1、 課 堂 教 案 教師：劉楊 科目：汽車單片機技術 題目第一章 汽車單片機原理 第四節(jié) 第五節(jié)班級汽檢課型專業(yè)基礎課教法面授教具板書課時2教學目的目標熟悉微型計算機和單片機的概念，了解MCS-51單片機的組成和引腳，熟悉指令系統(tǒng)，熟悉單片機的中斷、定時器/計數(shù)器和串行通信。教學重點熟悉單片機的中斷、定時器/計數(shù)器教學難點串行通信教學內(nèi)容與程序一、 課前提問二、 引題，新課引入三、 課后小結(jié)四、 作業(yè)布置作業(yè)教材 P538、9教 案 附 頁第一章 汽車單片機原理第四節(jié) 單片機指令系統(tǒng)一、單片機語言單片機的指令描述形式有兩種：機器語言形式和匯編語言形式。1.機器語言由于計算機只能識別二進制數(shù)，所以

2、計算機中所有的指令和數(shù)據(jù)都是用二進制代碼來表示。2.匯編語言由于機器語言不便被人們識別、記憶、理解和使用，因此給每條機器語言指令賦予助記符號來表示，這就形成了匯編語言。助記符號多用英文字母和數(shù)字組成。3.高級語言除了匯編語言，還有高級語言，如BASIC、PASCAL、C語言等，可以用來對單片機編程。高級語言接近自然語言（英語）和數(shù)學語言的算法語言，具有直觀、通用等特點。二、MCS-51單片機指令系統(tǒng)1.匯編語言指令格式：指令系統(tǒng)中的指令描述了不同的操作，不同操作對應不同的指令。但結(jié)構(gòu)上，每條指令通常由操作碼和操作數(shù)兩部分組成。匯編語言指令格式如下：格式：標號： 操作碼助記符 第一操作數(shù) ，第二

3、操作數(shù) ；注釋2.指令常用符號(1) Rn(n=07)：表示八個通用寄存器R0R7。(2) Ri(i=0，1)：表示兩個寄存器R0、R1，它們常在間接尋址中作為8位地址指針。(3) #data：表示8位立即數(shù)，即包含在指令中的8位常數(shù)，如#30H。(4) #data16：表示16位立即數(shù)，即包含在指令中的16位常數(shù)，如#2010H。(5) direct：表示片內(nèi)RAM(含特殊功能寄存器)的直接地址。(6) addr11：表示11位目的地址。(7) addr16：表示16位目的地址。(8) rel：表示帶符號的8位地址偏移量 (9) bit：表示位地址。(10) ：作為寄存器的前綴，表示間接尋址

4、。(11) ()：表示存儲器單元的內(nèi)容。(12) ()：表示以X單元的內(nèi)容為地址的存儲器單元內(nèi)容。(13) ：表示將箭頭左邊內(nèi)容送入箭頭右邊。(14) /：表示對該位操作數(shù)取反，但不影響該位的原值。 3. 尋址方式（1）立即尋址操作數(shù)直接出現(xiàn)在指令中，緊跟在操作碼的后面，作為指令的一部分與操作碼一起存放在程序存儲器中，可以立即得到并執(zhí)行，故稱為立即尋址。匯編指令中，在一個數(shù)的前面冠以#符號作前綴，就表示該數(shù)為立即尋址。例如指令：MOVA，#30H指令中30H就是立即數(shù)。指令的功能是將立即數(shù)30H傳送到累加器A中。 （2）直接尋址直接尋址是指在指令中直接給出操作數(shù)所在存儲單元的地址。該指令的功能

5、是從該地址中直接獲取操作數(shù)。例如指令：MOV A，40H該指令中40H為操作數(shù)的直接地址。指令的功能是把片內(nèi)RAM地址為40H單元的內(nèi)容送到A中。（3）寄存器尋址寄存器尋址是指把寄存器的內(nèi)容作為操作數(shù)。寄存器可以是通用寄存器R0R7，也可以是ACC、B、DPTR等寄存器。例如指令：MOVA，R0該指令是寄存器尋址。指令的功能是把工作寄存器R0中的內(nèi)容傳送到累加器A中，如R0中的內(nèi)容為30H，則執(zhí)行該指令后A的內(nèi)容也為30H。（4）寄存器間接尋址在寄存器間接尋址中，指令中的一個操作數(shù)是加了前綴“”的寄存器，“”表示該寄存器中的內(nèi)容是操作數(shù)的地址?？捎糜陂g接尋址的寄存器是R0、R1、DPTR。其中

6、，R0和R1用于8位地址尋址，DPTR用于16位地址尋址。例如：指令：MOV A，R0（5）變址尋址(基址寄存器+變址寄存器)變址尋址是指以寄存器的內(nèi)容作為基地址，然后在這個基地址的基礎上加上地址偏移量形成操作數(shù)的地址，并在這個地址中取出操作數(shù)。在變址尋址中只能用DPTR和PC作為基址寄存器，累加器A作為偏移量寄存器。變址尋址用于讀取程序存儲器的數(shù)據(jù)，常用于查表操作。 例如：指令：MOV A，R0（6）相對尋址相對尋址是將程序計數(shù)器PC中的當前值與指令第二字節(jié)給出的偏移量rel相加，其結(jié)果作為跳轉(zhuǎn)指令的轉(zhuǎn)移地址。相對尋址主要用于轉(zhuǎn)移類指令，尋址范圍是程序存儲器。偏移量rel是有符號的單字節(jié)數(shù)。

7、以補碼表示，其偏移范圍是-128+127。負數(shù)表示從當前地址向前轉(zhuǎn)移，正數(shù)表示從當前地址向后轉(zhuǎn)移。所以，相對轉(zhuǎn)移指令滿足條件后，轉(zhuǎn)移的地址(目的地址)為： 目的地址 = 指令存儲地址 + 指令字節(jié)數(shù) + rel（7）位尋址 位尋址是指指令的操作數(shù)為8位二進制數(shù)的某一位，指令中給出的是操作數(shù)的位地址。可用于位尋址的區(qū)域是片內(nèi)RAM 20H2FH單元和部分特殊功能寄存器。二、指令系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)傳送類指令數(shù)據(jù)傳送指令把“源操作數(shù)”中的數(shù)據(jù)傳送到“目的操作數(shù)”中去，而源操作數(shù)的內(nèi)容保持不變。（1）片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)傳送指令（2）片外RAM數(shù)據(jù)傳送指令（3）查表指令（4）交換指令（5）堆棧指令2算術運算指令算

8、術指令包括加、減、乘、除法指令，數(shù)據(jù)運算功能較強。如表1-5所示。算術運算結(jié)果存放在目的操作數(shù)所代表的單元內(nèi)。（1）不帶進位加法指令（2）帶進位的加法指令（3）帶借位減法指令（4）加1指令（5）減1指令（6）乘法指令（7）除法指令（8）十進制調(diào)整指令3.邏輯運算指令（1）邏輯與指令（2）邏輯或指令（3）邏輯異或指令（4）清零指令（5）循環(huán)移位指令4.控制轉(zhuǎn)移指令（1）無條件轉(zhuǎn)移指令（2）判零條件轉(zhuǎn)移指令（3）減1條件轉(zhuǎn)移指令（4）比較轉(zhuǎn)移指令（5）地址偏移量rel的計算5.位操作指令（1）位修正指令位修正指令包括：位清零指令CLR、位置1指令SETB、位取反指令CPL。（2）位邏輯運算指令位邏

9、輯運算指令與字節(jié)邏輯運算指令相似。其中“/bit”表示取反后在進行邏輯運算。（3）位數(shù)據(jù)傳送指令 位數(shù)據(jù)傳送指令與字節(jié)數(shù)據(jù)傳送指令相似。（4）位條件轉(zhuǎn)移類指令位條件轉(zhuǎn)移類指令與字節(jié)條件轉(zhuǎn)移類指令相似，地址偏移量rel的計算方法相同。6.子程序調(diào)用、返回和空操作指令（1）短調(diào)用指令 短調(diào)用指令ACALL指令的目標地址是11位。在調(diào)用子程序時，該指令與AJMP指令類似，要求調(diào)用子程序的入口地址與ACALL指令后面指令的第一個字節(jié)在同一個2 K頁面的程序存儲器區(qū)域中。 （2)長調(diào)用指令 長調(diào)用指令LCALL指令的目標地址是16位。可在64 K程序存儲器區(qū)域范圍內(nèi)調(diào)用任何一個子程序。 （3）子程序返回

10、指令 子程序返回指令RET，功能是使CPU從子程序返回到主程序的斷點處，使主程序繼續(xù)執(zhí)行。 118（4）中斷返回RETI中斷返回指令RETI，功能是使CPU從中斷服務子程序返回主程序的斷點處，同時清除相應的中斷狀態(tài)寄存器，開發(fā)中斷。（5）空操作指令執(zhí)行空操作指令NOP，除PC內(nèi)容加1外，不影響任何標志位和其他寄存器。NOP指令常用來產(chǎn)生一個機器周期的延遲。第五節(jié) 單片機中斷、定時器/計數(shù)器、串行通信一、中斷1中斷的概念所謂中斷，就是中斷正在進行的工作，轉(zhuǎn)而去處理另一項較為緊急的事情，處理完畢后再轉(zhuǎn)回來繼續(xù)處理原來的工作。2.中斷源引起中斷原因的的設備部件，或引起程序中斷的事件稱為中斷源。單片機

11、的中斷源分為內(nèi)部中斷源和外部中斷源。外部中斷源一般是外部設備中斷源、控制對象中斷源和傳感器中斷源。3. 中斷源優(yōu)先級及中斷嵌套一個單片機系統(tǒng)可能有多個中斷源，而單片機CPU在某一時刻只能響應一個中斷源的中斷請求，當多個中斷源同時向CPU發(fā)出中斷請求時，CPU 通過內(nèi)部硬件查詢，按照“優(yōu)先級別”順序確定先響應哪個中斷請求。8051單片機的優(yōu)先級次序為：中斷源 同級自然優(yōu)先級別外部中斷0 最高級 定時器T0中斷 外部中斷1 定時器T1中斷 串行通信口中斷 最低級 4. 中斷控制定時器/計數(shù)器（T0、T1）中斷請求和外部中斷（引腳 和）請求由定時/計數(shù)器控制寄存器（TCON）控制。串行通信口（TX、

12、RX）中斷請求由串行口控制寄存器（SCON）控制。中斷允許（源允許、總允許）由中斷允許控制寄存器（IE）控制。中斷優(yōu)先級控制由中斷優(yōu)先級控制寄存器（IP）控制。上述控制寄存器可以用數(shù)據(jù)傳送指令進行字節(jié)或位設置控制。5.中斷請求的響應單片機響應某一中斷請求后要進行如下操作：(1) 完成當前指令的操作。(2) 保護斷點地址，將PC內(nèi)容壓入堆棧。(3) 屏蔽同級的中斷請求。(4) 將中斷源入口地址(固定的)送入PC寄存器，自動轉(zhuǎn)入相應中斷程序入口地址。(5) 執(zhí)行中斷服務程序。(6) 當執(zhí)行到RETI指令時即結(jié)束中斷，從堆棧中自動彈出斷點地址到PC寄存器，返回到先前斷點處繼續(xù)執(zhí)行原程序。 二、定時器

13、/計數(shù)器MCS-51單片機內(nèi)帶有兩個16位定時器/計數(shù)器T0和T1，用于定時和計數(shù)控制。1. 定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖1-20是MCS-51單片機定時器/計數(shù)器邏輯結(jié)構(gòu)圖，內(nèi)帶有兩個16位定時器/計數(shù)器T0和T1；定時器方式寄存器（TMOD）和定時器控制寄存器(TCON)。（1）16位加法器定時器/計數(shù)器的核心是16位加法計數(shù)器，圖中用特殊功能寄存器TH0、TL0及TH1、TL1表示。TH0、TL0是定時器/計數(shù)器T0加法計數(shù)器的高8位和低8位，TH1、TL1是定時器/計數(shù)器T1加法計數(shù)器的高8位和低8位。加法計數(shù)器的初值可以由程序設定，設置的初值不同，計數(shù)值或定時時間就不同。在定時器/計數(shù)器的

14、工作過程中，加法計數(shù)器的內(nèi)容可用程序讀回CPU。（2）定時器方式寄存器（TMOD）定時器/計數(shù)器T0、T1都有四種工作方式，可通過程序?qū)MOD設置來選擇。TMOD的低4位用于定時器/計數(shù)器T0，高4位用于定時器/計數(shù)器T1。C/：定時或計數(shù)功能選擇位，當C/=0時為定時方式；當C/ =1時為計數(shù)方式。GATE：門控位，用于控制定時器/計數(shù)器的啟動是否受外部中斷請求信號的影響。2定時器控制寄存器TCONTCON是一個8位寄存器，用于控制定時器的啟動/停止以及標志定時器溢出中斷申請。TCON的地址為88H，既可進行字節(jié)尋址又可進行位尋址。復位時所有位被清零。各位功能如圖1-22所示。圖中TR0和

15、TR1分別用于控制T0和T1的啟動與停止，TF0和TF1用于標志T0和T1是否產(chǎn)生了溢出中斷請求。低4位用于中斷系統(tǒng)的控制。3. 定時器/計數(shù)器的工作原理定時器/計數(shù)器T0和T1是在定時器方式寄存器TMOD和定時器控制寄存器TCON聯(lián)合控制下進行定時或計數(shù)工作的。 三、串行通信80C51單片機的串行接口是一個全雙工串行通信接口，具有同時發(fā)送和接受的功能。它可以作為UART（通用異步接受和發(fā)送器）使用，也可以作為同步移位寄存器使用。單片機的串行通信功能是車載電控單元網(wǎng)絡通信的基礎。1.串行通信基礎知識通信分為并行通信和串行通信。并行通信是指構(gòu)成信息的二進制字符的各位數(shù)據(jù)同時傳送的通信方法， 串行

16、通信又分為兩種基本通信方式，即異步通信和同步通信。（1）串行異步通信在串行異步通信中，被傳送的信息通常是一個字符代碼或一個字節(jié)數(shù)據(jù)，它們都以規(guī)定的相同傳送格式(字符幀格式)一幀一幀地發(fā)送或接收。 字符幀格式由四部分組成：起始位，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗位和停止位。起始位：在沒有數(shù)據(jù)傳送時，通信線上處于邏輯“1”狀態(tài)。起始位是邏輯“0”。數(shù)據(jù)位：在起始位之后，發(fā)送端發(fā)出(接收端接收)的是數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)的位數(shù)沒有嚴格限制，如5位、6位、7位或8位（D0D7）等。由低位到高位逐位傳送。奇偶校驗位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完(接收完)之后，可發(fā)送奇偶校驗位，它只占幀格式的一位，用于傳送數(shù)據(jù)的有限差錯檢測或表示數(shù)據(jù)的一種性質(zhì)，

17、是發(fā)送和接收雙方預先約定好的一種檢驗(檢錯)方式。 停止位：字符幀格式的最后部分為停止位，邏輯“1”電平有效，位數(shù)可以是1位、1/2位或2位。表示一個字符幀信息的結(jié)束，也為發(fā)送下一個字符幀信息做好準備。在串行異步通信中，字符信息可以一幀一幀連續(xù)傳送，也可以出現(xiàn)間隙，即空閑狀態(tài)，此時通信線上處于邏輯“1”狀態(tài)。串行異步通信的發(fā)送設備和接收設備是相互獨立、互不同步的，雙方各用自己的時鐘源來控制發(fā)送和接收。（2）串行同步通信串行同步通信傳送數(shù)據(jù)塊的格式如圖1-27所示。在發(fā)送數(shù)據(jù)塊時，首先發(fā)送12個同步字符，接收端接收同步字符后，用同步字符脈沖調(diào)整自身的時鐘脈沖，使自身時鐘脈沖與同步字符脈沖同步后，

18、開始接收數(shù)據(jù)塊。串行同步通信的特點發(fā)、收雙方的時鐘脈沖是同步的，所傳送的數(shù)據(jù)可以是任意位的，所以傳輸效率高。缺點是實現(xiàn)同步的硬件設備復雜。 在串行通信中，無論是異步通信還是同步通信，發(fā)送和接收雙方使用的字符幀格式或同步字符必須相同，可由用戶自己確定，也可以采用統(tǒng)一的標準格式。（3）波特率和傳輸速率 在串行通信中，通信設備發(fā)送數(shù)據(jù)的速度和接收數(shù)據(jù)的速度必須相同，才能保證被傳送數(shù)據(jù)的成功傳送。 波特率(Baud rate)又稱調(diào)制速率，指單位時間內(nèi)通信設備發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)量，在二進制數(shù)據(jù)通信中，單位常用位/秒或比特/秒（bit/s）。傳輸速率又稱傳輸速度，指單位時間內(nèi)通信線路（含中間設備）傳送的數(shù)

19、據(jù)量，在二進制數(shù)據(jù)通信中，單位與波特率的單位相同。通信線路（雙絞線、同軸電纜、光纖等）的物理特性和長度等因素直接影響傳輸速率。通信系統(tǒng)的波特率和傳輸速率要相匹配。波特率和傳輸速率的單位還有K bit/s和M bit/s等，1M bit/s103K bit/s106bit/s。 串行異步通信傳輸速度較低，一般為509600bit/s；串行同步通信傳輸速度較高，一般可達80 000 bit/s。2.串行通信制式在串行通信中，將串行通信分為單工制式、半雙工制式和全雙工制式。 （1）單工制式（2）半雙工制式（3）全雙工制式3.串行通信數(shù)據(jù)的校驗 串行通信適用較長距離的通信，往往易受環(huán)境電磁干擾，為了保

20、證數(shù)據(jù)準確無誤傳送，需要對傳送的數(shù)據(jù)進行校驗。（1）奇偶校驗奇偶校驗的特點是按字符校驗，即在數(shù)據(jù)發(fā)送時，在每一個字符的最高位之后都附加一個奇偶校驗位“1”或“0”，使被傳送字符(包括奇偶校驗位)中含“1”的位數(shù)都為偶數(shù)(偶校驗)或都為奇數(shù)(奇校驗)。 接收端按照發(fā)送端所確定的奇偶性，對接收的每一個字符進行校驗。奇偶性一致則傳輸正確；不一致則為傳輸錯誤。147（2）和校驗和校驗是針對數(shù)據(jù)塊的校驗。發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)塊時，對塊中的數(shù)據(jù)（字節(jié)數(shù)）算術求和，然后將產(chǎn)生的單字節(jié)的算術和作為校驗字符(和校驗)附加到數(shù)據(jù)塊的結(jié)尾傳給接收端。接收端對收到數(shù)據(jù)塊按與發(fā)送端相同的方法求算術和，其結(jié)果與接收到的校驗字

21、符比較，相同表示傳輸正確，不同則傳輸出錯。（3）循環(huán)冗余碼校驗(CRC)CRC檢驗是對一個數(shù)據(jù)塊校驗一次，它被廣泛地應用于同步串行通信方式中，例如對磁盤信息的讀/寫，對ROM或RAM存儲區(qū)的完整性的校驗等。除此之外，還有其它的校驗方法。4.串行通信接口控制MCS-51單片機內(nèi)置一個全雙工的串行通信接口，可以作通用異步發(fā)送/接收器（UART），用于網(wǎng)絡通信。其幀格式可有8位、10位和11位，能設置多種波特率。 （1）串行接口的結(jié)構(gòu)及功能 MCS-51單片機串行口的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-29所示，主要由發(fā)送器、接收器和串行控制寄存器、通信脈沖電路組成。發(fā)送器主要由發(fā)送緩沖寄存器SBUF（字節(jié)地址99H）

22、、發(fā)送移位寄存器和發(fā)送控制器組成。發(fā)送串行數(shù)據(jù)從TXD引腳（P3.1）輸出。接收器主要由接收緩沖寄存器SBUF（字節(jié)地址99H）、接收移位寄存器和接收控制器組成。接收串行數(shù)據(jù)從RXD引腳（P3.0）輸入。發(fā)送緩沖寄存器SBUF和接收緩沖寄存器SBUF占用同一字節(jié)地址99H，可以同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送SBUF只能寫入數(shù)據(jù)，接收SBUF只能讀出數(shù)據(jù)，二者用讀、寫指令區(qū)別。（2）串行口控制寄存器5. 串行口通信方式與原理（1）發(fā)送數(shù)據(jù)串行口有四種工作方式，方式0的功能是同步移位寄存器；方式1、2、3的功能均為串行異步通信，基本原理相同。方式1為10位異步通信。一幀10位信息中，8位數(shù)據(jù)位，1位起始

23、位，1位停止位；其波特率是可變的。發(fā)送數(shù)據(jù)時，發(fā)送控制器自動將起始位0和停止位1分別加到8位數(shù)據(jù)的前后。當發(fā)送中斷標志位TI = 0時，CPU執(zhí)行一條寫SBUF的指令，如 MOV SBUF， A； 就起動了發(fā)送過程。8位數(shù)據(jù)(一幀)發(fā)送完畢后，發(fā)送控制器停止發(fā)送脈沖，且由硬件將發(fā)送中斷標志位TI置1，向CPU申請中斷。如要再次發(fā)送數(shù)據(jù)，必須用軟件將TI清零，并再次執(zhí)行寫SBUF指令。 串行數(shù)據(jù)脈沖被發(fā)送到輸出引腳TXD上。 （2）接收數(shù)據(jù)允許接收位REN被置1時，接收器就開始采樣串行數(shù)據(jù)輸入端RXD引腳上的電平。由于RXD引腳線在無信號時是高電平1，當采樣到從1到0的負跳變時，就確定是輸入數(shù)據(jù)的起始位0，開始接收數(shù)據(jù)。接收控制器發(fā)出內(nèi)部移位脈沖將RXD上的數(shù)據(jù)逐位移入接收移位寄存器，當8位數(shù)據(jù)及停止位全部移入后，根據(jù)以下狀態(tài)，確定接收是否有效： 如果RI=0 SM2=0或停止位為1在滿足以上兩個條件后，8位數(shù)據(jù)裝入接收緩沖器SBUF，停止位1裝入RB8，并置接收中斷標志位RI=1，向CPU申請中斷。如果不能滿足以上兩個條件，所接收的數(shù)據(jù)不裝入SBUF，數(shù)據(jù)將會丟失。無論出現(xiàn)哪一種情況，接受器將繼續(xù)采樣RXD引腳的負跳變，以便接收下一幀信息。（3）波特率設置串行