課題一 汽車車載網(wǎng)絡技術基礎.ppt

1、課題一汽車車載網(wǎng)絡技術基礎,任務一了解汽車電子控制技術 任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,任務一了解汽車電子控制技術,一、任務工作頁 先由學生熟悉如下工作頁，了解本任務內容。在學習該任務所涉及的知識后，在老師的指導下完成本任務，同時完成工作頁內容的填寫。 二、任務所涉及的知識 （一）汽車電子控制技術的發(fā)展概況 汽車電子控制技術是汽車技術與電子技術結合的產物，并伴隨著汽車油耗法規(guī)、排放法規(guī)、安全法規(guī)要求的提高和電子技術的進步而逐步發(fā)展到當今的水平。世界汽車電子控制技術的發(fā)展過程大致可分為分立電子元件控制、集成電路控制和微型計算機控制個階段。,下一頁,返回,任務一了解汽車電子控制技術,第一

2、階段（年）：汽車電子設備主要采用分立電子元件組成電子控制器，從而揭開了汽車電子時代的序幕，并由分立電子元件產品向集成電路產品過渡。其主要產品有二極管整流式交流發(fā)電機、電子式電壓調節(jié)器、電子式點火控制器、電子式閃光器、電子式間歇刮水控制器、晶體管收音機、數(shù)字時鐘等。,上一頁,下一頁,返回,任務一了解汽車電子控制技術,第二階段（年）：汽車電子設備廣泛采用集成電路和位微處理器進行控制，主要開發(fā)研究專用的獨立控制系統(tǒng)。其主要產品有電子燃油噴射系統(tǒng)、空燃比反饋控制系統(tǒng)、電子控制自動變速系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、座椅安全帶收緊系統(tǒng)、車輛防盜系統(tǒng)、巡航控制系統(tǒng)、車輛導航系統(tǒng)、車身高度自動控制系統(tǒng)、

3、故障自診斷系統(tǒng)等。 第三階段（年）：汽車電子設備廣泛應用位或位字長的微處理器進行控制，控制技術向智能化方向發(fā)展。其主要產品有發(fā)動機燃油噴射與點火綜合控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、區(qū)域網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、四輪轉向控制系統(tǒng)、輪胎氣壓控制系統(tǒng)、聲音合成與識別系統(tǒng)、自動防追尾碰撞系統(tǒng)和自動駕駛系統(tǒng)等。,上一頁,下一頁,返回,任務一了解汽車電子控制技術,（二）電子控制技術在汽車上的應用 隨著汽車電子控制技術的發(fā)展，世界各國在汽車的各個系統(tǒng)競相采用電子控制裝置。目前比較多見、成熟的汽車電子控制系統(tǒng)主要有動力傳動總成的電子控制、底盤電子控制、車身電子控制、信息通信系統(tǒng)等。 動力傳動總成的電子控制 動力傳動總成的電子控

4、制主要包括發(fā)動機電子控制、變速箱電子控制和動力總成的整體控制等。它用于實現(xiàn)低油耗、低污染，減少動力傳動系統(tǒng)的沖擊，減輕駕駛員的疲勞，提高汽車的動力性、經(jīng)濟性和舒適性。,上一頁,下一頁,返回,任務一了解汽車電子控制技術,底盤電子控制 底盤電子控制包括懸架的電子控制、防抱死制動控制（）、驅動防滑控制（）、電子控制動力轉向（）、四輪轉向（）控制、巡航控制（）系統(tǒng)等。 車身的電子控制 車身電子控制包括安全氣囊電子控制、車用空調控制、防盜系統(tǒng)、門鎖控制、車燈控制、雨刷控制等。,上一頁,下一頁,返回,任務一了解汽車電子控制技術,（三）汽車電子控制技術的發(fā)展趨勢 隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代汽車

5、上，電子技術的應用越來越廣泛。今天的汽車已經(jīng)逐步進入了計算機控制的時代。電子技術在解決提高汽車性能、環(huán)保、能源、安全等問題中占有不可替代的重要地位。世紀，汽車將應用電子計算機網(wǎng)絡和信息技術，在汽車與社會緊密相連方面具有較大進展，包括廣泛應用全球定位系統(tǒng)（）和廣泛使用車載信息系統(tǒng)，以及采用多路傳輸系統(tǒng)來集成汽車所有零部件的電子控制模塊，使整個汽車電子系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)融合、故障診斷和一定的自我修復功能。,上一頁,下一頁,返回,任務一了解汽車電子控制技術,汽車電子控制趨于集中化 自動調速汽車與自動化高速公路 未來汽車移動的辦公室,上一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,一、任務工作頁 先由學生熟悉

6、如下工作頁，了解本任務內容。在學習該任務所涉及的知識后，在老師的指導下完成本任務，同時完成工作頁內容的填寫。 二、任務所涉及的知識 本項任務主要是使學生掌握-單片機的結構和原理。要完成任務，有必要先了解-單片機的內部組成及信號引腳、工作方式、具體應用、內部組成的擴展技術等知識。,下一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,單片機的發(fā)展意義：單片微型計算機是微型計算機的一個重要分支，簡稱單片機。單片微型計算機是把組成微型計算機的各個功能部件中央處理器（）、隨機存取存儲器（）、只讀存儲器（）、輸入輸出（）接口、定時器、計數(shù)器及串行通信接口等采用大規(guī)模集成技術集成制作在一塊芯片中，構成一個完整的微

7、型計算機。它特別適用于控制領域，其結構和指令功能都是按照工業(yè)控制要求來設計的，因而又叫做單片微控制器（ ），在國外也把它叫做單片微型計算機（）。單片機出現(xiàn)的歷史并不長，它的產生和發(fā)展與微處理器大體上同步，其發(fā)展過程通?？梢苑譃橐韵聨讉€階段。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,第一階段（年） 這是單片機發(fā)展的起步階段。年月，美國公司推出了微處理器，這是最早出現(xiàn)的微處理器。 第二階段（年） 這是初級單片機階段，此階段以公司的為代表，該系列單片機無串行口，其尋址范圍不大于。這個階段生產的單片機已經(jīng)能夠在單塊芯片內集成有位中央處理器、隨機存取存儲器、只讀存儲器、并行輸入輸出接口、位

8、定時器計數(shù)器等功能部件，但性能低、品種少，應用范圍也不廣。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,第三階段（年） 此階段為高性能單片機階段。這一階段的單片機一般帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)、位定時器計數(shù)器，它和前兩個階段相比，其存儲容量和尋址范圍增大，而且中斷源、并行接口和定時器個數(shù)有了不同程度的增加；在指令系統(tǒng)方面普遍增加了乘除法和比較指令，有的片內還帶有轉換器接口。此類單片機有公司的-、公司的和公司的等，這類單片機的應用領域非常廣泛，其中-系列產品以其優(yōu)良的性價比，特別適用于我國的各相關領域。目前，-已經(jīng)在國內的各個領域得到廣泛應用。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握-單

9、片機的結構和原理,第四階段（年以后） 此階段為位單片機和位單片機并行發(fā)展的時代。最早的位微處理器出現(xiàn)在年，現(xiàn)在位微處理芯片已經(jīng)進入超大規(guī)模集成電路行列，如就包含了個器件。此階段一方面發(fā)展位單片機及專用單片機，另一方面不斷完善高檔位單片機以滿足不同的用戶需要。位單片機的特點是工藝先進、集成度高和內部功能強、運算速度快，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言，如、和語言等，具有代表性的產品有系列、公司的、公司的系列和公司的等。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,第五階段 位單片機。年公司的位微處理器問世，真正在市場中開始廣泛應用的位微處理器是年由公司推出的，它集成了個器件。 單

10、片機按其應用領域主要劃分為以下個方面。 智能化儀器儀表 實時工業(yè)控制 網(wǎng)絡與通信 家用電器 計算機智能終端,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,（一）-單片機的內部組成及信號引腳 -單片機的片內結構如圖-所示。單片機是把那些作為控制應用所必需的基本功能部件都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。它由如下功能部件組成：中央處理器（），隨機存儲器（），程序存儲器（，沒有此部件），個位并行口（口、口、口、口），個串行口，個位定時器計數(shù)器，中斷系統(tǒng)，特殊功能寄存器（，）。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握-單片機的結構和原理,1.圖1-2-1中的各功能部件 (1)中央處理器 MCS-5

11、1單片機中有1個8位的CPU，與通用的CPU基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的位處理功能。 (2)隨機存儲器 隨機存儲器片內為128B (52子系列的為256B)，片外最多可外擴64 KB。片內的128 B的RAM，以高速RAM的形式集成在單片機內，可以加快單片機運行的速度，而且這種結構的RAM還可以降低功耗,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(3)程序存儲器 程序存儲器用來存儲程序，8031無此部件;80s1為4KB的ROM; 87s1則為4KB的EPROM。如果片內只讀存儲器的容量不夠，片外最多可外擴只讀存儲器的容量至64 KB

12、(4)中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權 (5)定時器/計數(shù)器 片內有2個16位的定時器/計數(shù)器(52子系列有3個16位的定時器/計數(shù)器)，具有4種工作方式,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(6)串行口 I個全雙工的串行口，具有4種工作方式。它可用來進行串行通信，擴展并行I/ O口，甚至與多個單片機相連構成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強，且應用更廣。 (7) Pl口、P2口、P3口、PO口 P1口、P2口、P3口、PO口為4個并行8位I/O口。 (8)特殊功能寄存器 特殊功能寄存器共有21個，用于CPU對片內各功能部件進行管理、控制、監(jiān)視。它實際

13、上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2. MCS-51單片機的引腳 要掌握MCS-51單片機，應首先了解MCS-51單片機的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能。MCS-51以及80051系列中各種型號芯片的引腳是互相兼容的。制造工藝為HMOS的MCS-51單片機都采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP )方式，如圖1-2-2所示，目前大多數(shù)引腳為此類封裝方式。制造工藝為CHMOS的80031/80051/87051單片機，除采用DIP封裝方式外，還采用方形封裝方式，為44只引腳(其中4只是無用的引腳)，如圖1-

14、2-3所示。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(二)MCS-51單片機的中央處理器 1.運算器 運算器主要用來對操作數(shù)進行算術、邏輯運算和位操作。運算器主要包括算術/邏輯運算單元(ALU) ,累加器A、程序狀態(tài)字寄存器(PST)以及BCD碼修正電路等 (1)算術/邏輯運算單元 ALU的功能十分強大，它不僅可對8位變量進行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補和清0等基本操作，還可以進行加、減、乘、除等基本算術運算。MCS-51單片機的ALU還具有位處理操作功能，它可對位(bit)變量進行位處理，如置位、清0、求補、測試轉移及邏輯“與”、“或”等操作,上一頁,下

15、一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(2)累加器A 累加器A是一個8位的暫存器，也可記作Acc累加器的作用是: 1)累加器A是ALU單元的輸入數(shù)據(jù)源之一，它又是ALU運算結果的存放單元。 2) CPU中的數(shù)據(jù)傳送大多都通過累加器A，故累加器A又相當于數(shù)據(jù)的中轉站。為克服累加器結構所具有的“瓶頸堵塞”現(xiàn)象，MCS-51單片機增加了一部分可以不經(jīng)過累加器的傳送指令，這樣，可減少累加器的“瓶頸堵塞”現(xiàn)象。 累加器A的進位標志Cy是特殊的，因為它同時又是中央處理器的位累力口暑懸。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(3)程序狀態(tài)字寄存器 MCS-51單片

16、機的程序狀態(tài)字寄存器PSW ( program status word)位于單片機片內的特殊功能寄存區(qū)，字節(jié)地址為DOH。 PSW的不同位包含了程序運行狀態(tài)的不同信息，PSW的格式如圖1-2-4所示。 2.控制器 控制器的主要任務是識別指令，并根據(jù)指令的性質去控制單片機各功能部件，從而保證單片機各部分能自動而協(xié)調地工作。 控制器主要包括程序計數(shù)器、程序地址寄存器、指令寄存器(IR)、指令澤碼器、條件轉移邏輯電路及時序控制邏輯電路。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(三)MCS-51單片機存儲器的結構 MCS-51單片機存儲器采用的是哈佛(Har- vard )結

17、構，即程序存儲器空間和數(shù)據(jù)存儲器空間各自獨立。MCS-51單片機的存儲器空間可劃分為以下5類。 1)程序存儲器:MCS-51單片機能夠按照一定的次序進行工作，是由于程序存儲器中存放了經(jīng)調試正確的應用程序和表格之類的固定常數(shù)。程序存儲器可以分為片內和片外兩部分。8031由于無內部程序存儲器，所以只能通過外部擴展程序存儲器來存放程序。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2)內部數(shù)據(jù)存儲器:MCS-51單片機內部有128 B的隨機存取存儲器，用作處理問題的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 3)特殊功能寄存器:SFR實際上是MCS-51單片機各功能部件的狀態(tài)及控制寄存器。SFR綜合地、實際地

18、反映了整個單片機系統(tǒng)內部的工作狀態(tài)及工作方式。 4)位地址空間:MCS-51單片機內共有211個可尋址位，構成了位地址空間。它們存在于內部RAM(共有128個)和特殊功能寄存器區(qū)(共有83個)中 5)外部數(shù)據(jù)寄存器:當MCS-51單片機的片內RAM不夠用時，又給用戶提供了在片外可擴展64 KB的RAM的能力，至于究竟擴展多少，則根據(jù)用戶實際需要來定。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(四)I/O端口、時鐘電路與時序 MCS-51單片機共有4個雙向的8位并行I/O端口(port)，分別記作P0P3。端口的每一位均由鎖存器、輸出驅動器和輸入緩沖器所組成。各口除了按字

19、節(jié)輸入/輸出外，它們的每一條口線也可以單獨作為位輸入/輸出線。 P1口、P2口、P3口是3個8位準雙向的I/O口，當這3個口用作通用I/ O口時，在輸入引腳信息前，向對應的鎖存器寫1，使這3個口處于無高阻的“浮空”狀態(tài) 而雙向口PO口線除了作為輸入/輸出外，還可處于高阻的“浮空”狀態(tài)，故稱為雙向三態(tài)I/O口。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,1.P0口的結構 P0口的字節(jié)地址為80H，位地址為80H 87H。口的各位口線具有完全相同但又相互獨立的邏輯電路，P0口某一位的位結構如圖1-2-7所示。 2 .P1口 P1口是MCS-51單片機的唯一單功能口，字節(jié)地址為

20、90H，位地址為90H 97H, Pl口某一位的位結構如圖1-2-8所示。 3. P2口 P2口的字節(jié)地址為A0H，位地址為A0H A7H。P2口某一位的位結構如圖1-2-9所示。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,4.P3口 P3口的字節(jié)地址為BOH，位地址為BOHB7 H 。P3口某一位的位結構如圖1-2-10所示。 5.P0P3口功能總結 1. P0 P3口都是并行I/O口，都可用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，但P0口和P2口除了可進行數(shù)據(jù)的輸入/輸出外，通常用來構建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線，所以在電路中有一個多路轉接開關，以便進行兩種用途的轉換。而P1口和P3口沒有

21、構建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線和地址總線的功能，因此，在電路中沒有多路轉接開關。由于PO口可作為地址/數(shù)據(jù)復用線使用，需傳送系統(tǒng)的低8位地址和8位數(shù)據(jù)，因此MUX的一個輸入端為“地址/數(shù)據(jù)”信號。而咫口僅作為高位地址線使用，不涉及數(shù)據(jù)，所以MUX僅有的一個輸入信號為“地址”。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2)在4個口中只有PO口是一個真正的雙向口，P1 P3這3個口都是準雙向口。其原因是在應用系統(tǒng)中，P0口作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線使用時，為保證數(shù)據(jù)的正確傳送，需要解決芯片內外的隔離問題，即只有在數(shù)據(jù)傳送時芯片內外才接通;不進行數(shù)據(jù)傳送時，芯片內外應處于隔離狀態(tài)為此，要求P0口

22、的輸出緩沖器是一個三態(tài)門。 3) P3口的口線具有第二功能，為系統(tǒng)提供一些控制信號。因此，在P3口電路增加了第二功能控制邏輯，這是P3口與其他各口的不同之處,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,6.時鐘電路與時序 時鐘電路用于產生MCS-51單片機工作時所必需的時鐘控制信號。MCS-51單片機的內部電路在時鐘信號控制下，嚴格地按時序執(zhí)行指令進行工作。而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號在時間上的關系。 (1)時鐘電路 MCS-51單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準的，有條不紊一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機

23、系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路設計有兩種方式，一種是內部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(2)機器周期、指令周期與指令時序 單片機執(zhí)行指令的過程均是在CPU控制器的時序控制電路的控制下進行的各種時序均與時鐘周期有關。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(五)MCS-51單片機的工作方式 1.指令與程序概述 指令是規(guī)定計算機執(zhí)行某種操作(如加、減等)的命令，CPU是根據(jù)指令來指揮和控制計算機各部分協(xié)調地工作，完成規(guī)定的操作。指令是由二進制代碼表示的，通常指令分為操作碼和操作數(shù)兩部分。操作碼規(guī)定操作的類型

24、，操作數(shù)給出參加操作的數(shù)據(jù)和存放數(shù)據(jù)的地址。計算機全部指令的集合稱為指令系統(tǒng)，指令系統(tǒng)的性能與計算機硬件密切相關，不同的計算機指令系統(tǒng)不完全相同，程序工程師根據(jù)任務要求有序地編排指令的集合，程序的編制稱為程序設計。為了運行和管理計算機所編制的各種程序的總和稱為系統(tǒng)軟件，一般單片機中沒有系統(tǒng)軟件，而只能裝載用戶自己編制的應用軟件。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2. CPU的工作原理 在執(zhí)行程序中起關鍵作用的是CPU,所以首先介紹CPU的工作原理。 CPU主要由運算器和控制器這兩大部分組成。控制器根據(jù)指令碼產生控制信號，使運算器、存儲器、輸入/輸出端口之間能自動

25、協(xié)調地工作，運算器用于進行算術、邏輯運算以及位操作處理等。 (1)控制器 控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制計算機工作的部分，它的功能是接收來自存儲器中的逐條指令，進行指令澤碼，并通過定時和控制電路，在規(guī)定的時刻發(fā)出各種操作所需的全部內部控制信息及CPU外部所需的控制信號，使各部分協(xié)調工作，完成指令所規(guī)定的各種操作。它由指令部件、時序部件和操作控制部件等三部分組成。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(2)運算器 運算器是用于對數(shù)據(jù)進行算術運算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術/邏輯運算單元、累加器Acc (accumulator) ,暫存寄存器、程序狀態(tài)字寄存器、通用寄存器

26、、BCD碼運算調整電路等為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作功能，片內增加了一個通用寄存器區(qū)和一些專用的寄存器，而且還增加了位處理邏輯電路的功能。在進行位操作時，進位位Cv作為位操作累加器，整個位操作系統(tǒng)構成一臺布爾處理器。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,3.單片機執(zhí)行程序過程 單片機的工作過程實質就是執(zhí)行所編制程序的過程，即逐條執(zhí)行指令的過程計算機每執(zhí)行一條指令都可分為3個階段進行，即取指令、分析指令和執(zhí)行指令 取指令階段的任務是:根據(jù)程序計數(shù)器中的值，從程序存儲器讀出現(xiàn)行指令，送到指令寄存器 分析指令階段的任務是:將指令寄存器中的指令操作碼取出后進行澤碼，分析其指令性

27、質。如指令要求操作數(shù)，則尋找操作數(shù)地址。 執(zhí)行指令階段的任務是:取出操作數(shù)，然后按照操作碼的性質對操作數(shù)進行操作，即執(zhí)行指令。 計算機執(zhí)行程序的過程實際上就是逐條指令地重復上述操作過程，直至遇到停機指令或循環(huán)等待指令,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(六)MCS-51單片機指令系統(tǒng)概述與詳解 1.指令系統(tǒng)概述 MCS-51單片機指令系統(tǒng)是一種簡明易掌握、效率較高的指令系統(tǒng)。 MCS-51單片機的基本指令共111條，按指令在程序存儲器中所占的字節(jié)來分，其中，單字節(jié)指令49條，雙字節(jié)指令45條，三字節(jié)指令17條 按指令的執(zhí)行時間來分，其中，1個機器周期(12個時鐘振

28、蕩周期)的指令64條，2個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的指令45條，只有乘、除兩條指令的執(zhí)行時間為4個機器周期(48個時鐘振蕩周期)。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2.指令格式 指令的表示方法稱為指令格式，一條指令通常由兩部分組成，即操作碼和操作數(shù)。操作碼用來規(guī)定指令進行了什么操作，而操作數(shù)則是指令操作的對象。操作數(shù)可能是一個具體的數(shù)據(jù)，也可能是指出到哪里取得數(shù)據(jù)的地址或符號。 1)單字節(jié)指令:指令只有一個字節(jié)，操作碼和操作數(shù)同在一個字節(jié)中 2)雙字節(jié)指令:雙字節(jié)指令包括兩個字節(jié)，其中一個字節(jié)為操作碼，另一個字節(jié)是操作數(shù)。 3)三字節(jié)指令:在三字節(jié)指令中，

29、操作碼占一個字節(jié)，操作數(shù)占兩個字節(jié)，其中操作數(shù)既可能是數(shù)據(jù)，也可能是地址。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,3.指令系統(tǒng)的尋址方式 (1)寄存器尋址方式 寄存器尋址方式就是操作數(shù)在寄存器中，因此指定了寄存器就能得到操作數(shù)。 (2)直接尋址方式 在這種尋址方式中，指令中操作數(shù)直接以單元地址的形式給出。該單元地址中的內容就是操作數(shù)。 (3)寄存器間接尋址方式 寄存器尋址方式就是寄存器中存放的是操作數(shù)，而寄存器間接尋址方式是寄存器中存放的是操作數(shù)的地址，即先從寄存器中找到操作數(shù)的地址，再按該地址找到操作數(shù)。由于操作數(shù)是通過寄存器間接得到的，因此稱之為寄存器間接尋址。,

30、上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(4)立即尋址方式 立即尋址方式就是操作數(shù)在指令中直接給出。出現(xiàn)在指令中的操作數(shù)即為立即數(shù)。為了與直接尋址指令中的直接地址相區(qū)分，需在操作數(shù)前面加前綴標志“#”。 (5)基址寄存器加變址寄存器間接尋址方式 這種尋址方式用于讀出程序存儲器中的數(shù)據(jù)到累加器A中。本尋址方式是以DPRT或PC作為基址寄存器，以累加器A作為變址寄存器，并以兩者內容相加形成的16位地址作為操作數(shù)的地址，以達到訪問數(shù)據(jù)表格的目的。 (6)位尋址方式 MCS-51單片機有位處理功能，可以對數(shù)據(jù)位進行操作，因此就有相應的位尋址方式。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌

31、握MCS-51單片機的結構和原理,(7)相對尋址方式 相對尋址方式是為解決程序轉移而專門設置的，為轉移指令所采用。指令系統(tǒng)中，有多條相對轉移指令，這些轉移指令多為二字節(jié)指令，但也有個別為三字節(jié)的 4. MCS-51單片機指令系統(tǒng)分類介紹 MCS-51單片機指令系統(tǒng)共有111條指令，按功能分類可分為下面5大類 1)數(shù)據(jù)傳送類(28條); 2)算術操作類(24條); 3)邏輯運算類(25條); 4)控制轉移類(17條); 5)位操作類(17條)。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(七)MCS-51單片機的中斷系統(tǒng) MCS-51單片機片內的中斷系統(tǒng)主要用于實時測控，即

32、要求單片機能及時地響應和處理單片機外部或內部事件所提出的中斷請求。由于這些中斷請求都是隨機發(fā)出的，如果采用定時查詢方式來處理這些中斷請求，則單片機的工作效率低，且得不到實時處理。因此，MCS-51單片機要實時處理這些中斷請求，必須采用具有中斷處理功能的部件中斷系統(tǒng)來完成。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,1.中斷的概念 當MCS-51單片機的CPU正在處理某件事情(如正在執(zhí)行主程序)時，單片機外部或內部發(fā)生的某一事件(如外部設備產生的一個電平的變化，一個脈沖沿的發(fā)生或內部計數(shù)器的計數(shù)溢出等)請求CPU迅速去處理，于是，CPU暫時中止當前的工作，轉到中斷服務處理程

33、序處理所發(fā)生的事件。中斷服務處理程序處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作(如繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序)，這稱為中斷。CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應過程，如圖1-2-16所示。對事件的整個處理過程，稱為中斷處理(或中斷服務)。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2. MCS-51單片機中斷系統(tǒng)的結構 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷請求源，具有兩個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷服務程序嵌套。用戶可以用關中斷指令“CLR EA”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“SET EA”來允許CPU接收中斷請求;每一個中斷源可以用軟件獨立地控

34、制為允許中斷或關中斷狀態(tài);每一個中斷源的中斷級別均可用軟件來設置。 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)結構示意圖如圖1-2-17所示。 3.中斷請求源 MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)共有5個中斷請求源(圖1-2-17),上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,4.中斷控制 (1)中斷允許寄存器IE MCS-51單片機的CPU對中斷源的開放或屏蔽，是由片內的中斷允許寄存器IE控制的。IE的字節(jié)地址為A8 H，可進行位尋位，其格式如圖1-2-20所示。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(2)中斷優(yōu)先級寄存器IP MCS-51單片機的中斷請求源有兩個中

35、斷優(yōu)先級，每一個中斷請求源可由軟件定為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套，所謂兩級中斷嵌套，就是CPU正在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷的服務程序時，可被高優(yōu)先級中斷請求所中斷，待高優(yōu)先級中斷處理完畢后，再返回低優(yōu)先級中斷服務程序。兩級中斷嵌套的過程如圖1-2-21所示。 關于各中斷源的中斷優(yōu)先級關系，可以歸納為下面兩條基本規(guī)則。 1)低優(yōu)先級可被高優(yōu)先級中斷，反之則不能 2)任何一種中斷(不管是高級還是低級)，一旦得到響應，不會再被它的同級中斷源所中斷。如果某一優(yōu)先級中斷，在執(zhí)行該中斷源的中斷服務程序時，則不能被任何其他中斷源的中斷請求所中斷,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機

36、的結構和原理,5.響應中斷請求的條件 一個中斷源的中斷請求被響應，需滿足以下必要條件。 1) CPU開中斷，即IE寄存器中的中斷總允許位EA=1 2)該中斷源發(fā)出中斷請求，即該中斷源對應的中斷請求標志為“1“ 3)該中斷源的中斷允許位=1，即該中斷沒有被屏蔽 4)無同級或更高級中斷正在被服務,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,6.外部中斷的響應時間 外部中斷的最短響應時間為3個機器周期。其中中斷請求標志位查詢占1個機器周期，而這個機器周期恰好是處于指令的最后一個機器周期，在這個機器周期結束后，中斷即被響應，CPU接著執(zhí)行一條硬件子程序調用指令LCALL以轉到相應的

37、中斷服務程序入口，則需要兩個機器周期。 外部中斷響應的最長時間為8個機器周期。這種情況發(fā)生在CPU進行中斷標志查詢時，剛好是開始執(zhí)行RETI或是訪問IE或IP的指令，則需把當前指令執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行一條指令后，才能響應中斷。執(zhí)行上述RETI或是訪問IE指令，最長需要2個機器周期;而接著再執(zhí)行的一條指令，我們按最長的指令(乘法指令MUL和除法指令DIV)來算，也只有4個機器周期;再加上硬件子程序調用指令LCALL的執(zhí)行需要2個機器周期，所以，外部中斷響應最長時間為8個機器周期。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,7.外部中斷的觸發(fā)方式選擇 外部中斷的觸發(fā)有兩種觸發(fā)方式

38、:電平觸發(fā)方式和跳沿觸發(fā)方式。 (1)電平觸發(fā)方式 若外部中斷定義為電平觸發(fā)方式，外部中斷中請觸發(fā)器的狀態(tài)隨著CPU在每個機器周期采樣到的外部中斷輸入線的電平變化而變化，這能提高CPU對外部中斷請求的響應速度。當外部中斷源被設定為電平觸發(fā)方式時，在中斷服務程序返回之前，外部中斷請求輸入必須無效(即變?yōu)楦唠娖?，否則CPU返回主程序后會再次響應中斷。所以電平觸發(fā)方式適合于外部中斷以低電平輸入而且中斷服務程序能清除外部中斷請求源(即外部中斷輸入電平又變?yōu)楦唠娖?的情況。如何清除電平觸發(fā)方式的外部中斷請求源的電平信號，將在后面介紹。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(

39、2)跳沿觸發(fā)方式 外部中斷若定義為跳沿觸發(fā)方式，外部中斷中請觸發(fā)器能鎖存外部中斷輸入線上的負跳變。即便是CPU暫時不能響應，中斷請求標志也不會丟失。在這種方式里，如果相繼連續(xù)兩次采樣，一個機器周期采樣到外部中斷輸入為高，下一個機器周期采樣為低，中斷中請觸發(fā)器則置+1，直到CPU響應此中斷時，該標志才清“0”。這樣不會丟失中斷，但輸入的負脈沖寬度至少保持12個時鐘周期(若晶振頻率為6 MHz，則為2s )，才能被CPU采樣到。外部中斷的跳沿觸發(fā)方式適合于以負脈沖形式輸入的外部中斷請求。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,8.中斷請求的撤銷 (1)定時器/計數(shù)器中斷請

40、求的撤銷 定時器/計數(shù)器中斷的中斷請求被響應后，硬件會自動把中斷請求標志位(TF0或TF1)清“0”，因此定時器/計數(shù)器中斷請求是自動撤銷的。 (2)外部中斷請求的撤銷 1)跳沿方式外部中斷請求的撤銷。 2)電平方式外部中斷請求的撤銷,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(3)串行口中斷請求的撤銷 串行口中斷請求的撤銷只有標志位清“0”的問題。串行口中斷的標志位是TI和RI，但對這兩個中斷標志CPU不進行自動清“0”。因為在響應串行口的中斷后，CPU無法知道是接收中斷還是發(fā)送中斷，還需測試這兩個中斷標志位的狀態(tài)，以判定是接收操作還是發(fā)送操作，然后才能清除。所以串行口

41、中斷請求的撤銷只能使用軟件的方法，在中斷服務程序中進行，即用如下的指令來進行串行口中斷標志位的清除。 CLR TI ;清TI標志位 CLR RI ;清RI標志位,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(八)MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器及應用 在工業(yè)檢測、控制中，許多場合都要用到計數(shù)或定時功能，如對外部脈沖進行計數(shù)、產生精確的定時時間等。MCS-51單片機內有兩個可編程的定時器/計數(shù)器T 1 , T0，以滿足這方面的需要。兩個定時器/計數(shù)器都具有定時器和計數(shù)器兩種工作模式。 1) 計數(shù)器工作模式。計數(shù)功能是對外來脈沖進行計數(shù)。 2)定時器工作模式。定時功能也是通過

42、計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內部，即每個機器周期產生一個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過1個機器周期的時間，計數(shù)器加1。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器具有4種工作方式(方式0、方式1、方式2和方式3)，其控制字均在相應的特殊功能寄存器中，通過對它的特殊功能寄存器的編程，用戶可方便地選擇定時器/計數(shù)器兩種工作模式和4種工作方式。 1.定時器/計數(shù)器的結構 MCS-51單片機的定時器/計數(shù)器結構如圖1-2-24所示，定時器/計數(shù)器TO由特殊功能寄存器THO , TLO構成，定時器/計數(shù)器T1由特殊功能寄存器TH1,

43、TL1構成。 定時器方式寄存器TMOD用于選擇定時器/計數(shù)器的工作模式和工作方式。定時器控制寄存器TCON用于控制TO , T1的啟動和停止計數(shù)，同時包含了T0 ,T1的狀態(tài)。TMOD , TCON這兩個寄存器的內容由軟件設置。單片機復位時，兩個寄存器的所有位都被清“0”,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,2.定時器/計數(shù)器的4種工作方式 (1)方式。 當M1 , M0為00時，定時器/計數(shù)器被設置為工作方式0，這時定時器/討數(shù)器的等效框圖如圖1-2-25所示。 (2)方式1 當M1, M0為O1時，定時器/計數(shù)器工作于方式1，這時定時器/計數(shù)器的等效電路如圖1-

44、2-26所示。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(3)方式2 方式0和方式1的最大特點是計數(shù)溢出后，計數(shù)器為全0。因此，在循環(huán)定時或循環(huán)計數(shù)應用時就存在反復裝入計數(shù)初值的問題。這不僅影響定時精度，而且也給程序設計帶來麻煩。方式2就是牛l一對此問題而設置的。 當M1, MO為10時，定時器/計數(shù)器處于工作方式2，這時定時器/計數(shù)器的等效框圖如圖1-2-27所示(以定時器T1為例，X=1) (4)方式3 方式3是為了增加一個附加的8位定時器/計數(shù)器而提供的，從而使MCS-51單片機具有3個定時器/計數(shù)器。方式3只適用于定時器/計數(shù)器T0，定時器/計數(shù)器T1不能工作在

45、方式3下。T1處于方式3時相當于TR1 =0，停止計數(shù)(此時T1可用作串行口波特率產生器)。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,3.定時器/計數(shù)器對輸入信號的要求 當MCS-51單片機內部的定時器/計數(shù)器被選定為定時器工作模式時，計數(shù)輸入信號是內部時鐘脈沖，每個機器周期產生一個脈沖使計數(shù)器增1，因此，定時器/計數(shù)器的輸入脈沖的周期與機器周期一樣，為時鐘振蕩頻率的1/12當采用12 MHz頻率的晶體時，計數(shù)頻率為1 MHz,輸入脈沖的周期間隔為1 s。由于定時的精度決定于輸入脈沖的周期，因此，當需要高分辨率的定時時，應盡量選用頻率較高的晶體。,上一頁,下一頁,返回,

46、任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(九)MCS-51單片機的串行口通信系統(tǒng) MCS-51單片機內部有一個功能強大的全雙工的異步通信串行口。所謂全雙工就是雙機之間串行接收、發(fā)送數(shù)據(jù)可同時進行。所謂異步通信，就是收、發(fā)雙方?jīng)]有同步時鐘來控制收、發(fā)雙方的同步傳送，而是靠雙方各自的時鐘來控制數(shù)據(jù)的異步傳送。要傳送的串行數(shù)據(jù)在發(fā)方是以數(shù)據(jù)幀形式一幀一幀地發(fā)送，通過傳輸線由收方一幀一幀地接收。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,MCS-51單片機的串行口有4種工作方式，波特率可由軟件設置片內的定時器/計數(shù)器來控制。每當串行口接收或發(fā)送一個字節(jié)完畢，均可發(fā)出中斷請求。M

47、CS-51單片機的串行口除了可以用于串行數(shù)據(jù)通信之外，還可以非常方便地用來擴展并行I/O口。 1.串行口的結構 MCS-51單片機串行口的內部結構如圖1-2-34所示。它有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，可同時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，接收緩沖器只能讀出不能寫入，兩個緩沖器共用一個特殊功能寄存器字節(jié)地址(99 H),上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(1)串行口控制寄存器SCON 串行口控制寄存器格式如圖1-2-35所示。SCON，字節(jié)地址98 H，可位尋址，位地址為98 H9FH。 (2)特殊功能寄存器PCON 特殊功能寄存器PCON

48、字節(jié)地址為87 H，沒有位尋址功能。PCON的格式如圖1-2-36所示。 2.串行口的4種工作方式 (1)方式。 串行口的工作方式。為同步移位寄存器輸入/輸出方式，常用于外接位寄存器，以擴展并行I/)口。這種方式不適用于兩個MCS-51單片機之間的串行通信。,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(2)方式1 SMO, SM1兩位為O1時，串行口以方式1工作。方式1真正用于數(shù)據(jù)的串行發(fā)送和接收。TXD腳分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。方式1收發(fā)一幀的數(shù)據(jù)為10位，1個起始位1個停止位，先發(fā)送或接收最低位。方式1的幀格式如圖1-2-40所示。 (3)方式2 串行口工作于方式2和

49、方式3下時，被定義為9位異步通信接口。每幀數(shù)據(jù)均為11位，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位(先低位)，1位可程控位(1或0)和1位停止位。方式2的幀格式如圖1-2-43所示,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(4)方式3 當SMO , SM1兩位為11時，串行口被定義工作在方式3下。方式3為波特率可變的9位異步通信方式，除了波特率外，方式3和方式2相同。方式3發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的時序波形如圖1-2-44和圖1-2-45所示。方式3的波特率由下式確定:,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,3.多機通信 多個MCS-51單片機可利用串行口進行多機通信。在

50、多機通信中，要保證主機與從機具有串行識別功能。串行口控制寄存器SOON中的SM2位就是為滿足這一條而設置的多機通信控制位。其多機控制原理是在串行口以方式2(或方式3)接收時，若SM2=1，表示置多機通信控制位。這時出現(xiàn)以下兩種可能情況。 1)接收到的第9位數(shù)據(jù)為1時，數(shù)據(jù)才裝入SBUF，并置中斷標志RI=1,向CPU發(fā)出中斷請求。 2)接收到的第9位數(shù)據(jù)則不產生中斷標志，信息將丟棄,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(十)MCS-51單片機I/ 0的擴展技術 1. I/O接口擴展概述 MCS-51單片機的I/ O(輸入/輸出)接口是MCS-51單片機與外部設備(簡

51、稱外設)交換信息的橋梁。因此，在多數(shù)應用系統(tǒng)中，MCS-51單片機都需要外擴I/ O接口電路。 1)實現(xiàn)和不同外設的速度匹配 2)輸出數(shù)據(jù)鎖存 3)輸入數(shù)據(jù)三態(tài)緩沖,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(2) I/O端口的編址 1)獨立編址方式 獨立編址方式就是I/ O地址空間和存儲器地址空間分開編址。其優(yōu)點是I/ O地址空間和存儲器地址空間相互獨立，界限分明。但卻需要設置一套專門的讀寫I/O的指令和控制信號。 2)統(tǒng)一編址方式 這種編址方式是把I/ 0端口的寄存器與數(shù)據(jù)存儲器單元同等對待，統(tǒng)一進行編址。統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點是不需要專門的I/()指令，直接使用訪問數(shù)據(jù)存儲器的指令進行I/O操作，簡單、方便,上一頁,下一頁,返回,任務二掌握MCS-51單片機的結構和原理,(3) I/O數(shù)據(jù)的幾種傳送方式 為了實現(xiàn)和不同外設的速度匹配，IO接口必須根據(jù)不同外設選