【文章內(nèi)容簡介】 本單元中的 T1，T2 為兩個 16 位定時器，TZCAPT 為定時器 2 的捕俘寄存器，它們的用途頗為廣泛。WDT 稱為 16 位監(jiān)視跟蹤定時器，主要用于檢查應(yīng)用系統(tǒng)的軟件故障。如果對自己設(shè)計和投入運(yùn)行的系統(tǒng)確信無疑，也可以不啟用 WDT。 (10)U10 一一串行通信單元 U10 為串行通信服務(wù)，它有 3 個重要寄存器和波特率發(fā)生器: ①波特率寄存器 BAUD 一 RATE，其內(nèi)容決定了數(shù)據(jù)傳送的速率。 ②串行接口緩沖器 SBUF(RX)/SBUF(TX)，用于臨時存儲接收或待發(fā)送的數(shù)據(jù)。 ③串行接口控制/狀態(tài)寄存器 SP_CON/SP_STAT，該寄存器用來規(guī)定串行接口的工作方式和反映數(shù)據(jù)通信過程中的狀態(tài)。此外，數(shù)據(jù)的出、入通道分別是端口 2(P2)的 TXD/ RxD/，通過對 IOC:寄存器的有關(guān)位進(jìn)行設(shè)置，使其具備斜杠上方功能。 (11)Ull 一一 D/A 轉(zhuǎn)換單元 本單元具有將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成為模擬信號的功能。模擬量的表現(xiàn)形式為周期固定、寬度可變的脈沖波(也稱 PWM 波，但與高速輸出通道產(chǎn)生的 PwM 波有些差別)。 (12)U12 一一端口 2(P2)多路轉(zhuǎn)換器 P2 是一種多功能端口，常根據(jù)實際需要而讓其做某種用途。U12 可為出入于端口 2 的信號選擇合適的通道。 (13)U13 一一端口 O(PO)和端口 2(P2) P0 為輸入口，有 ACH7/ 一 共 8 個管腳，可以同時引入模擬量或數(shù)字量。一般情況下，P0 口作為輸入通道。P2 有TxD/，RxD/，EXTINT/，T2CLK/，T2RST/，PWM/，T2UP 一DN/，T2CAPTURE/ 計 8 個引腳，依次為輸出、輸入、輸入、輸入、輸入、輸出、準(zhǔn)雙向、準(zhǔn)雙向口，都具雙重功能。 (14)U14 一一 A/D 轉(zhuǎn)換單元A/D 轉(zhuǎn)換單元即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，由多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器和 10 位 ADC 組成，從 PO 口引入的模擬量被 U14 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。 芯片引腳介紹80C196KB 單片機(jī)采用 CHMOS 制造工藝,有多種型式封裝結(jié)構(gòu),68 引腳 PLCC 封裝結(jié)構(gòu)如下圖 所示。下面介紹其主要引腳的功能。3 微處理器選型及主電路設(shè)計化工學(xué)院化工機(jī)械系 7 ~89 圖 80C196KB 引腳圖（1）電源線：5 根 Vcc：主電源電壓(+5V)。 Vss: 數(shù)字電路地(0V)。 Vref: A/D 轉(zhuǎn)換器的參考電壓(5V)。 Vpp: EPROM 型產(chǎn)品的編程電壓端。編程時應(yīng)接+。否則接+5V。 VPd: RAM 備用電源電壓(5V)。（2）晶振: 2 根 XTAL1:振蕩器的反相放人器輸入。使用外部振蕩器時必須接地。 XTAL2:振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。（3）I/O 口共有 5 個 8 位口 ① 一 :8 位高阻抗輸入口,可作數(shù)字輸入口,也可作 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入口(ACHO 一ACH7)。 ② 一 :8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 ③ 一 :8 位多功能口。由于 P2 口只有很弱的上下拉電阻,因此在使用 P2 口作為 I/O 口的時候，需要外接驅(qū)動。 ④ 一 和 一 ：具有漏極開路輸出的 8 位雙向口。這些引腳可用作多數(shù)轉(zhuǎn)換的地址/數(shù)據(jù)總線,它們有很強(qiáng)的內(nèi)部上拉作用。（4）控制線青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車控制單元的設(shè)計與研究8 化工學(xué)院化工機(jī)械系 ①CLKOUT：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸出。 ②/RESET:復(fù)位輸入端。 ③/EA：存儲器選入端。/EA=0,訪問的是片外的存儲器,/EA 腳有內(nèi)部下拉作用,若不外部驅(qū)動它,總保持為 O。 ④/ALE/ADV:地址鎖存允許(ALE)或地址有效輸出(/ADV)。 ⑤/RD:對外部存儲器的讀信號(輸出)。只有讀外部存儲器時才會激活/RD。 ⑥/WR/WRL:寫外部存儲器(/WR)或?qū)懲獠看鎯ζ鞯臀蛔止?jié)(/WRL)的輸出信號,由 CCR 選擇。 ⑦READY:引腳有微弱上拉電阻,一般需要外接高電平。 ⑧BUSWIDTH 引腳一般情況下接地即可。 ⑨NMI 及 EXTINT 引腳使用時需注意外接上拉電阻,不使用時需接地。 ⑩ 一 : 4 個高速輸入器的輸入； 一 ：6 個高速輸出器的輸出。 EPROM EPROM 用的是 2764。芯片特點為:是一種 8KX8 的紫外線可擦除電可編程的只讀存儲器電路，由單一的+5V 電源供電，工作電流 10OmA，維持電流 50mA，讀出時間最大為 250ns，是一種高速大容量的 EPROM 存儲器，采用此存儲器作為程序存儲器，掉電后內(nèi)部信息不會丟失因而提高了系統(tǒng)的可靠性。帶鎖存器，有 13 條地址線和 8 條數(shù)據(jù)線，帶片選使能 CS 和輸出使能 0E，26 腳封裝。 RAM RAM 用的是 6264，芯片特點為:8K 存儲空間，是 SKXS 的靜態(tài)隨機(jī)存儲器芯片，采用 CMOS 工藝制作，單一巧 V 電源供電，額定功耗為 200mw，典型存取時間為 200ns。帶鎖存器，有 13 條地址線和 8 條數(shù)據(jù)線，帶片選使能 CS 和輸出使能 OE，26 腳封裝。 主電路設(shè)計 CPU 電路包括本微處理器和與之相連的時鐘電路和復(fù)位電路以及總線驅(qū)動電路。 時鐘電路 該類單片機(jī)所需要的時鐘信號來源于高頻振蕩信號，產(chǎn)生高頻振蕩信號的電路如下圖 ，圖 所示。時鐘電路采用晶體驅(qū)動，用一個石英晶體和兩個電容器與單片機(jī)的 XTALI，XTALZ 連接，石英晶體具有感抗特性，它與電容器能夠產(chǎn)生并聯(lián)諧振。當(dāng)它們與片內(nèi)的單級非門相互配合時，便構(gòu)成了一個完整的振蕩信號發(fā)生器 [7]。該發(fā)生器的能源來自 Voc，其振蕩頻率取決于石英晶體和電容器，設(shè)置為 16MHZ。片內(nèi)單極非門所提供的通道有利于振蕩的穩(wěn)定。在 XTALI 端出現(xiàn)的高頻振蕩信號需要經(jīng)過圖 所示二分頻與兩相波發(fā)生電路的加工才能成為有用的時鐘信號。3 微處理器選型及主電路設(shè)計化工學(xué)院化工機(jī)械系 9 20P18MHZXTALC6KB 圖 時鐘信號 復(fù)位電路單片機(jī)需要復(fù)位電路，以便通過它使自身進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。所謂復(fù)位，就是要讓單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)于正式工作前處于一種特定的狀態(tài)，只有以該狀態(tài)為起點，隨后的工作情況才有可能是正常與可靠的 [8]。在電源電壓 vcc、振蕩信號發(fā)生器均處于穩(wěn)定狀態(tài)后，當(dāng)單片機(jī)的 RESET 引腳保持 4 個狀態(tài)周期以上的低電平，接著又處于高電平時，該類單片機(jī)便開始執(zhí)行時間為 10 個狀態(tài)周期的復(fù)位序列。復(fù)位序列使片內(nèi)一些寄存器初始化、PSW 清零、程序計數(shù)器 Pc 被賦值為 2080H。在此基礎(chǔ)上，單片機(jī)開始執(zhí)行首地址為 2080H 的程序。由此可見，RESET 引腳上出現(xiàn)的低電平便是復(fù)位信號。不經(jīng)歷上述過程，單片機(jī)無法進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如圖 ，系統(tǒng)采用了上電和手動復(fù)位電路。除具有上電自動復(fù)位功能外，還可通過復(fù)位按鍵強(qiáng)迫 RESET 為低電平。當(dāng)系統(tǒng)掉電時，復(fù)位電容器里存儲的能量可以以二極管為通路迅速放電，為單片機(jī)在反復(fù)上電的情況下可靠復(fù)位提供了保證。 RES+5V 圖 復(fù)位電路 存儲器電路包括外部擴(kuò)展電路在內(nèi)的 EPROM，RAM 及存儲器譯碼電路、等待電路本系統(tǒng)擴(kuò)展了 EPROM2764和 RAM6164 各一片，電路框圖如 所示. D~7W傳O圖 時鐘電路青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車控制單元的設(shè)計與研究10 化工學(xué)院化工機(jī)械系 圖 單片機(jī)外接 EPROM/RAM 電路 (1)80C196KB 單片機(jī)的 P3，P4 口向片外 EPROM(2764)和 RAM(6164)提供地址總線，而 P3 口又單獨提供數(shù)據(jù)總線。因為 P3 是一口分時兩用，故在單片機(jī)與存儲器之間要配以地址鎖存器(74LS373)。(2)為 2764 和 6164 的尋址范圍均為 8KB，所以，地址總線為 13 根(AO～A12)，其中，AO 一 A7受 74LS373 控制。(3)2764 存放 80C196KB 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)全部程序，由專用的 EPROM 寫入器寫入。6164 用于存放數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)使用。(4)系統(tǒng)運(yùn)行時，80C196KB 單片機(jī)的 CPU 只能以讀的形式訪問 2764。當(dāng)進(jìn)行讀操作且 ALE 信號由低電平轉(zhuǎn)成高電平時，74LS373 便有了鎖存地址的可能性。當(dāng) ALE 又變?yōu)榈碗娖綍r，地址即被鎖存。RD=O 期間，2764 中的程序以二進(jìn)制的形式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。RD 信號在由 O 到 1 時，數(shù)據(jù)被CPU 讀取。(5)硬件電路中，80C196KB 單片機(jī)的 A13=O 時，向 2764 提供片選信號，存儲空間地址變化范圍是 Z000H 一 3FFFH。當(dāng) A13=l 時，向 6164 提供片選信號，存儲空間地址在 400OH 一 7FFFH 范圍內(nèi)變化。(6)I/O 接口電路包括擴(kuò)展 I/0 在內(nèi)的 I/0 電路和 I/0 譯碼電路。各部分電路通過微機(jī)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線相連，完成輸入信號的接收、中央處理、執(zhí)行器控制信號的輸出等工作。其中中央處理器CPU 是單片機(jī)的心臟，它負(fù)責(zé)從存儲器中存取指令、解釋指令和執(zhí)行相應(yīng)的動作。對各個工/0 端口、定時器、串行外設(shè)接口 SPI、串行通訊接口 SCI，A/D 轉(zhuǎn)換器的操作進(jìn)行控制。對各種從接口、存儲器中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并根據(jù)處理結(jié)果做出相應(yīng)的決定。 (7)80C196KB 的 CU 時鐘為 84MHz，外接 16MHz 晶振。80C196KB 可屏蔽中斷 IRQ 和非屏蔽中斷XIRQ。接+5V，即屏蔽這兩個中斷。 ECU 控制設(shè)計 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計驅(qū)動電路為 80C196KB 單片機(jī)和執(zhí)行器之間建立起有效聯(lián)系，它將微機(jī)作出的控制決策轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘栻?qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，為整個電路后向通道。后向通道是計算機(jī)實現(xiàn)控制運(yùn)算后，對控制對象進(jìn)行輸出的通道接口。后向通道有以下主要特點:①后向通道是應(yīng)用系統(tǒng)的輸出通道，大多數(shù)需要功率驅(qū)動。②靠近伺服驅(qū)動現(xiàn)場，伺服控制系統(tǒng)的大功率負(fù)荷易從后向通道進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)，故后向通道的隔離對系統(tǒng)的可靠性及干擾影響極大。③根據(jù)控制對象的不同要求，后向通道的電路也有多種多樣，包括模擬電路、數(shù)字電路和開關(guān)電路等。因此，設(shè)計后向通道主要是解決功率驅(qū)動、干擾防治以及數(shù)模轉(zhuǎn)換等問題。系統(tǒng)的翰出控制量是噴油量，所以后向通道的接口電路是噴油器的驅(qū)動、燃油泵的驅(qū)動電路、報警電路、轉(zhuǎn)向燈指示電路、電動天窗電機(jī)驅(qū)動電路。3 微處理器選型及主電路設(shè)計化工學(xué)院化工機(jī)械系 11 噴油量的控制系統(tǒng)噴油器的設(shè)計噴油器的驅(qū)動方法有兩種，電壓控制法和電流控制法。電壓控制法的驅(qū)動電路適用于串有螺管型電阻的低阻噴油器和高阻噴油器，電流控制法的驅(qū)動電路只適用于低阻噴油器。低阻噴油器的電阻值為 一 ，高阻噴油器的電阻值為 12 一 17Ω。本控制系統(tǒng)所用的噴油器電阻為，屬于低阻型，因此在實際控制中采用了電流控制驅(qū)動方法。噴油器的驅(qū)動電路如圖 所示。其電流波形圖如圖 所示。 圖 噴油器電路 圖 電流波形圖 驅(qū)動電路采取的是峰值一保持方式，其優(yōu)點是:噴油器打開期間可加大驅(qū)動電流，使噴油器迅速開啟，噴油器打開以后供給小的維持電流，這樣既減小了噴油器的負(fù)荷，降低了噴油器的電能消耗，同時能使噴油器關(guān)閉的響應(yīng)特性得到改善。電路中，為了防止干擾把 輸出的數(shù)字電平信號和后面的強(qiáng)電信號之間加入光電藕合器 TILll7 進(jìn)行隔離 [9]。C1，R3 和反向器 NN4 用于產(chǎn)生保證針閥完全開啟所需的脈沖寬度，與噴油器并聯(lián)的二級管 D2 可以在復(fù)合三極管關(guān)閉時使噴油器的感應(yīng)電動勢形成放電通路，起著飽和噴油器和功放管的作用?？烧{(diào)電阻 R6，R7 用來限制噴油器完全開啟后線圈中的電流值。驅(qū)動電路的工作過程是:8XC196KB 單片機(jī)發(fā)出噴油脈沖時，送給 引腳高電平信號，此信號經(jīng)反向器 N1 反向后，A 點變?yōu)榈碗娖绞构怆娕汉掀鞯陌l(fā)光二極管導(dǎo)通，進(jìn)而使光電藕合器內(nèi)的三極管處于飽和狀態(tài)，使得 B 點變?yōu)榈碗娖?，再?jīng)反向器 N2 反向后，C 點變?yōu)楦唠娖?，C 點的高電平信號分支為兩路，一路經(jīng)電阻 R4 加到 T1 的基極上并使之導(dǎo)通，青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車控制單元的設(shè)計與研究12 化工學(xué)院化工機(jī)械系T1，T2 用于提供噴油器完全開啟后的維持電流，另一路脈沖信號先經(jīng) C1，R3 微分，再經(jīng)反向器NN4 反向，利用兩次反向的邊沿效應(yīng)在 D 點產(chǎn)生一個固定寬度的高電平，使 T3/T4 導(dǎo)通，此時噴油器線圈兩端電壓接近 12V，其電流迅速上升并使針閥開啟。當(dāng)針閥完全開啟后，D 點變?yōu)榈碗娖?，此時 TT4 截止，使得噴油器線圈通過 R8 和 TT2 繼續(xù)保持通電狀態(tài)，此時噴油器線圈以較小的電流保持針閥仍處于開啟狀態(tài)。當(dāng) 變?yōu)榈碗娖綍r，C 點變?yōu)榈碗娖剑琓1，T2 也截止，使電磁線圈中的電流迅速降為零，針閥落座，這樣就完成了一次噴油。與噴油器并聯(lián)的二極管可以在功放管關(guān)閉時使噴