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1第一章概述（4学时）内容提要1．介绍本课程主要内容。2．了解汽车电工电子技术的发展历程。3．了解汽车电工电子技术在整车系统中的地位。4．掌握单片机的概念和分类。5．了解常用单片机的类型、特点和用途。6．掌握数制、编码等相关知识。学习内容课程介绍（0.5学时）介绍本课程主要内容。1.引入单片机从20世纪60年代开始，随着电子技术的发展，汽车性能迅猛提高，汽车朝着电子化方向发展。电子装置占整车成本越来越高。目前，为解决汽车面临的使用舒适安全、能源消耗、污染排放等问题，采用电脑为控制中心的控制系统，在功能上不断增强且日渐完善。汽车电控系统主要有：发动机电控系统，汽车传动电控系统，汽车转向和行驶电控系统，保证行车安全的电控系统，满足舒适性和娱乐性的电控系统，汽车工程监控及信息管理电控系统。汽车控制系统主要包含三大部分：传感器、ECU（电子控制单元）、执行机构。传感器主要作用是采集控制系统所需的信号。相当于人的感知器官，感受外界的相关信息。2ECU相当于人的大脑，是按照预定程序和数据自动地对各种传感器和开关的输入信号进行运算、分析、判断、处理，并根据信号处理结果向执行器发出命令，控制执行器工作，从而控制汽车运行的电子设备。执行机构受ECU控制，具体执行某项控制功能的装置。相当于人的四肢，做出具体的动作。显然，在整个系统中，ECU是核心部分，是完成系统工作、实现系统功能的关键。传感器--ECU（电子控制单元）--执行机构ECU的核心是单片机。单片机的内容包括：第一章概述第二章MCS-51单片机内部结构和原理第三章MCS-51单片机指令系统与程序设计第四章MCS-51单片机中断、定时系统及串行数据通信第五章MCS-51单片机技术第六章汽车单片机与电子控制单元2.引入车载网络传统的汽车中，各种电子电器设备之间用导线、插接件连接。从发动机控制到传动系统控制，从行驶、制动、转向系统控制，到安全保证系统和仪表报警系统，从电源管理到舒适系统，每种功能的控制操作都要集中在驾驶室进行，各个系统都必须用导线和插接件连接到驾驶室的操控台。随着汽车动力驱动系统、舒适系统和信息娱乐系统内各种电子控制系统的不断增加，这些连接所需要的导线和插接件随之急剧增加，从而引发了汽车厂商和设计人员的思考。比如1960年，平均每台汽车使用各种导线200米，插接件200芯；1985年，平均每台汽车使用各种导线1400米，插接件1000芯；1990年，平均每台汽车使用各种导线2000米，插接件1800芯。导线和插接件的增加带来以下问题：整个汽车内部的布线复杂、凌乱，线束粗大，安装困难；占用车内空间大，影响整体布局的优化；故障率随之增加，降低了汽车的可靠性；3线束布置复杂，可维护性变差；大量的铜材消耗增加了汽车的成本；增加了整车的质量，影响经济性能的提高。20世纪八十年代以后，出现了基于数据通信的车载网络，从而为提高汽车性能和减少线束数量了提供了有效的解决途径。第一章概述第一节汽车电工电子技术的发展（0.5学时）一、汽车电工电子技术的发展历程20世纪初英弗莱明电子管美德福雷斯特真空三极管1947年美三位科学家晶体管1958年美杰克基尔比集成电路七八十年代汽车电控技术以微机为核心的微机控制系统，采用不同局域网标准通信。二、汽车电工电子技术在整车系统中的地位汽车电工电子技术的发展及在汽车上的广泛应用使得汽车的各项性能指标获得较大改善，可以在各种工况下始终处于较佳工作状态。电工电子技术使汽车、道路、环境和乘员间形成完整的系统，这一结合是机械方法无法实现的。汽车电子控制设备成本低，控制精确，使用寿命长，对汽车的性能至关重要，其通用性较好，便于维修和更换。电子技术的发展使得电子电路高度集成化，体积小、使用方便等优点使电子设备成本越来越低，品种越来越多。在未来的汽车发展上，机械方面的发展空间越来越小，而汽车电子设备会得到较快较大的发展。第二节单片机的基础知识（1学时）一、单片机的概念和分类1.定义：单片机是将微处理器、一定容量的RAM和ROM、I/O口、定时器、计数器等电路集成在一块芯片上构成的单片微型计算机。2.分类：常用的单片机类型有MCS-51系列单片机、PIC系列单片机、MSP430单片机等；单片机按照级别还可大致分为军用级、商业级和工业级。二、常用单片机的类型、特点和用途1.MCS-51系列单片机4MCS-51系列单片机及其兼容产品的生产厂家很多，已经应用于各种领域。2.PIC系列单片机PIC系列单片机由美国Microchip公司设计生产，广泛应用于各种电子产品、汽车电子及工业控制等领域。其特点有：采用哈佛结构，流水线结构，寄存器组结构，精简指令系统且种类齐全。3.MSP430单片机MSP430系列单片机是美国德州仪器公司设计生产的一种16位单片机，采用精简指令系统，具有运算处理能力强、极低的功耗、开发方便灵活等优点。该系列单片机均为工业级，适合工业环境下使用。4．AVR单片机三、单片机的发展趋势单片机从8位机、16位机到32位机，功能各具特色，目前正朝着高性能和多样化方向发展，体积小、功耗小、容量大、性能高、低价格等成为发展新产品的要求，最重要的是实现应用系统与控制对象的最佳结合，即将单片机的基本组成单元与模拟、数字外设集成在一个芯片上而组成的片上系统，形成SoC化趋势，显示单片机的智能化控制能力。四、单片机在汽车上的应用电子技术的迅速发展使得单片机在汽车上广泛使用。点火系统ECU，废气再循环控制系统ECU，自动变速器ECU，悬架控制ECU，自动空调系统ECU，制动防抱死系统ECU，安全气囊ECU，雷达防撞ECU等系统电控单元中都有单片机的身影。在以后的汽车发展中，单片机会出现于更多的部分，使汽车的性能得到真正的提高。第三节数制与编码（2学时）一、单片机与C语言的关系1.基本的单片机系统：单片机芯片+软件程序2.C语言程序：用来开发单片机程序。二、数制的概念与基本表示方法1.数据：数值数据------------如+15,-7.15等非数值数据------------如字母（A,B,C…),符号（=，+，＆)等2.PIC系列单片机。在单片机中，信息都是以二进制编码形式来进行储存的。2.单片机中为什么要采用二进制？（1）这是由单片机所连接的外设电路所决定的；（2）采用二进制的优点：运算简单、电路实现方便，成本低廉。三、数制数制也称进位制，是按进位方式实现计数的一种规则。单片机中常用的有3种数制：二进制、十进5制和十六进制。数制有两个基本要素：一是基数，表示某种数制具有的数字符的个数以及进位的规则；二是位权，表示一个进位计数制的数中不同数位上数字的单位数值，第i位的位权即为基数的i次幂。1．十进制（Decimal，用D表示）2．二进制（Binary，用B表示）3．十六进制（Hexadecimal，用H表示）四、数制的转换1．十进制与二进制转换。2．十进制与十六进制转换。3.二进制与十六进制转换。五、编码1．二—十进制编码——BCD（BinaryCodedDecimal）码。1位十进制数用4位二进制编码来表示的方法很多，最常用的是8421BCD码，简称BCD码。4位二进制数从左至右各位的位权分别为8、4、2、1，4位权之和即为所表示的1位十进制数。8421BCD码如表1-2所示。2．ASCⅡ（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）码ASCⅡ码是一种字符编码，是美国信息交换标准代码的简称，它由7位二进制数码构成，共有128个字符。详细表格请读者查阅相关资料。六、基本逻辑运算与、或、非、异或。七、进制单位1.位（Bit）。位是单片机所能表示的最小数据单位，即1位二进制数。2.字节（Byte）8位二进制数称为一个字节。3.字（Word）16位二进制数称为一个字，一个字有两个字节。4.K、KB、MB、GB和TB1K=210B=10241KB=1024×8（Bit）=1024B（Byte）1MB=220B=1024KB1GB=230B=1024MB1TB=240B=1024GB课后总结：6第二章MCS-51单片机内部结构和原理（8学时）内容提要1．掌握51系列单片机的基本结构及功能、引脚分布及功能。2．了解程序存储器、数据存储器。3．了解I/O端口的结构及使用方法、时钟电路、工作方式。学习内容第一节MCS-51单片机内部结构与封装（2学时）一、MCS-51单片机基本结构及功能MCS-51单片机是由8位CPU、程序存储器（EPROM/ROM）、数据存储器（RAM）、并行I/O口、串行I/O口、定时器/计数器、中断系统、振荡器和时钟电路等部分组成，各部分通过内部总线相连。MCS-51单片机系统结构如图2-1所示。1．中央处理器（CPU）中央处理器是MCS-51单片机的核心，完成运算和控制操作。故CPU由运算器和控制器两大部分组成。（1）运算器。用来完成算术运算、逻辑运算和位操作。它由算术/逻辑单元（ALU）、累加器A、寄存器B、暂存寄存器、程序状态字寄存器PSW等组成。算术/逻辑单元（ALU）由加法器和相应的控制器逻辑电路组成，可实现8位数据的加减乘除算术运算和与、或等逻辑运算，又具有位处理功能。累加器A是一个非常常用的寄存器。运算时将一个操作数经暂存寄存器送至ALU，与另一个来自暂存寄存器的操作数在ALU中运算，结果又送入累加器A中。7寄存器B在乘、除运算时用来存放一个操作数，也用来存放结果的一部分。暂存寄存器用来暂时存放数据总线和其他寄存器送来的操作数。程序状态字寄存器PSW是状态标志寄存器，用来保存ALU运算结果的特征和处理状态。（2）控制器。用来统一控制和协调单片机进行工作的部件。由程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID和定时及控制逻辑电路等部分组成。程序计数器PC是16位计数器，总是存放下一条要读取指令所在存储单元的16位地址。每取完一个字节后PC自动加1。单片机复位时PC自动清0，即装入地址0000H。指令寄存器IR用来保存当前正在执行的一条指令。指令译码器ID用来翻译操作码，确定所要执行的操作。定时与控制逻辑是CPU的核心部件，它控制读指令、执行指令、存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种操作控制信号，协调各部件工作。2．存储器MCS-51单片机的存储器物理上设计成程序存储器和数据存储器两个独立空间。3．定时器/计数器MCS-51单片机有2个16位定时器/计数器，实现定时和计数功能。4．并行I/O口MCS-51单片机有4个8位I/O口，即P0、P1、P2和P3，实现数据并行输入输出。5．串行口MCS-51单片机有一个全双工串行口（UART），利用P3.0（RXD）和P3.1（TXD）实现单片机与外设的数据传送。6．中断控制系统MCS-51单片机有5个中断源，包括2个外部中断，2个定时/计数中断，1个串行中断。有高级和低级两个优先级。7．时钟电路主要为单片机产生时钟脉冲序列，石英晶体和微调电容需要外接，典型晶振频率为11.0592MHz、12MHz和24MHz，微调电容容量为20pF～30pF。8．总线为了减少单片机的连线和引脚，提高集成度和可靠性，系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的，因此有三种总线，即地址总线、数据总线和控制总线。二、MCS-51单片机引脚分布及功能89C51的引脚结构有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。1.电源引脚VCC和VSSVCC（40脚）：电源端，接+5V。VSS（20脚）：接地端，有时标为GND。2．时钟信号引脚XTAL1和XTAL2XTAL1（19脚）：接外部晶振和微调电容的一端，也是外部时钟源的输入端。8XTAL2（18脚）：接外部晶振和微调电容的另一端，采用外部时钟源时该脚悬空。判断单片机的振荡电路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。3．输入/输出端口P0、P1、P2和P3P0口（32～39脚）：8位漏极开路型双向并行I/O口。P1口（1～8脚）：8位具有内部上拉电阻的准双向I/O口。P2口（21～28脚）：