汽车数据交互技术培训课件（可编辑）

汽车数据交互技术培训课件汽车数据交互技术汽车单片机与总线系统第一章汽车单片机与通讯概述汽车单片机的发展史现代汽车各系统使用单片机的状况汽车总线系统的产生及其应用复位电路片内复位结构按键手动复位，有电平方式和脉冲方式两种。电平方式脉冲方式两种实用的兼有上电复位与按钮复位的电路。一个机器周期又分为6个状态S1S6。每个状态又分为两拍P1和P2。因此，一个机器周期中的12个时钟周期表示为S1P1、S1P2、S2P1、S2P2、S6P2。第二章多路传输技术21汽车数据传输实例智能化门控模块1中央门锁和安全锁控制、门灯控制；2后视镜X/Y轴调节、折叠和除霜加热；3电动玻璃升降和堵转（防夹手）检测；4完整的保护和诊断功能；5系统具有休眠和总线、外部唤醒功能。22多路传输及车用总线网络通讯协议VAN由法国标致雪铁龙汽车集团与雷诺汽车公司和JAEGER公司联合开发的主要应用于车身系统CAN由德国BOSCH公司开发,应用于高速率网络传输J1850由美国SAE开发,应用于车身系统ABUS由德国大众汽车公司开发,应用于低速率和高速率信息网络传输IBUS/KBUS由德国BMW开发LIN由MOTOROLA、BMW、DC、VOLKSWAGEN、VOLVO和VOLCANO公司联合组建公司开发运营（1998），低成本网络技术，应用于汽车外围设备的网络连接，如车身、空调、天窗控制传输。STFIAT由法国SGSTHOMSON公司和意大利FIAT公司联合开发,应用于低速率信息网络传输MIBUS由美国MOTOROLA公司开发,低速率信息网络传输,应用于汽车车身和空调系统BEAN由日本TOYOTA公司设计采用,应用于车身电子局域网络新型专用总线1故障诊断总线OBDONBOARDDIAGNOSEVERSION第二代车载自诊断OBDEOBD在最早关注汽车环保问题的美国,一直采用J1850作为满足OBD的诊断通讯标准欧洲汽车厂商一般使用ISO9141基于UART和ISO14230关键字协议2000在向CAN靠拢的态势下,美国于2004年开始在乘用车中使用基于CAN的诊断通讯标准J2480,满足OBD的要求而欧洲2000年开始推广ISO/DIS15765,它是ISO9141和ISO14230用CAN加以实现的产物,满足EOBD的要求2安全总线是为了增进汽车的被动安全性而单独开发的,它专用于实现对安全气囊的管理如BMW公司在7系列车型中配备ISIS的安全气囊控制系统,用于收集前座保护气囊、后座保护气囊以及膝部保护气囊的14个传感器信号，全部经由BYTEFIGHT连接，这样可以保证CPU在紧急情况下也能及时准确地决定不同位置安全气囊的释放范围与时机，从而使整套系统发挥出最佳保护效果。较著名的车用安全总线SAFETYBUSBOTEPLANETDSIBSRSBYTEFIGHT3XBYWIRE总线近年来随着车载网络的可靠性提高，汽车电子系统正在逐步开展电传控制的研究、开发、应用。XBYWIRE由航空业转向汽车工业。将传统的机械系统改造成经由高速容错总线连接、高性能CPU管理下的电控系统。如STEERBYWIRE、BRAKEBYWIRE、THROTTLEBYWIREET模块。构成综合辅助驾驶体系。各模块的高效运行完全依赖实时高速的数据通讯。第四章CAN总线控制器与驱动器CAN控制器SJA1000CAN总线驱动器第五章CAN应用与LAN应用结束END4CAN控制器SJA100041SJA1000结构1接口管理逻辑IML解释来自CPU的命令，控制CAN寄存器的寻址，向主控制器提供中断信息和状态信息。2发送缓冲器TXB是CPU和位流处理器之间的接口，能存储发送到CAN网络上的完整报文。3接收缓冲器用来存储从CAN总线上接收并被确认的报文。4CAN核心模块根据CAN规范，控制CAN帧的发送和接收。CAN控制器与微处理器典型接法42CAN寄存器BASICCAN模式寄存器控制寄存器CR命令寄存器CMR状态寄存器SR中断寄存器IRPELICAN模式寄存器模式寄存器MOD命令寄存器CMR状态寄存器中断寄存器中断使能寄存器IER仲裁丢失扑捉寄存器ALC5CAN总线驱动器51驱动器结构52驱动器功能CAN驱动器可以为总线提供不同的发送性能,为CAN控制器提供不同的接收性能驱动器电路内部具有限流电路,可防止发送输出级对电源、地或负载短路。驱动器器件采用双线差分驱动，有助于抑制汽车在恶劣电气环境下的瞬变干扰。驱动器还可以方便地在CAN控制器与驱动器之间建立光电隔离，以实现总线上各节点之间的电气隔离。在TJA1050驱动器中可通过引脚S（8）可以选择高速模式和待机模式。高速模式即正常工作模式。待机模式中，发送器被禁能的，它不管TXD的输入信号。器件的其他功能可以继续工作。待机模式可以防止在CAN控制器不受控制时对网络通讯造成阻塞。在汽车通电的瞬时，引脚CANH和CANL受到保护。TJA1050设计了一个超时定时器，用以对TXD端的低电位进行监视。避免系统TXD端长时间为低电位时，总线上所有其他节点也将无法通讯的情况出现。51汽车总线系统的产生及其应用控制器局域网汽车控制总线德国BOSCH公司在20世纪80年代初研制成功,是为了汽车检测和控制系统设计的由于其优良的特性,现在除了汽车电子控制系统应用外,在其他一些实时控制系统中得到了广泛的应用52CAN诊断BSI智能服务器31基本概念1分层结构ISO参考模型CAN被细分为几个不同的层次，属于结构分层。包括数据链路层、物理层等。2报文MESSAGES总线上的信息以不同的固定格式发送，报文是由帧组成的。3位速率（BITRATE位在传输中单位时间关系。不同的系统，CAN的位速率是不同的。在给定的系统中，位速率是唯一的，固定的。在同一网络上的节点位速率必须兼容。4优先权多路传输指在同一通道或线路上同时传输多条信息。5节点（NODE在计算机多路传输系统中一些简单的模块。6网关在总线内为实现信息共享和不产生协议冲突，实现无差错数据传输的处理器。7帧数据传输中的数据单元。帧的格式和长短由通讯协议决定。8局域网局域网络是在一个有限区域内连接的计算机的网络。简称局域网。9现场总线FIELDBUS是在工业过程控制和生产自动化领域发展起来的一种网络体系，是在现场安装在自动化装置中的一种数字通讯链路。是用于过程自动化最底层的现场通讯网络。10数据总线数据总线是模块间运行数据的通道，依此实现一条数据线路传输的信号能被多个系统（控制单元）共享。11多路传输多路传输指在同一通道或线路上同时传输多条信息。12多主机总线空闲时，任何单元都可以开始传送报文，具有较高优先权报文的单元可以获得总线访问权。因此，在总线上可以同时存在多主站（主机），加或减主机对其它在线主机无影响。但挂在总线上的主机必须遵守统一的接口标准。13故障界定CAN节点能够把永久故障和短暂扰动区别开来。故障节点会被关闭。14应答所有的接收器检查报文的连贯性。对于连贯的报文，接收器应答。对于不连贯的报文，接收器作出标志。15睡眠模式/唤醒为了减少系统电源的功耗，通过设定CAN器件可以停止内部活动和断开与总线驱动器的连接。CAN器件由总线激活，或系统内部状态唤醒。16仲裁CAN使用仲裁机制来处理两个或两个以上单元同时开始传送报文，来解决总线访问冲突。通过使用识别符的逐位仲裁来实现。17CAN控制器是一块可编程电路的组合来实现保证数据链路层和物理层通讯质量。它对外提供与微处理器的物理接口。18CAN驱动器提供了CAN控制器与物理总线之间的接口。32控制器局域网（CAN）CAN的基本特点CAN控制器局域网CONTROLLERAREANETWORK是有效支持分布式控制或实时控制的串行通讯网络。CANBUSCAN总线CAN特点高速串行数据接口功能，支持1KBPS10MBPS的数据传输率。可使用双绞线、同轴电缆、光纤作为网线。数据帧短，实时性高。发送不需等待令牌，反应速度快。多站同时发送，优先视优先权数据获取总线。错误检错（纠错）和校正能力强，保证系统可靠性。无破坏基于优先权的仲裁。通过接受过滤的方式实现多地址帧传送。具有远程数据请求功能。具有全系统数据兼容性。CAN的应用示例CAN的应用示例CAN网络结构1国际标准化组织ISO/OSI的七层体系结构三、CAN数据链路层包括逻辑链路控制（LOGICALLINKCONTROL,LLC）子层；媒体访问控制（MEDIUMACCESSCONTROL,MAC）子层。LLC子层MAC子层CAN协议的核心。把接收的报文提供给LLC子层，并接收LLC子层的报文。MAC子层负责报文分帧、仲裁、应答、错误检测和标定。CAN协议定义了4种不同的信息帧一）数据帧有7个不同的位域，帧起始、仲裁帧、控制域、数据域、CRC校验码域、应答域和帧结束。二）远程帧（遥控帧）有6个域，三）错误帧有个域，错误标志重叠域和界定符四）超载帧（过载帧）由超载标志和界定符位构成远程帧的构成超载帧的构成错误帧的构成帧间间隔CAN物理层物理层是组成计算机网络的基础，将ECU连接至总线的电路实现。作用是在不同的节点之间根据所有的电气属性行位的实际传输。物理层功能模型（1）物理信令（PLSPHYSICALSIGNALLING）实现位表示位编码/解码）位定时、同步等功能。主要由CAN控制芯片完成。实现总线发送/接收的功能电路，并可提供总线故障检测方法。（2）媒体访问单元（MAUMEDIUMACCESSUNIT）用于偶合节点至发送媒体部分。实现物理层与媒体的机械和电气接口。位时间1位的持续时间。同步网关在总线内为实现信息共享和不产生协议冲突，实现无差错数据传输的处理器。网关实际上是一种模块。为了使采用不同协议及速度的数据总线间实现无差错数据传输，必须要用具有特殊功能的计算机。SAEJ1939和J198033CAN总线的数据传递原理XTAL2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P2P1P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P2P1S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1S2S3S4S5S6S1ALE读操作码读下一个操作码（丢弃）再读下一个操作码读操作码读第二字节读下一个操作码读操作码读操作码读下一个操作码（丢弃）再读下一个操作码读下一个操作码（丢弃）无取指无ALE无取指再读下一个操作码（A）1字节，1周期指令如INCA（B）2字节，1周期指令如ADDA,DATA（C）1字节，2周期指令如INCDPTR（D）1字节，2周期指令如MOVXA,DPTRMCS51时序2MCS51单片机的取指执行时序取指令阶段把程序计数器PC中的指令地址送到程序存储器，选中指定单元并从中取出需要执行的指令。指令执行阶段对指令操作码进行译码，以产生一系列控制信号完成指令的执行。3访问外部ROM时序4读外部RAM时序访问外部RAM的操作有两种情况，即读操作和写操作，两种操作的方式基本相同。振荡脉冲P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1P2P1S1S2S3S4S5S6S1ALEPSENP2P0A15A8A15A8A7A0A7A0指令指令指令存放在外部ROM时，CPU的取指时序振荡脉冲S1S2S3S4S5S6ALEPSENP2P0PCH输出指令存放在外部ROM，CPU访问外部数据存储器时序S2S3S4S5S6PCH输出S1PCH输出DPH输出或P2输出PCL输出S1指令输入指令输入PCL输出地址输出数据输入第二节单片机串行口及应用串行通信的基本概念MCS51单片机串行口串行口应用常用串行通信总线标准及接口电路在很多单片机应用系统中，经常需要单片机和其它单片机、PC机或外部设备进行数据通信。计算机与外界的信息交换称为通信。CPU与外部设备的基本通信方式有两种并行通信，数据的各位同时进行传送。其特点是传送速度快、效率高，数据有多少位，就需要有多少根传输线。串行通信，数据一位一位地按顺序进行传送。其特点是只需一对传输线就可实现通信，当传输的数据较多、距离较远时，它可以显著减少传输线，降低通信成本，但是串行传送的速度慢。串行通信的基本概念串行通信是指计算机主机与外设之间以及主机系统与主机系统之间数据的串行传送。1异步通信和同步通信串行通信有两种基本通信方式异步通信和同步通信。1异步通信在异步通信中，数据通常以字符（或字节）为单位组成数据帧传送。如图61所示。图61异步通信的字符帧格式每一帧数据包括以下几个部分（1）起始位（2）数据位（3）奇偶校验位（4）停止位2同步通信在同步通信中，每个数据块传送开始时，采用一个或两个同步字符作为起始标志，数据在同步字符之后，个数不受限制，由所需传送的数据块长度确定。其格式如图62所示。图62同步传送的数据格式2串行通信的制式在串行通信中，数据是在由通信线连接的两个工作站之间传送的。按照数据传送方向，串行通信可分为单工、半双工和全双工三种方式1单工制式只允许数据向一个方向传送，即一方只能发送，另一方只能接收。2半双工制式允许数据双向传送，但由于只有一根传输线，在同一时刻只能一方发送，另一方接收。3全双工制式允许数据同时双向传送，由于有两根传输线，在A站将数据发送到B站的同时，也允许B站将数据发送到A站。3波特率串行通信的数据是按位进行传送的，每秒钟传送的二进制数码的位数称为波特率（也称比特数），单位是BPS（BITPERSECOND），即位/秒。发送/接收时钟二进制数据序列在串行传送过程中以数字信号波形的形式出现。无论发送或是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。4奇偶校验采用奇偶校验法，发送时在每个字符（或字节）之后附加一位校验位，这个校验位可以是“0”或“1”，以便使校验位和所发送的字符（或字节）中“1”的个数为奇数称为奇校验，或为偶数称为偶校验。MCS51单片机串行口1串行口结构串行口内部有两个物理上相互独立的数据缓冲器SBUF，一个用于发送数据，另一个用于接收数据。但发送缓冲器只能写入数据，不能读出数据；而接收缓冲器只能读出数据，不能写入数据，所以两个缓冲器共用一个地址（99H）。2串行口控制1串行口控制寄存器SCONSCON是MCS51的一个SFR，串行数据通信的方式选择、接收和发送控制以及串行口的状态标志都由专用寄存器SCON控制和指示。SCON用于控制串行口的工作方式，同时还包含要发送或接收到的第9位数据位以及串行口中断标志位。该寄存器的字节地址为98H。2电源控制寄存器PCONPCON中只有最高位SMOD与串行口工作有关，该位用于控制串行口工作于方式1、2、3时的波特率。当SMOD1时，波特率加倍。PCON的字节地址为87H，没有位寻址功能。单片机复位时，SMOD0。3串行口的工作方式MCS51串行口有方式0、方式1、方式2和方式3四种工作方式，用户可根据实际需要进行选用。方式0主要用于扩展并行输入/输出口，方式1、方式2和方式3主要用于串行通信。1方式0该方式为同步移位寄存器输入/输出方式，常用于扩展并行I/O口。2方式1方式1为波特率可变的10位异步通信方式，由TXD端发送数据，RXD端接收数据。收发一帧数据的格式为1位起始位、8位数据位、一位停止位，共10位。3方式2和方式3这两种方式都是11位异步通信，操作方式完全一样，只有波特率不同，适用于多机通信。在方式2或方式3下，数据由TXD端发送，RXD端接收。收发一帧数据为11位1位起始位（低电平）、8位数据位、1位可编程的第9位（D8用于奇偶校验或地址/数据选择，发送时为TB8，接收时送入RB8）、1位停止位（高电平）。4波特率设置1方式0的波特率在方式0下，串行口的波特率是固定的，即波特率FOSC/122方式2的波特率在方式2下，串行口的波特率可由PCON中的SMOD位控制若使SMOD0，则所选波特率为FOSC/64；若使SMOD1，则波特率为FOSC/32。3方式1和方式3的波特率在这两种方式下，串行口波特率由定时器T1的溢出率和SMOD值同时决定。相应公式为波特率2SMODT1溢出率/32串行口应用1串行口方式0的应用串行口方式0为同步操作，外接串入并出或并入串出器件，可实现I/O的扩展。I/O口扩展有两种不同用途一是利用串行口扩展并行输出口，此时需外接串行输入/并行输出的同步移位寄存器，如74LS164或CD4094；另一种是利用串行口扩展并行输入口，此时需外接并行输入/串行输出的同步移位寄存器，如74LS165/74HC165或CD4014。2串行口在其他方式下的应用MCS51单片机串行口工作在方式1、2、3时，都用于异步通信，它们之间的主要差别是字符帧格式和波特率不同。此时，单片机发送或接收数据可以采用查询方式或中断方式。3双机通信双机通信也称为点对点的异步串行通信。当两个MCS51系列单片机应用系统相距很近时，可将它们的串行口直接相连来实现双机通信，双机通信中通信双方处于平等地位，不需要相互之间识别地址，因此串行口工作方式1、2、3都可以实现双机之间的全双工异步串行通信。如果要保持通信的可靠性，还需要在收发数据前规定通信协议，包括对通信双方发送和接收信息的格式、差错校验与处理、波特率设置等事项的明确约定。4多机通信MCS51系列单片机串行口方式2和方式3可用于多机通信。多机通信常采用一台主机和多台从机组成主从式多机系统，主机与各从机之间能实现全双工通信，而各从机之间不能直接通信，只能经过主机才能实现。1多机通信原理多机通信要求主机和从机之间必须协调配合。多机通信的具体过程如下将所有从机的SM2位置1，使从机只能接收地址帧。主机发送一帧地址信息用以选中要通信的从机。各从机接收到地址帧后，与本机地址相比较，如果相同，向主机回送本机地址信息，并将自身的SM2清0，以准备接收主机发送过来的数据帧，其他从机保持SM2为1，对主机送来的数据不予接收。主机收到被选中的从机回送的地址信号后，对该从机发送控制命令，以说明主机要求从机接收还是发送。从机接到主机的控制命令后，向主机发回一个状态信息，表明是否已准备就绪。主机收到从机的状态信息，若从机已准备就绪，主机便与从机进行数据传送。常用串行通信总线标准及接口电路常用的标准异步串行通信接口有RS232C、RS422/485、USB通用接口等几类。1RS232C总线标准及接口电路RS232C是使用最早、在异步串行通信中应用最广的总线标准。它由美国电子工业协会（EIA）1962年公布，1969年最后修订而成。其中，RS是英文“推荐标准”的缩写，232是标识号，C表示修改次数。1RS232C总线标准RS232C适用于短距离或带调制解调器的通信场合，设备之间的通信距离不大于15M时，可以用RS232C电缆直接连接；对于距离大于15M以上的长距离通信，需要采用调制解调器才能实现。RS232C传输速率最大为20KBPS。RS232C标准总线为25条信号线，采用一个25脚的连接器，一般使用标准的D型25芯插头座（DB25）RS232C采用负逻辑，即逻辑1用5V15V表示，逻辑0用5V15V表示。因此，RS232C不能和TTL电平直接相连。2RS232C接口电路232232是IM公司生产的包含两路接收器和驱动器的专用集成电路，用于完成RS232C电平与TTL电平转换。232内部有一个电源电压变换器，可以把输入的5V电压变换成RS232C输出电平所需的10V电压。2RS422/485总线标准及接口电路1RS422/485总线标准RS422采用差分接收、差分发送工作方式，不需要数字地线。它使用双绞线传输信号，根据两条传输线之间的电位差值来决定逻辑状态。RS422接口电路采用高输入阻抗接收器和比RS232C驱动能力更强的发送驱动器，可以在相同的传输线上连接多个接收节点，所以RS422支持点对多的双向通信。RS485是RS422的变型。它是多发送器的电路标准，允许双绞线上一个发送器驱动32个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。RS422/485最大传输距离为1200M，最大传输速率为10MBPS。2RS485接口电路485485是用于RS422/485通信的差分平衡收发器，由IM公司生产。芯片内部包含一个驱动器和一个接收器，适用于半双工通信。其主要特性如下（1）传输线上可连接32个收发器；（2）具有驱动过载保护；（3）最大传输速率为25MBPS；（4）共模输入电压范围为7V12V；（5）工作电流范围为120A500A；（6）供电电源5V。常规系统的不足功率继电器励磁线圈驱动电流较大,接口电路复杂继电器控制频率相对较低,影响寿命,EMI严重难以有效地实现对电机的过热、过压、短路保护和系统诊断；继电器过多使控制器体积大、重量增加；不同的电子模块控制功能相对独立，线束增多，系统成本增加，功耗增加。基于CANBUS的门模块功能主要优点可以灵活的配置网络节点，满足不同级别车型的需要；可以实现系统休眠和唤醒功能、降低系统功耗；智能功率IC具有完整的过压、欠压、过温和短路保护，以及负载开路和器件故障检测、电流传感等功能，使控制简单、灵活；通过PWM可以实现软调节，延长负载或执行机构的寿命。模块的主要功能汽车网络的产生与类型汽车控制计算机分布式结构的常规布线的缺点1整车布线复杂,凌乱。2电气节点多,线缆总长过长。3设计、调试和维修困难。4现代汽车需要线控技术（XBYWIRE。因此1为了简化电路。2为了提高信号传输速度。3降低故障率。4提高汽车智能化。催生了汽车网络化。SAE分类总线A级网络数据传输率、实时性、可靠性较低，适用于传感器和低级别执行器总线。（如CAN20B级网络数据传输率较高，适用于车身控制系统和故障诊断系统。如J1850）C级网络数据传输率高，最高可达1MBPS，适用于动力传动系统的实时控制系统和线控系统。如UART）车辆网络标准见教材268页，表132。续安全总线特征第三章汽车网络系统汽车数据交互技术山东交通学院汽车工程系慈勤蓬11MCS51单片机硬件结构MCS51单片机总体结构MCS51存储结构及位处理器MCS51工作方式MCS51单片机的时序本章重点内容1MCS51单片机硬件的功能结构及内部组成2单片机引脚功能及应用特点3片内数据存储器和特殊功能寄存器的组织特点4单片机的工作方式和典型的CPU时序MCS51单片机总体结构MCS51系列单片机可分为两大系列51子系列和52子系列。51子系列单片机的典型产品有8051、8751、8031、80C51、80C31等。它们的结构基本相同，其主要差别反映在片内存储器的配置上有所不同。52子系列单片机的典型产品有8032、8052、8752，其中，8052、8752内含8KB的掩模ROM程序存储器和256B的RAM数据存储器。1MCS51单片机总体结构框图及功能8051单片机内部由CPU、4KB的ROM、128B的RAM、4个8位的I/O并行端口、一个串行口、两个16位定时/计数器及中断系统等组成。其内部基本结构框图如图21所示。图22为8051单片机系统结构原理框图。图218051单片机内部基本结构框图图228051单片机系统结构原理框图下面对各功能部件的作用分述如下1CPUCPU是单片机内部的核心部件，是单片机的指挥和控制中心。CPU可分为运算器和控制器两大部分。1控制器控制器的功能是接受来自程序存储器ROM存储单元的指令，并对其进行译码，通过定时和控制电路，按时序规定发出指令功能所需要的各种（内部和外部）控制信息，使各部分协调工作，完成指令功能所需的操作。控制器主要包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器及定时控制电路等。2运算器ALU运算器的功能是对数据进行算术运算和逻辑运算。计算机对任何数据的加工、处理必须由运算器完成。2RAMRAM为单片机内部数据存储器。其存储空间包括随机存储器区、寄存器区、特殊功能寄存器及位寻址区。3ROMROM为单片机内部程序存储器。4并行I/O口P0P3是四个8位并行I/O口，每个口既可作为输入，也可作为输出。单片机在与外部存储器及I/O端口设备交换信息时，必须由P0P3口完成。5定时器/计数器定时器/计数器用于定时和对外部事件进行计数。6中断系统MCS51单片机有5个中断源，中断处理系统灵活、方便，使单片机处理问题的灵活性和工作的效率大大提高。7串行接口串行接口提供对数据各位按序一位一位地传送。8时钟电路OSC时钟电路用于产生单片机中最基本的时间单位。2MCS51引脚功能MCS51单片机采用40脚双列直插式封装，其引脚排列及逻辑符号如图23所示。1主电源引脚VCC和VSSVCC接主电源5V。VSS电源接地端。2时钟电路引脚XTAL1和XTAL2XTAL1是片内振荡器反相放大器的输入端，XTAL2是片内振荡器反相放大器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。图23MCS51单片机引脚图3控制信号引脚1RST/VPDRST/VPD为复位/备用电源输入端。2ALE/ALE/为低8位地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。3为外部程序存储器控制信号，即读选通信号4/VPP为外部程序存储器允许访问/编程电源输入。4并行I/O口P0P4端口引脚1P0口（P00P07）P0口是一个8位漏极开路型双向I/O端口。P0口可作通用I/O口使用，但在端口进行输入操作前，应先向端口的输出锁存器写“1”。2P1口（P10P17）P1口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。当P1输出高电平时，能向外部提供拉电流负载，因此，不需再外接上拉电阻。3P2口（P20P23）P2口也是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O端口。当CPU访问外部存储器时，P2口自动用于输出高8位地址，与P0口的低8位地址一起形成外部存储器的16位地址总线。4P3口（P20P27）P3口是一个内部带上拉电阻的8位多功能双向I/O端口。MCS51存储结构及位处理器1MCS51存储器的特点MCS51的存储器把程序和数据的存储空间严格区分开。MCS51存储器的划分方法如下1从物理结构上划分，有4个存储空间。片内程序存储器。片外程序存储器。片内数据存储器。片外数据存储器。2从逻辑上划分，有3个存储器地址空间。片内外统一编址的64KB的程序存储器地址空间。片内（128128）B数据存储器地址空间。片外64KB的数据存储器地址空间。在访问不同的逻辑存储空间时，MCS51提供了不同形式的指令MOV指令用于访问内部数据存储器。MOVC用于访问片内外程序存储器。MOVX用于访问外部数据存储器。MCS51（8051）存储结构如图24所示。图24MCS518051存储结构2程序存储器程序存储器用于存放已编制好的程序及程序中用到的常数。程序存储器由ROM构成，单片机掉电后ROM内容不会丢失。3数据存储器数据存储器用于存放程序运算的中间结果、状态标志位等。数据存储器由RAM构成，一旦掉电，其数据将丢失。1通用寄存器区在低128B的RAM区中，将地址001FH共32个单元设为工作寄存器区，这32个单元又分为4组，每组由8个单元按序组成通用寄存器R0R7。通用寄存器R0R7不仅用于暂存中间结果，而且是CPU指令中寻址方式不可缺少的工作单元。2可位寻址区地址为20H2FH的16个RAM（字节）单元，既可以像普通RAM单元按字节地址进行存取，又可以按位进行存取，这16个字节共有128168个二进制位，每一位都分配一个位地址，编址为00H7FH。3只能字节寻址的RAM区在30H7FH区的80个RAM单元为用户RAM区，只能按字节存取。所以，30H7FH区是真正的数据缓冲区。4专用寄存器区（SFR）在片内数据存储器的80HFFH单元（高128B）中，有21个单元作为专用寄存器（SFR），又称特殊功能寄存器。下面对部分特殊功能寄存器（SFR）作一简介1累加器ACC字节地址为E0H，并可对其D0D7各位进行位寻址。D0D7位地址相应为E0HE7H。2寄存器B字节地址为F0H，并可对其D0D7各位进行位寻址。D0D7位地址相应为F0HF7H。主要用于暂存数据。3程序状态字PSW字节地址为D0H，并可对其D0D7各位进行位寻址。D0D7数据位的位地址相应为D0HD7H。主要用于寄存当前指令执行后的某些状态信息。4堆栈指针SP字节地址为81H，不能进行位寻址。5端口P1字节地址为90H，并可对其D0D7各位进行位寻址。D0D7数据位的位地址相应为90H97H（也可表示为P10P17）。5位处理器MCS51片内CPU还是一个性能优异的位处理器，也就是说MCS51实际上又是一个完整而独立的1位单片机（也称布尔处理机）。该布尔处理机除了有自己的CPU、位寄存器、位累加器（即进位标志CY）、I/O口和位寻址空间外，还有专供位操作的指令系统，可以直接寻址对位存储单元和SFR的某一位进行操作。MCS51单片机对于位操作（布尔处理）有置位、复位、取反、测试转移、传送、逻辑与和逻辑或运算等功能。MCS51工作方式MCS51单片机的工作方式包括复位方式、程序执行方式、节电方式和EPROM的编程和校验方式，在不同的情况下