汽车单片机基础资料

单片机基础郝金魁2016年4月单片机的概念单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、存储器、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括脉宽调制电路、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。单片机是汽车各种电脑的核心部件。单片机的安装位置（君威LB8）单片机的安装位置与PC机比较与PC机比较体积小可靠性高——总线在芯片内，不易受干扰功能强——面向控制，实时控制功能强使用方便——应用系统的硬件设计非常简单性能价格比高容易产品化单片机的系列国际上比较流行的单片机有以下几种·Intel系列·Motorola系列.NEC系列·Philip系列.NS系列(美国国家半导体公司生产〉.Zilog系列(美国Zilog公司生产〉·ATMEL系列(美国ATMEL公司生产〉.MSP430系列(TI).ARM系列典型单片机生产厂家美国IntelMotorolaZilogNSMicrochipAtmelTI日本NECToshibaFujitsuHitachi荷兰Philips英国Inmos德国Siemens(Infineon)中国台湾Acer宏基Winbond华邦Holtek合泰凌阳单片机内部结构CPUCPU是微控制器的核心部件，它通常由运算器、控制器和中断电路等组成。CPU进行算术运算和逻辑操作,字长有4位、8位、16位和32位之分，字长越长运算速度越快，数据处理能力也就越强。CPU运算器运算器用于对二进制数进行算术运算和逻辑操作；由操作控制器控制其操作顺序。由算术逻辑单元ALU、累加器A、通用寄存器GR、暂存器TR和程序状态字寄存器PSW等五部分组成。CPU累加器（A）是一种暂存器，它用来储存计算所产生的中间结果。若没有累加器，那么在每次计算（加法，乘法，移位等等）后就必须要把结果写回到内部存储器，然后再读回来。数学逻辑单元（ALU）存取内部存储器的速度比存取累加器慢。CPU算术逻辑单元ALU(ArithmeticandLogicalUnit)，把传来的数据进行算术或逻辑运算，输入的两个数，分别来自累加器和暂存器。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。例如，两个数6和7相加，在相加之前，操作数6放在累加器中，7放在数据寄存器中，当执行加法指令时，ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器，取代累加器原来的内容6。CPU程序状态字寄存器PSW(ProgramStatusWord)存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息，如有无进位（CY位），有无溢出（OV位），结果正负（SF位），结果是否为零（ZF）位等；另一类是存放控制信息，如允许中断(IF位)，跟踪标志（TF位）等。有些机器中称为FR（FlagRegister）。CPU通用寄存器GR(General—purposeRegister)和暂存器TR二者用于传送和暂存数据，也可参与算术逻辑运算，并保存运算结果。ALU能完成对这两个数据进行加、减、与、或、比较大小等操作，最后将结果存入累加器。例如，两个数6和7相加，在相加之前，操作数6放在累加器中，7放在数据寄存器中，当执行加法指令时，ALU即把两个数相加并把结果13存入累加器，取代累加器原来的内容6。CPU②操作控制器发布操作命令的指挥中心，由指令部件、时序部件和微操作控制部件等三部分组成。CPU②操作控制器指令部件：是一种能对指令进行分析、处理和产生控制信号的逻辑部件，也是控制器的核心。指令部件由程序计数器PC(ProgramCounter)、指令寄存器IR(InstructionRegister)和指令译码器ID(InstructionDecoder)等三部分组成。时序部件：由时钟系统和脉冲分配器组成，用于产生微操作控制部件所需的定时脉冲信号。微操作控制部件：可以为指令译码器ID(InstructionDecoder)输出信号配上节拍电位和节拍脉冲，也可与外部进来控制信号组合，共同形成相应的微操作控制序列，以完成规定的操作。程序计数器PCPC用于确定下一条指令的地址，以保证程序能够连续地执行下去。在程序开始执行前必须将程序的第一条指令的内存单元地址（即程序的首地址）送入PC，使它总是指向下一条要执行指令的地址。地址寄存器AR地址寄存器用于保存当前CPU所要访问的内存单元或I/O设备的地址。由于内存与CPU之间存在着速度上的差异，所以必须使用地址寄存器来保持地址信息，直到内存读/写操作完成为止。当CPU向存储器存数据、CPU从内存取数据和CPU从内存读出指令时，都要用到地址寄存器和数据寄存器（DR）。当CPU和外围设备交换信息时，也需要用到地址寄存器和数据寄存器。存储器RAM(RandomAccessMemory)的内容可读、可写，掉电后内容消失。主要用来存放实时数据或作为通用寄存器、数据堆栈和数据缓冲器之用。ROM(ReadOnlyMemory)一般用于存放应用程序，故又称为程序存储器。分为可编程只读存储器（PROM）、可擦可编程序只读存储器（EPROM）和电可擦可编程只读存储器ROM（EEPROM）、FLASHROM。特点：在微控制器内部，只读存储器ROM和随机存取存储器RAM存储器是分开制造的。通常，ROM存储器容量较大，RAM存储器的容量较小。内部总线微控制器内部总线是CPU连接片内各主要部件的纽带，是各类信息传送的公共通道。主要由三种不同性质的连线组成:地址线、数据线和控制／状态线。地址总线主要用来传送存储器所需要的地址码或外部设备的设备号，通常由CPU发出并被存储器或I／O接口电路所接收。数据总线用来传送CPU写入存储器或经I／O接口送到输出设备的数据，也可以传送从存储器或输入设备经I／O接口读入的数据。因此，数据线通常是双向信号线控制／状态总线有两类：一类是CPU发出的控制命令，如读命令、写命令、中断响应等；另一类是存储器或外设的状态信息，如外设的中断请求、存储器忙和系统复位信号等。I／O端口微控制器通过I／O端口对外部实现控制、信息交换的。通常，微控制器都有几个并行I／O端口，还有一个以上全双工的可编程串行I／O端口，可以把CPU的并行数据变成串行数据一位一位地从发送数据线TxD发送出去，也可以把接收线RxD串行接收到的数据变成八位并行数据送给CPU。趋势：随着微控制器时钟频率的提高，串行传输的速度越来越快，其占用引脚少、对外布线方便的优点越来越受到重视，各种不同功能、不同总线的串行接口已成为微控制器I／O端口的一大特色。中断系统CPU接受中断请求，暂停原程序执行，转而执行中断服务程序，并在服务完后回到断点，继续执行原程序的过程称为中断。产生中断请求信号的来源称为中断源。外部中断源：外部设备产生的中断请求信号从引脚输入；内部中断源有定时器／计数器和串行口等多种，定时器／计数器当计数溢出时自动提出中断请求；串行口则在每发送完或接收到一个数据后自动提出中断请求。为了满足实时控制的要求，微控制器可以对多个中断请求信号进行排队和控制，并响应其中优先权最高的中断请求。中断系统还包括中断允许控制器和中断优先级控制器FreeScale单片机M68HC08单片机功能模块框图