汽车控制单元的设计与研究_毕业设计报告(编辑修改稿)

汽车控制单元的设计与研究_毕业设计报告(编辑修改稿)内容摘要：

C196KB/87C198。 (5)US 一一存储器控制器 MCR，从程序计数器 SPC 和队列 QUEUE 由于单片机的片内 RAM 容量有限，在设计应用系统时，一般需要配置片外数据存储器，有时还孺要配置片外程序存储器。 CPU 对这些存储器的管理和使用，都是通过存储器控制器 MCR 来实现的。 与 U1 中的主 PC 相对应，本单元有一个从 PC(SPC)，其内容和作用与主 PC 完全一致。 队列 QUEUE 容量为 4B，用来提高程序运行速度。 (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 的控制下可向它们输入或输出数据。 P3 和 P4 的最大用途还在于向片外存储器提供 16 位低址线。 对于 80C196KB 单片机而言，尚由 P3， P4 提供 16位数据线。 (7)U7 一一总线交换协议与端口 1(Pl) 本单元支持总线交换协议，允许其他设备获得对总线的控制权。 该协议有三个信号 : HOLD， HLDA， BREQ。 对单片机而言， HOLD 为输入信号， HLDA， BREQ 为输出信号。 P1 为输入输出口，其中的 ， ， 分别与 HOLD， HLDA， BREQ 共用一个引脚，使用时需给予定义。 (8)US 一一高速输入输出通道 HSI0一 HSI3为高速输入通道， CPU 通过它们可以同时接收 4 个来自外部的脉冲信号 ,并且随时记录信号中高、低电平出现的时间。 HSI0一 HSI3。 为高速输出通道，能够产生和输出宽度与周期均可青海大学本科毕业论文： 汽车控制单元的设计与研究 6 化工学院化工机械系 调节的脉冲波 (亦称 PWM 波 )。 (9)U9 一一定时器单元 本单元中的 T1， T2 为两个 16 位定时器， TZCAPT 为定时器 2 的捕俘寄存器，它 们的用途颇为广泛。 WDT 称为 16 位监视跟踪定时器，主要用于检查应用系统的软件故障。 如果对自己设计和投入运行的系统确信无疑，也可以不启用 WDT。 (10)U10 一一串行通信单元 U10 为串行通信服务，它有 3 个重要寄存器和波特率发生器 : ①波特率寄存器 BAUD 一 RATE，其内容决定了数据传送的速率。 ②串行接口缓冲器 SBUF(RX)/SBUF(TX)，用于临时存储接收或待发送的数据。 ③串行接口控制 /状态寄存器 SP_CON/SP_STAT，该寄存器用来规定串行接口的工作方式和反映 数据通信过程中的状态。 此外，数据的出、入通道分别是端口 2(P2)的 TXD/ 和 RxD/，通过对IOC:寄存器的有关位进行设置，使其具备斜杠上方功能。 (11)Ull 一一 D/A 转换单元 本单元具有将数字信号转换成为模拟信号的功能。 模拟量的表现形式为周期固定、宽度可变的脉冲波 (也称 PWM 波，但与高速输出通道产生的 PwM 波有些差别 )。 (12)U12 一一端口 2(P2)多路转换器 P2 是一种多功能端口，常根据实际需要而让其做某种用途。 U12 可为出入于端口 2 的信号选择合适的通道。 (13)U13 一一端口 O(PO)和端口 2(P2) P0 为输入口，有 ACH7/ 8 个管脚，可以同时引入模拟量或数字量。 一般情况下，P0 口作为输入通道。 P2 有 TxD/， RxD/， EXTINT/， T2CLK/， T2RST/， PWM/，T2UP 一 DN/， T2CAPTURE/ 计 8 个引脚，依次为输出、输入、输入、输入、输入、输出、准双向、准双向口，都具双重功能。 (14)U14 一一 A/D 转换单元 A/D 转换单元即模 /数 转换器，由多路转换器、采样保持器和 10 位 ADC 组成，从 PO 口引入的模拟量被 U14 转换成为数字量。 芯片引脚介绍 80C196KB 单片机采用 CHMOS 制造工艺 ,有多种型式封装结构 ,68 引脚 PLCC 封装结构如下图 所示。 下面介绍其主要引脚的功能。 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系 7 NMIBHEWRRDALEEABUSWIDTHREADYCLKDUTVrefGNDRESETXTAL1VccXTAL2VssVpdVpp~80C196KB 图 80C196KB 引脚图 （ 1）电源线： 5 根 Vcc：主电源电压 (+5V)。 Vss: 数字电路地 (0V)。 Vref: A/D 转换器的参考电压 (5V)。 Vpp: EPROM 型产品的编程电压端。 编程时应接 +。 否则接 +5V。 VPd: RAM 备用电源电压 (5V)。 （ 2）晶振 : 2 根 XTAL1:振荡器的反相放人器输入。 使用外部振荡器时必须接地。 XTAL2:振荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。 当使用外部振荡器时用于输入外部振荡信号。 （ 3） I/O 口共有 5 个 8 位口 ① 一 :8 位高阻抗输入口 ,可作数字输入口 ,也可作 A/D 转换器的模拟输入口 (ACHO 一ACH7)。 ② 一 :8 位准双向 I/O 口。 ③ 一 :8 位多功能口。 由于 P2 口只有很弱的上下拉电阻 ,因此在使用 P2 口作为 I/O 口的时候，需要外接驱动。 ④ 一 ：具有漏极开路输出的 8 位双向口。 这些引脚可用作多数转换的地址 /数据总线 ,它们有很强的内部上拉作用。 （ 4）控制线 青海大学本科毕业论文： 汽车控制单元的设计与研究 8 化工学院化工机械系 ① CLKOUT：内部时钟发生器的输出。 ② /RESET:复位输入端。 ③ /EA：存储器选入端。 /EA=0,访问的是片外的存储器 ,/EA 脚有内部下拉作用 ,若不外部驱动它 ,总保持为 O。 ④ /ALE/ADV:地址锁存允许 (ALE)或地址有效输出 (/ADV)。 ⑤ /RD:对外部存储器的读信号 (输出 )。 只有读外部存储器时才会激活 /RD。 ⑥ /WR/WRL:写外部存储器 (/WR)或写外部存储器低位字节 (/WRL)的输出信号 ,由 CCR 选择。 ⑦ READY:引脚有微弱上拉电阻 ,一般需要外接高电平。 ⑧ BUSWIDTH 引脚一般情况下接地即可。 ⑨ NMI 及 EXTINT 引脚使用时需注意外接上拉电阻 ,不使用时需接地。 ⑩ 一 : 4 个高速输入器的输入； 一 ： 6 个高速输出器的输出。 EPROM EPROM 用的是 2764。 芯片特点为 :是一种 8KX8 的紫外线可擦除电可编程的只读存储器电路，由单一的 +5V 电源供电，工作电流 10OmA，维持电流 50mA，读出时间最大为 250ns，是一种高速大容量的 EPROM 存储器，采用此存储器作为程序存储器，掉电后内部信息不会丢失因而提高了系统的可靠性。 带锁存器，有 13 条地址线和 8 条数据线，带片选使能 CS 和输出使能 0E， 26脚封装。 RAM RAM 用的是 6264，芯片特点为 :8K 存储空间，是 SKXS 的静态随机存储器芯片，采用 CMOS 工艺制作，单一巧 V 电源供电，额定功耗为 200mw，典型存取时间为 200ns。 带锁存器，有 13 条地址线和 8 条数据线，带片选使能 CS 和输出使能 OE， 26 脚封装。 主电路设计 CPU 电路包括本微处理器和与之相连的时钟电路和复位电路以及总线驱动电路。 时钟电路 该类单片机所需要的时钟信号来源于高频振荡信号，产生高频振荡信号的电路如下图 ，图 所示。 时钟电路采用晶体驱动，用一个石英晶体和两个电容器与单片机的 XTALI， XTALZ 连接，石英晶体具有感抗特性，它与电容器 能够产生并联谐振。 当它们与片内的单级非门相互配合时，便构成了一个完整的振荡信号发生器 [7]。 该发生器的能源来自 Voc，其振荡频率取决于石英晶体和电容器，设置为 16MHZ。 片内单极非门所提供的通道有利于振荡的稳定。 在 XTALI 端出现的高频振荡信号需要经过图 所示二分频与两相波发生电路的加工才能成为有用的时钟信号。 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系 9 20P128MHZXTAL1XTAL28XC196KB 图 时钟信号 复位电路 单片机需要复 位电路，以便通过它使自身进入复位状态。 所谓复位，就是要让单片机应用系统于正式工作前处于一种特定的状态，只有以该状态为起点，随后的工作情况才有可能是正常与可靠的 [8]。 在电源电压 vcc、振荡信号发生器均处于稳定状态后，当单片机的 RESET 引脚保持 4 个状态周期以上的低电平，接着又处于高电平时，该类单片机便开始执行时间为 10 个状态周期的复位序列。 复位序列使片内一些寄存器初始化、 PSW 清零、程序计数器 Pc 被赋值为 2080H。 在此基础上，单片机开始执行首地址为 2080H 的程序。 由此可见， RESET 引脚上出现的低电平 便是复位信号。 不经历上述过程，单片机无法进入正常工作状态。 如图 ，系统采用了上电和手动复位电路。 除具有上电自动复位功能外，还可通过复位按键强迫 RESET 为低电平。 当系统掉电时，复位电容器里存储的能量可以以二极管为通路迅速放电，为单片机在反复上电的情况下可靠复位提供了保证。 RESET8XC196KBC1R1R2S1+5V 图 复位电路 存储器电路 包括外部扩展电路在内的 EPROM， RAM 及存储器译码电路、等待电路本系统扩展了 EPROM2764和 RAM6164 各一片，电路框图如 所示 . AD0~AD7ADVRD2WRAD8~AD1580C196KB74LS373 地址锁存器高 8位地址数据EPROM 低 8 位地址CS OE高 8位地址数据RAM 低 8 位地址CS OE WE 图 单片机外接 EPROM/RAM 电路 图 时钟电路 青海大学本科毕业论文： 汽车控制单元的设计与研究 10 化工学院化工机械系 (1)80C196KB 单片机的 P3， P4 口向片外 EPROM(2764)和 RAM(6164)提供地址总线，而 P3 口又单独提供数据总线。 因为 P3 是一口分时两用，故在单片机与存储器之间要配以地址锁存器 (74LS373)。 (2)为 2764 和 6164 的寻址范围均为 8KB，所以，地址总线为 13 根 (AO～ A12)，其中， AO 一 A7受 74LS373 控制。 (3)2764 存放 80C196KB 单片机应用系统全部程序，由专用的 EPROM 写入器写入。 6164 用于存放数据，供数据采集与处理子系统使用。 (4)系统运行时， 80C196KB 单片机的 CPU 只能以读的形式访问 2764。 当进行读操作且 ALE 信号由低电平转成高电平时， 74LS373 便有了锁存地址的可能性。 当 ALE 又变为低电平时，地址即被锁存。 RD=O 期间， 2764 中的程序以二进制的形式出现在数据总线上。 RD 信号在由 O 到 1 时，数据被CPU 读取。 (5)硬件电路中， 80C196KB 单片机的 A13=O 时，向 2764 提供片选信号，存 储空间地址变化范围是 Z000H 一 3FFFH。 当 A13=l 时，向 6164 提供片选信号，存储空间地址在 400OH一 7FFFH 范围内变化。 (6)I/O 接口电路 包括扩展 I/0 在内的 I/0 电路和 I/0 译码电路。 各部分电路通过微机的地址总线、数据总线和控制总线相连，完成输入信号的接收、中央处理、执行器控制信号的输出等工作。 其中中央处理器CPU 是单片机的心脏，它负责从存储器中存取指令、解释指令和执行相应的动作。 对各个工 /0 端口、定时器、串行外设接口 SPI、串行通讯接口 SCI， A/D 转换器的操作进行控制。 对各种从接口、 存储器中得到的数据进行加工处理，并根据处理结果做出相应的决定。 (7)80C196KB的 CU时钟为 84MHz，外接 16MHz晶振。 80C196KB可屏蔽中断 IRQ和非屏蔽中断 XIRQ。 接 +5V，即屏蔽这两个中断。 ECU 控制设计 执行机构的设计 驱动电路为 80C196KB 单片机和执行器之间建立起有效联系，它将微机作出的控制决策转变为控制信号驱动执行机构工作，为整个电路后向通道。 后向通道是计算机实现控制运算后，对控制对象进行输出的通道接口。 后向通道。