六进制是“31H。合起来，这条指令的十六进制代码为“3531。 第3条指令：指令的意义是将A中存的数“ADH，传送到地址为32H的存储单元中。这也是一个2字节的指令，其十六进制代码为“F532。执行完本条指令，32H存储单元的数据为“ADH，为计算喷油量调用。 从以上分析可知，单片机的任务过程本质上是执行所编程序的过程。.第四节 汽车车载网络技术简介. 由于汽车电子技术功能的日益强大和系统的日益复杂

45、化，汽车电子设备开展的一个重要趋势是大量运用单片机来改善汽车的性能。随着电控器件在汽车上越来越多的运用，每个控制单元都含有本身的配线线束，用来衔接传感器、执行器、ECU、电池、仪表控制板等器件，明显地添加了车载的分量。在车载网络出现以前，一辆奢华轿车能够含有上千多根单线和接线端，组成超越1公里长的绝缘配线，加之其昂贵和笨重，人们已渐渐不能够将更多的配线线束置入车内。车载网络化不但处理本钱添加和多种电子系统呵斥分量添加的问题，也使整车控制最优化。 一、车载网络根底知识 1. 信息、信号和数据. 在计算机网络中，通讯的目的是传输信息或音讯。信息的方式可以是数字、文字、语音、图形和图像等。信息的传输

46、方式可以是电信号、电磁信号和光信号；信号分为模拟信号和数字信号。 在计算机网络中，信息是以数据方式存储、传送和处置的。 计算机及其外围设备产生和交换的信息都是由二进制代码表示的字母、数字或控制符号。 在数据通讯中度量信息量的单位是比特(bit)，二进制数的一位所包含的信息就是一比特，如二进制数0101就是4比特。 2.计算机网络 所谓计算机网络，就是将分散的计算机经过通讯线路及网络控制设备有机地结合在一同，构成相互通讯、软硬件资源共享的综合系统。计算机网络最重要的功能是资源共享。可供共享的资源包括数据、软件和硬件。. 目前在世界上已出现了各种方式的计算机网络，计算机网络通常分为三大类：多机系统

47、、局域网(LAN)和广域网(WAN)。汽车车载网络属于局域网的一种。 3.节点 节点就是网络单元。计算机网络的节点可以是网络系统中的计算机，也可以是支持网络运转各种数据的处置设备。 车载网络系统中的节点主要是各系统的电控单元。如发动机电控单元、自动变速器电控单元、制动防抱死电控单元等。 4.局域网的拓扑构造 网络的拓扑构造是指网络中通讯线路、计算机以及其他组件的物理规划。局域网的常用拓扑构造有三种：总线型、环型和星型。 1总线型网络 用一条称为总线的主线将计算机衔接起来的规划方式，称为总线型拓扑构造，如图 . 10-11a所示。一切局域网上的计算机都经过相应的硬件接口直接连在总线上，任何一个节

48、点的信息都可以沿着总线向两个方向传输分散，并且能被总线中任何一个节点所接纳。总线上传输信息通常以串行方式传送。每个结点均具有收、发功能。接纳器担任接纳总线上的串行信息，并将其转换成并行信息送到微机内；发送器是将微机内的并行信息转换成串行信息发送到总线上。当总线上发送信息的目的地址与某节点的接口地址相符合时，该结点的接纳器便接纳信息。 总线规划的特点是：构造简单灵敏，非常便于扩展；可靠性高，网络呼应速度快；设备量少、价钱低、安装运用方便；共享资源才干强，便于广播式任务(即一个节点发送，一切节点都可接纳)。 车载网络构造中以总线型网络构造运用最为广泛。 .图10-11 计算机网络拓扑构造a总线型

49、b环型 c星型 2环型网络 环型网络如图10-11b所示，其特点是：信息在网络中沿固定方向流动，两个节点间仅有独一的通路，大大简化了途径选择的控制。 环型网络也是计算机局域网络的常用拓扑构造之一，适用于信息处置系统和系统自动化系统。. 3星型网络 如图10-11c所示，星型拓扑是以中央节点为中心与各节点衔接组成的，各节点与中央节点经过点到点的方式衔接。中央节点(又称中心转接站)执行集中式通讯控制战略，在星型网络中，任何两个结点要进展通讯都必需经过中央结点控制， 5.通讯链路 通讯链路指网络通讯传输媒体，可分为有线和无线两种类型：有线可经过双绞线、同轴电缆、线、光纤等有形通讯介质衔接；无线可经过

50、红外线、激光、微波、地球卫星通讯信道等无形介质互连。 .6.数据传输速率 数据传输速率又称比特率，是描画数据传输系统的重要技术目的。在计算机网络中传送的是二进制数码，比特率在数值上等于每秒钟传输构成数据的二进制代码的位数bit，单位用比特每秒(b/s)表示。 比特率越高，数据传输速度越快。常用的数据传输速率单位有：Kb/s、Mb/s、Gb/s与Tb/s 。7.信道容量信道容量是指通讯媒体能传输信息的最大才干，普通用带宽来描画。在数字信道中，普通用单位时间内最大可传送的比特数来描画带宽。例如，某传输媒体最大的传输速率为9600b/s，那么其带宽为9600b/s。.8.数据帧 为了可靠传输数据，通

51、常将原始数据分割成一定长度的数据单元，称为数据帧。一帧数据根据需求，可以有起始信息、标识信息、寻址信息、控制信息、数据信息、终止信息等。 9.传输协议 传输协议也称通讯协议，是控制网络各节点有效完成信息交换的一组商定和规那么。也就是某一网络的通讯“言语。协议具有三要素： 1语法：确定通讯“如何讲，即通讯数据帧的格式。 2语义：确定通讯“讲什么，即通讯数据帧的内容代表什么信息。. 3定时规那么：确定不同数据传输的优先级、传输顺序及传输速率。 10数据传输方式数据传输方式分为并行传输与串行传输。 (1) 并行传输。 如图10-12a所示，两数据设备之间一次传输n位并行数据，每条连线对应一条信道，并

52、行传输的优点是传输信息速率快；缺陷是要用的连线多，不适用长间隔传输，适用计算机内部数据传输或计算机间短间隔数据传输。.图10-12 数据传输方式a并行传输 b串行传输. (2) 串行传输。 如图10-12b所示，串行传输时，数据一位一位地在一条信道上传输。串行传输的优点是要用的连线根数很少，适用长间隔传输；缺陷是传输信息速率慢。 11网关 网关又称网间衔接器、协议转换器。在不同类的网络之间设一个网关，可以使不同的数据总线进展数据交换，保证不同的通讯协议、数据格式和速率的网络各节点之间的通讯。 二、几种典型的车载网络 国际上众多知名汽车公司积极努力于汽车网络技术的研讨及运用,目前，已有多种网络规

53、范。但是，没有一种通讯网络可以完全满足汽车一切性能和本钱的要求。因此，对高档轿车，汽车制造商普通采用多种网络联网的方式实现更好的控制目的。 常用的几种典型车载网络有:CAN总线网络、LIN总线网络、MSOT总线网络、Bluetooth总线网络。图10-13是某种车载网络的拓扑图，下面以该图为例简介各网络特点。.图10-13 车载网络拓扑图. 1CAN总线网络 在图10-13中，CAN总线又详细分为动力CAN总线和温馨CAN总线。 动力CAN总线的网速较高500Kb/s，主要用于实时控制反响要求快的电控单元，如发动机、自动变速器、自动悬架、平安气囊、制动防抱死ABS等电控单元。由于控制的重要对象

54、是发动机和自动变速器，故称为动力CAN总线。 温馨CAN总线的网速较低100Kb/s，主要用于实时控制速度相对较低的电控单元，如车门、后视镜、全自动空调、防盗、多功能方向盘、车顶电器、带记忆功能司机座椅等电控单元。由于控制的目的是提高司机和乘员的温馨性，故称为温馨CAN总线。 CAN是控制器局域网(Controller Area Network)的英文缩写。最初是德国博士Bosch公司为汽车的监测、.控制系统而设计的。目前，CAN网络系统已被全球汽车厂商普遍接受。 CAN的主要特性如下： 1CAN网络实现方式是：微控制器+CAN控制器+CAN收发器。 2CAN以多主方式任务，在总线空闭时，网络

55、上恣意一个节点均可以在恣意时辰自动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵敏。 3CAN采用总线仲载技术。CAN网络上各节点所发信息不含源地址和目的地址，而是含有标识符信息。标识符信息内含所发信息的“身份和“优先级信息。. 所谓信息的“身份就是指所发信息是什么信息。 所谓信息的“优先级就是指所发信息在总线上发布的优先权。当两个节点同时向网络上发送数据时，CAN总线按信息的优先级进展仲载，优先级低的节点自动停顿数据发送，优先级高的节点可先发送数据。对不同的信息分成不同的优先级，可以满足不同的实时要求。 对一个确定的CAN总线网络，各节点所发信息的优先权，提早根据实时控制要求进展排序。

56、在编写程序时，把排序写入程序中。例如发动机转速信号是一个很重要的信息，除了发动机电控单元需求它以外，自动变速器电控单元、显示仪表单元、缺点诊断单元等都需求它，它要在网络上以一定的小间隔时间不断的发布，它的优先级比较高，可以优先发布。 相对而言，冷却液温度信号的发布优先级就很低，它可以在总线空闭时插空发布。.各节点接纳到所收信息，以信息中的“身份信息来判别，有用那么存，无用不存。 4CAN的直接通讯间隔大，可达10km。 5CAN最高通讯速率可达1Mb/s，完全可满足汽车动力和悬架等高速系统的传输需求。 2.LIN总线网络 在图10-13中，LIN总线用于全自动空调的辅助控制，如新颖空气通风，司

57、机座椅和其它座椅的通风控制。 LIN是本地互联网络Local Interconnect Network的英文缩写。LIN是低速串行总线，主要用作CAN等高速总线的辅助网络或子网络。LIN本钱低，特别适宜短间隔、简单、对传输速度要求不高、通讯不太密集的运用场所。可以方便地用质优价廉的8位单片机实现。 . LIN的主要特性如下： 1采用单个主控制器/多个从属控制器方式。从属控制器节点可以实现自同步，因此无需石英或者陶瓷振荡器；主节点用于控制LIN总线，它经过对从节点进展查询，将数据发布到总线上。从节点仅在主节点的命令下发送数据，一旦数据发布到总线上，任何节点都可以接纳该数据，从而在无需仲裁的情况下

58、实现双向通讯。 2速度可以到达20 kb/s。 3MSOT总线网络 在图10-13，信息MOST总线用于控制显示和操作面板、导航、收音机、CD自动换碟播放机、数字电视机、车载等单元的控制。由于是相对司机和乘员提供信息的，故称为信息MOST总线。 .MOST是媒体导向系统传输MediaOrientedSystemTransport的英文缩写。MOST总线是新近开发的光数据传输系统，由于其传输速度高，非常适宜于传输多媒体信息，如声音和视频信号。MOST总线最重要的特点如下： 1MOST的一个重要的特征就是环形构造。数据在一个方向从一个控制单元向另一个控制单元进展传播，这个过程不断继续进展，直至到首

59、先发送数据的控制单元又接纳到这些数据为止。 2环状构造简单，传输线少，数据传输率高。 3光纤传输信号不会产生任何电磁干扰，也不会受电磁干扰的影响。. 4Bluetooth总线网络 Bluetooth总线网络，又称“蓝牙技术，实践上是指一种短间隔无线电通讯技术。 在图12-8中，蓝牙技术用于车载与听筒的无线电通讯。当用耳机收听收音机或CD机或电视机的声音时，也可用无线电通讯，免去了电线衔接的费事，运用起来更方便。 “Bluetooth直译为“蓝色牙齿的意思，简称“蓝牙。“蓝牙是10世纪丹麦一位国王的绰号，绰号的缘由是这位国王爱吃蓝梅，所以牙齿常带着蓝色。“蓝牙国王在历史上曾将如今的挪威、瑞典和丹

60、麦一致同来，所以“蓝牙一词演化具有意味“一致的文化含义。命名者运用“蓝牙一词命名短间隔无线通讯技术，意在一致无线局域网通讯规范。 . 蓝牙技术使得现代一些随便携带的挪动通讯设备、固定通讯设备、笔记本电脑、数字照相机、数字摄像机等，不用借助电缆而以无线电就能联网， 蓝牙系统的特点如下： 1蓝牙系统数据传输采用频率为2.40GHz到2.48GHz频段的无线电波，属于ISM频段，该频段在世界范围内无须协议或付费。 2蓝牙安装微型模块化。由于所运用波长特别短，可将天线、控制器、编码器、发送器和接纳器均集成在蓝牙微型模块内。 3蓝牙设备之间的数据传输无需复杂设定。蓝牙设备在运用前，用一种称为PIN的识别