【文章內(nèi)容簡介】 C196KB/87C198。 (5)US 一一存儲器控制器 MCR，從程序計數(shù)器 SPC 和隊列 QUEUE 由于單片機的片內(nèi) RAM 容量有限，在設計應用系統(tǒng)時，一般需要配置片外數(shù)據(jù)存儲器，有時還孺要配置片外程序存儲器。 CPU 對這些存儲器的管理和使用，都是通過存儲器控制器 MCR 來實現(xiàn)的。與 U1 中的主 PC 相對應，本單元有一個從 PC(SPC)，其內(nèi)容和作用與主 PC 完全一致。隊列 QUEUE 容量為 4B，用來提高程序運行速度。 (6)U6 一一端口 3(P3)和端口 4(P4) P3 和 P4 均是 8 位并行接口，在 CPU 的控制下可向它們輸入或輸出數(shù)據(jù)。 P3 和 P4 的最大用途還在于向片外存儲器提供 16 位低址線。對于 80C196KB 單片機而言，尚由 P3， P4 提供 16位數(shù)據(jù)線。 (7)U7 一一總線交換協(xié)議與端口 1(Pl) 本單元支持總線交換協(xié)議，允許其他設備獲得對總線的控制權。該協(xié)議有三個信號 : HOLD， HLDA， BREQ。對單片機而言， HOLD 為輸入信號， HLDA， BREQ 為輸出信號。 P1 為輸入輸出口，其中的 ， ， 分別與 HOLD， HLDA， BREQ 共用一個引腳，使用時需給予定義。 (8)US 一一高速輸入輸出通道 HSI0一 HSI3為高速輸入通道， CPU 通過它們可以同時接收 4 個來自外部的脈沖信號 ,并且隨時記錄信號中高、低電平出現(xiàn)的時間。 HSI0一 HSI3。為高速輸出通道，能夠產(chǎn)生和輸出寬度與周期均可青海大學本科畢業(yè)論文： 汽車控制單元的設計與研究 6 化工學院化工機械系 調節(jié)的脈沖波 (亦稱 PWM 波 )。 (9)U9 一一定時器單元 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，主要用于檢查應用系統(tǒng)的軟件故障。如果對自己設計和投入運行的系統(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，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/ 和 RxD/，通過對IOC:寄存器的有關位進行設置，使其具備斜杠上方功能。 (11)Ull 一一 D/A 轉換單元 本單元具有將數(shù)字信號轉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/ 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、準雙向、準雙向口，都具雙重功能。 (14)U14 一一 A/D 轉換單元 A/D 轉換單元即模 /數(shù) 轉換器，由多路轉換器、采樣保持器和 10 位 ADC 組成，從 PO 口引入的模擬量被 U14 轉換成為數(shù)字量。 芯片引腳介紹 80C196KB 單片機采用 CHMOS 制造工藝 ,有多種型式封裝結構 ,68 引腳 PLCC 封裝結構如下圖 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計 化工學院化工機械系 7 NMIBHEWRRDALEEABUSWIDTHREADYCLKDUTVrefGNDRESETXTAL1VccXTAL2VssVpdVpp~80C196KB 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 轉換器的參考電壓 (5V)。 Vpp: EPROM 型產(chǎn)品的編程電壓端。編程時應接 +。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 轉換器的模擬輸入口 (ACHO 一ACH7)。 ② 一 :8 位準雙向 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，需要外接驅動。 ④ 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)轉換的地址 /數(shù)據(jù)總線 ,它們有很強的內(nèi)部上拉作用。 （ 4）控制線 青海大學本科畢業(yè)論文： 汽車控制單元的設計與研究 8 化工學院化工機械系 ① CLKOUT：內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸出。 ② /RESET:復位輸入端。 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)或寫外部存儲器低位字節(jié) (/WRL)的輸出信號 ,由 CCR 選擇。 ⑦ READY:引腳有微弱上拉電阻 ,一般需要外接高電平。 ⑧ BUSWIDTH 引腳一般情況下接地即可。 ⑨ NMI 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。 主電路設計 CPU 電路包括本微處理器和與之相連的時鐘電路和復位電路以及總線驅動電路。 時鐘電路 該類單片機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動，用一個石英晶體和兩個電容器與單片機的 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。當它們與片內(nèi)的單級非門相互配合時，便構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計 化工學院化工機械系 9 20P128MHZXTAL1XTAL28XC196KB 圖 時鐘信號 復位電路 單片機需要復 位電路，以便通過它使自身進入復位狀態(tài)。所謂復位，就是要讓單片機應用系統(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，當單片機的 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，該類單片機便開始執(zhí)行時間為 10 個狀態(tài)周期的復位序列。 復位序列使片內(nèi)一些寄存器初始化、 PSW 清零、程序計數(shù)器 Pc 被賦值為 2080H。在此基礎上，單片機開始執(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 便是復位信號。不經(jīng)歷上述過程，單片機無法進入正常工作狀態(tài)。如圖 ，系統(tǒng)采用了上電和手動復位電路。除具有上電自動復位功能外，還可通過復位按鍵強迫 RESET 為低電平。當系統(tǒng)掉電時，復位電容器里存儲的能量可以以二極管為通路迅速放電，為單片機在反復上電的情況下可靠復位提供了保證。 RESET8XC196KBC1R1R2S1+5V 圖 復位電路 存儲器電路 包括外部擴展電路在內(nèi)的 EPROM， RAM 及存儲器譯碼電路、等待電路本系統(tǒng)擴展了 EPROM2764和 RAM6164 各一片，電路框圖如 所示 . AD0~AD7ADVRD2WRAD8~AD1580C196KB74LS373 地址鎖存器高 8位地址數(shù)據(jù)EPROM 低 8 位地址CS OE高 8位地址數(shù)據(jù)RAM 低 8 位地址CS OE WE 圖 單片機外接 EPROM/RAM 電路 圖 時鐘電路 青海大學本科畢業(yè)論文： 汽車控制單元的設計與研究 10 化工學院化工機械系 (1)80C196KB 單片機的 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 單片機應用系統(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)運行時， 80C196KB 單片機的 CPU 只能以讀的形式訪問 2764。當進行讀操作且 ALE 信號由低電平轉成高電平時， 74LS373 便有了鎖存地址的可能性。當 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 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 是單片機的心臟，它負責從存儲器中存取指令、解釋指令和執(zhí)行相應的動作 。對各個工 /0 端口、定時器、串行外設接口 SPI、串行通訊接口 SCI， A/D 轉換器的操作進行控制 。對各種從接口、 存儲器中得到的數(shù)據(jù)進行加工處理，并根據(jù)處理結果做出相應的決定。 (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 控制設計 執(zhí)行機構的設計 驅動電路為 80C196KB 單片機和執(zhí)行器之間建立起有效聯(lián)系，它將微機作出的控制決策轉變?yōu)榭刂菩盘栻寗訄?zhí)行機構工作，為整個電路后向通道。后向通道是計算機實現(xiàn)控制運算后，對控制對象進行輸出的通道接口。后向通道