汽车单片机及车载总线技术第1章.ppt
第一章 汽车电子技术与单片机,第一节 汽车电子技术的发展第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统第三节 单片机的基本知识第四节 数制与码制,第一节 汽车电子技术的发展,一、当今汽车技术发展的几个重要方向科学技术的不断进步体现在各个方面，在计算机和微电子、生物工程、材料科学、工艺制作技术等很多领域都出现了一大批具有换时代意义的成，在制造业中，汽车技术的发展具有很强的代表性，成为许多新技术的载体。电控发动机、自动变速器、防抱死系统（ABS）、安全气囊、智能导航等大量推陈出新的技术使得汽车在动力性、经济性、排放水平、加成舒适性和安全性方面已经达到了令人相当满意的程度。新技术同时也为行业的发展带来了升级，为行业的进步指明了方向。,下一页,返回,第一节 汽车电子技术的发展,作为汽车“心脏”的发动机，在汽车技术进步的过程中始终走在前列。汽油机电控喷射技术结合三元催化器、柴油机燃油喷射系统、可变截面涡轮增压器（VGT）、可变气门正时和升程技术（VTEC）、混合动力技术（HPS）等许多机、电、液紧密结合的技术使发动机的性能指标日益提高。汽车采用自动变速器，在驾驶时可以不踩离合器，实现自动换挡，而且发动机不会熄火，从而可以有效的提高驾驶方便性。20世纪80年代以来，随着电子技术的发展，变速器自动控制更加完善，在各种使用工况下均能实现发动机与传统系的最佳匹配。,上一页,下一页,返回,第一节 汽车电子技术的发展,不少现代车型已装有自诊断装置。有些高级的汽车内还装备了汽车导航系统，它通过汽车内的显示装置显示地图、汽车位置、运动轨迹、目的方向和距离等，从而为引导汽车提供大量信息。该系统还能将以汽车行驶方向为主的交通信息等反映到显示屏的移动地图上，为车辆行驶指示最佳路线。汽车导航系统可分为卫星导航系统和地面无线电固定导航系统两类。,上一页,下一页,返回,第一节 汽车电子技术的发展,二、汽车电子技术的发展史从20世纪60年代中期开始，微电子技术的迅猛发展使其在汽车上被广泛应用，给汽车工业的进一步发展带来了新的生机。电子控制系统具有控制精度高、响应速度快，集成度高、体积小、重量轻、应用更加灵活等特点用于汽车后，可使汽车有关系统在各种工况下都处在最佳的工作状况，各项受控指标均能获得较大的改善，使任何机械控制系统都难以达到的。50年代到70年代末，主要用电子装置改善部分机械部件的性能；70年代末到90年代中期，汽车电子控制技术开始形成，大规模集成电路得到广泛应用，减小了汽车电子产品的体积，特别是8位、16位单片机的广泛应用，提高了电子装置的可靠性和稳定性。,上一页,下一页,返回,第一节 汽车电子技术的发展,80年代中期到90年代末被认为是电子技术在汽车上应用的第三阶段，在这一阶段中，以微处理器为核心的微机控制系统在汽车上大规模的应用趋于成熟和可靠，并向智能化发展，汽车全面进入电子化时代。2000年以后，汽车电子化被认为已进入第四阶段智能化和网络化时代，在这一阶段中，汽车产品将大量采用人工智能技术，并利用网络进行信息的传递和交换。汽车电子技术的中的由解决汽车部件或总成问题开始向广泛应用计算机网络与信息技术发展，使汽车更加自动化、智能化，并向解决汽车与社会融为一体等问题转移。汽车电子设备成本占汽车总成本的比重越来越大，汽车制造技术由机械制造逐步步入电子控制技术时代。,上一页,下一页,返回,第一节 汽车电子技术的发展,三、汽车电子系统在整车中的地位从世界范围看，汽车工业向电子化发展的趋势，在20世纪90年代已十分明显，由于汽车工业是国民经济发展的支柱产业，因而是国际经济竞争的重要领域，而电子技术在汽车上的应用促进了汽车各项性能的发展，世界各大汽车公司纷纷投入巨资开发自己的汽车电子产品以赢得更大的市场空间，因此，汽车电子化将是夺取汽车市场的重要手段。,上一页,下一页,返回,第一节 汽车电子技术的发展,现代汽车电子控制技术的应用不仅提高了汽车的动力性、经济性和安全性，改善了行驶的稳定性和舒适性，推动了汽车工业的发展，还为电子产品开拓了广阔的市场，从而推动了电子工业的发展。因此，发展汽车电子控制新技术，加快汽车电子化速速，是振兴和发展汽车工业的重要手段。,上一页,返回,第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统,一、单片机的发展史及其在汽车中的引入单片机从20世纪70年代出现至今已经有30多年的历史，从最初的简单功能单片机发展到现在32位、64位的高性能微处理器，它的身影几乎已经融入人们生产生活的各个领域，从工业设备的自动化，到人们日常使用的各种通讯产品，再到武器军工行业，卫星和载人等方方面面，单片机都在发挥着难以替代的作用，并且成为产品附加值的重要来源。,下一页,返回,第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统,从单片机性能的衍变和发展看，可以将单片机的发展历史划分为三个阶段：第一阶段是20世纪70年代，单片机产生，低性能微处理器开始在工业生产中得到应用。第二阶段从20世纪80年代到20世纪末，微处理器的性能已经有了很大的提高，以Motorola公司和Zilong公司为代表，虽然其单片机问世较迟，但是产品性能较高，单片机内有串行I/O口，多集中断处理能力，片内RAM和ROM容量较大，有些还带有A/D转换接口。第三阶段是20世纪末直到现在，这一阶段是8位单片机巩固发展，16为单片机、32为单片机推出阶段。,上一页,下一页,返回,第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统,单片机在汽车中的引入，最早应用于汽车发动机的控制。首推1976年通用汽车公司研发的利用单片机对发动机的点火时间进行控制（MASIR）。它能更好的根据发动机运转工况，对点火调速器提前角与负压提前角作出精确的点火时间控制。汽车电子控制电脑也从模拟时代进入到了数字时代。,上一页,下一页,返回,第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统,二、当代汽车各系统使用单片机的状况随着时代的发展，特别是计算机总线技术的日益成熟。在车上使用的芯片也越来越多，比如ABS、EBD、ASR、悬挂、电子防盗和卫星导航等系统上的应用，而在这些系统中有的使用的芯片功能较为简单，甚至一片8位的芯片就完全能满足使用要求。因而有许多汽车上开始采用基于总线的多芯片系统，大家通过布置在车上的总线系统，共享信息，使汽车能非常自如地工作。,上一页,下一页,返回,第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统,三、汽车总线系统的产生及其在整车中的应用电控系统的增加虽然提高了汽车的动力性、经济性和舒适性，但随之增加的复杂电路也降低了汽车的可靠性，增加了维修的难度。为此，早在20世纪70年代就已提出实现汽车电控单元之间的通讯问题。随着集成电路的迅速发展，使得以串行总线将车用电器组成网络，无论是在可靠性和经济性上，都成为了可能。CAN（Controller Area Network）总线即控制器局域网络，是德国BOSCH公司在20世纪80年代初研制成功的，最初主要是为汽车监测、控制系统而设计的。现在，由于CAN总线的优良特性，除了在汽车电子控制系统中应用外，在其他一些实时控制系统中也得到了广泛应用。,上一页,下一页,返回,第二节 单片机在汽车中的应用和总线系统,目前，汽车新技术的发展应用于汽车线束数量及线束急剧增加的矛盾相当突出。为解决这些问题，数据总线已被广泛地应用到汽车电控系统。现代汽车典型的控制单元有电控燃油喷射系统、电控传动系统、防抱死制动系统（ABS）、防滑控制系统（ASR）、废气再循环系统、巡航系统和空调系统。在一个完善的汽车电子控制系统中，许多动态信息必须与车速同步。为了满足各子系统的实时性要求，有必要对汽车公共数据实行共享，如发动机转速、车轮转速、油门踏板位置等。,上一页,返回,第三节 单片机的基本知识,一、概述单片机是微型机计算机的一个很重要的分支。自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机体积小，质量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。通过学习有关单片机的知识后，能依靠自己的力量来开发所希望的单片机系统，并可获得较高的经济效益。在我国，单片机已广泛地应用在智能仪器仪表、机电设备过程控制、自动检测、家用电器和数据处理等各个方面。,下一页,返回,第三节 单片机的基本知识,二、单片机的软件和硬件系统单片微型计算机就是把组成微型计算机的各部件，如中央处理器、存储器、输入/输出接口电路、定时器/计数器等，制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机。下面把组成计算机的五个基本组成部分做简单说明，如图1-3所示。运算器是计算机的运算部件，用于实现算术和逻辑运算，计算机的数据运算和处理都在这里进行。控制器是计算机的指挥控制部件，使计算机各部分能自动协调地工作。,上一页,下一页,返回,第三节 单片机的基本知识,运算器和控制器是计算机的核心部分，常把他们合在一起统称为中央处理器，简称CPU。存储器是计算机的记忆部件，用于存放程序和数据，存储器又分为内存储器和外存储器。输入设备用于将程序和数据输入到计算机中。输出设备用于把计算机数据计算或加工的结果，以用户需要的形式显示或保存。通常把外存储器、输入设备和输出设备合在一起称之为计算机的外部设备。以上这些组成计算机实际的部分称之为计算机的硬件，也叫计算机硬件系统。单片机尽管简单、组成单片机系统的也是上述这五个基本组成部分。,上一页,下一页,返回,第三节 单片机的基本知识,硬件系统作为实体，为计算机工作提供了基础和条件，但要想使计算机有效地工作，还必须有软件的配合，概括的说，计算机的软件系统包括系统软件和应用软件两个部分。但单片机由于硬件支持和需要所限，其软件系统比较简单。传统观念认为单片机的系统管理不需要像微型计算机那样复杂的操作系统，而只使用简单的操作系统程序，通常称之为监控程序。因此监控程序就成为单片机中最重要的系统软件，这种观念还认为大多数单片机不使用高级语言，单片机中通常使用的是汇编语言，但单片机并没有自己专用的汇编程序。,上一页,下一页,返回,第三节 单片机的基本知识,三、Intel公司MCS-51系列产品概述8051单片机是美国Intel公司在1980年推出的MCS-51系列单片机的第一个成员。凡Intel公司生产的以8051为核心单元的其他派生单片机都可成为MCS-51系列，有时简称为51系列。其他公司生产的以8051为核心单元的其他派生单片机不能称为MCS-51系列，只能称为8051系列。MCS-51系列单片机包括三个基本型80C31、8051、8751，以及对应的低功耗型号80C31、8051、8751，因而MCS-51特指Intel的这几种型号。,上一页,下一页,返回,第三节 单片机的基本知识,四、单片机的最新发展技术单片机在近10年取得了飞速的发展，目前在世界范围内从事单片机开发的有4各区域：一是欧美，如美国国家半导体的COP8系列单片机，Philips公司的51系列单片机，AMD公司的186系列16位嵌入式单片机，ST公司的ST62系列单片机，MICROCHIP的PIC系列单片机，Motorola的各个系列单片机，以及Infineon technologies的C500和C166系列等；二是日本，如TOSHIBA公司开发了从4位到64位的多系列单片机，日立公司也有从4位到32位的单片机，FUJITSU Microelectronics的F2MC-8L单片机系列产品，OKI Electronics的MSM80、MSM66、MSM63系列单片机，NEC的75X、78X系列单片机；三是台湾地区，如WINBOND公司的W741/W536、W78/W77等系列单片，Holtek的HT46/48/49CXX系列单片机，EMC公司的E7系列单片机等；四是韩国，如Hyundai microelectronics的GMS800、GMS30系列单片机，另外，LG等公司也生产单片机。,上一页,返回,第四节 数制与码制,一、数制数制也称计数制，是指用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法。按进位的方法进行计数，称为进位计数制。在进位计数制中有数位、基数和位权三个要素。数位是指数码在一个数中所处的位置；基数是指在某种进位计数制中，每个数位上所能使用的数码的个数，位权是指在某种进位计数制中，每个数位上的数码所代表的数值的大小，等于在这个数位上的数码乘上一个固定的数值，每个固定的数值就是这种进位计数制中该数位上的位权。数码所处的位置不同，代表数的大小也不同。,下一页,返回,第四节 数制与码制,1.十进制十进位计数制简称十进制。十进制数具有下列特点：（1）有十个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9.（2）每一个数码符号根据它在这个数中所处的位置（数位），按“逢十进一”来决定其实际数值，即各数位的位权是以10为底的幂次方。2.二进制二进位计数制简称二进制。一个二进制数位简称为位（英文名为bit）。计算机中最直接、最基本的操作就是对二进制位的操作。二进制数具有下列特点：（1）有两个不同的数码符号0、1。（2）每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢二进一”来决定其实际数值。,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,3.十六进制二进制数书写冗长、易错、难记，而十进制数与二进制数之间的转换过程复杂，所以一般用十六进制数或八进制数来表示。十六进位计数制简称为十六进制。十六进制具有下列特点：（1）它有十六个不同的数码符号0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。（2）每个数码符号根据它在这个数中的数位，按“逢十六进一”来决定其实际数值。,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,二、码制数值在计算机中表示形式为机器数，计算机只能识别0和1，使用的是二进制，而在日常生活中人们使用的是十进制，为了能方便地与二进制转换，就是用了十六进制（24）和八进制（23）。数值有正负之分，计算机就用一个数的最高位存放符号（0为正，1为负）。这就是机器数的原码了。假设机器能处理的位数为8，即字长为1byte，原码能表示数值的范围为（-127-0，+0+127）共256个。有了数值的表示方法就可以对数值进行算术运算，但是很快就发现用带符号位的原码进行乘除运算时结果正确，而在加减运算的时候就出现了为题，假设字长为8bits：,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,上式显然不正确，因为在两个整数的加法运算中是没有问题的，于是就发现问题出现在带符号位的负数身上，对除符号位外的其余各位逐位取反就产生了反码。反码的取值空间和原码相同且一一对应。下面是反码的减法运算：,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,上式也不正确，再如：上面这种计算方法是正确的。问题出现在（+0）和（-0）上，在人们的计算概念中零是没有正负之分的。于是就引入了补码概念：负数的补码就是对反码加一，而正数不变，正数的原码、反码、补码是一样的。在补码中用（-128）代替了（-0），所以补码的表示范围为（-1280127）共256个。（-128）没有相对应的原码和反码，（-128）=（10000000）。,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,下面是补码的加减运算：,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,以上这几种计算方法是正确的。补码的设计目的是：（1）使符号位能有效值部分一起参加运算，从而简化运算规则；（2）使减法运算转换为加法运算，进一步简化计算机中运算器的线路设计。所有这些转换都是在计算机的最底层进行的，而在我们使用的汇编、C语言等其他高级语言中使用的都是原码。,上一页,下一页,返回,第四节 数制与码制,ASCII码是美国信息交换用标准代码。ASCII码虽然是美国国家标准，但它已被国际标准化组织（ISO）认定为国际标准，为世界公认，并在世界范围内通用。ASCII码用一个8位二进制数（字节）表示，每个字节只占用了7位，最高位恒为0。7位ASCII码可以表示128（27=128）种字符，其中通用控制字符34个，阿拉伯数字10个，大小写英文字母52个，各种标点符号和运算符号共有32个。,上一页,返回,图1-3 微型计算机的组成,返回,
