汽车行车电脑原理

汽车行车电脑原理浅析

摘要:随着科学技术的发展和汽车车型的不断更新,汽车行车电脑正日趋普及。本文由浅入深、由简到繁、深入浅出地对汽车行车电脑单片机原理及组成给予详细的论述和剖析。

关键词:汽车行车电脑逻辑电路存储器数字信号

中图分类号:u466 文献标识码:a 文章编

号:1674-098x(2012)04(a)-0079-01

汽车行车电脑电控单元分为硬件和软件两大部分,硬件部分包括微处理器、输入接口电路和输出接口电路;软件部分是实现控制功能的指令和数据系统。

1 ecu的硬件构成

汽车行车电脑ecu的硬件结构分为壳体、接口、电路板和电路等几部分。电脑接口实现ecu与外部电路的连接,型号取决于ecu的功能。电脑电路由一些大规模集成电路组成,由于电路元件越来越多地采用表面安装技术,所以,尽管ecu的控制功能越来越多,但其体积却越来越小,集成度也越来越高。ecu的电路由输入接口电路、微处理器、输出接口电路等组成。

1.1 输入接口电路

主要功能是对传感器输入信号进行预处理,使输入信号成为微处理器可接收的信号。因为输入信号有两类:模拟信号和数字信号,所以分别由相应的输入电路对其进行处理。

1.1.1 模拟信号的处理。

输入的模拟信号若很弱,如氧传感器(产生一个低于1v的电压信号),则首先需要进行放大处理。被放大后的模拟信号需要转换成数字信号才能被微处理器接收,完成这项任务的器件是输入电路中的a/d(模数转换器)。若输入的模拟信号不是很弱,而且在a/d所设定的量程范围内,可直接进行a/d转换。

1.1.2 数字信号的输入。

控制系统采集的数字信号,主要是来自转速传感器的转速信号和活塞上止点参考信号,它们都是脉冲信号。这两个信号经过处理之后,经过i/o口直接送入微处理器。

1.2 微处理器

微处理器包括cpu、存储器、输入、输出端口(i/o口)、总线等。输入信号通过输出端口进入cpu,经过cpu的数据处理后,把运算结果送到输出端口,并同时使执行器进行工作。

1.2.1 cpu

cpu是电控单元运算器与控制器的总称。把运算器与控制器集成到一块芯片上,称这芯片为中央处理单元cpu(central processing unit)或微处理器。cpu的功用是读出命令并执行数据处理任务,即通过接口向系统的各个受控部分发出指令,同时又可对整个控制系统所需的参数进行检测、数据处理、控制运算与逻辑判断。

1.2.2 存储器

存储器是记忆元件。微型计算机要根据已编写的指令程序,对数据和信息自动快速地进行运算和处理,就必须把指令、数据和计算

的中间结果存放在微型计算机的内部,存储器就是微型计算机中存储计算程序、原始数据及中间结果的设备。车用计算机所用的半导体存储器,按存储信息的功能可分为随机存取存储器ram和只读存储器rom。随机存取存储器又称读写存储器。只读存储器按功能可分为掩模式rom、可编程只读存储器prom和可改写的只读存储器eprom。存储器由许多存储单元组成,每个存储单元可以存放若干二进制代码。为区分不同的存储单元,通常把内存中全部存储单元进行统一编号,此号码称为存储单元的地址码。当计算机要把一个代码存入其存储单元中或从其存储单元取出时,首先要把该存储单元的地址码通知存储器,然后由存储器查找与该地址码对应的存储单元,查到后才能进行信息的存取。

1.2.3 输入、输出端口。

端口是指那些在接口电路中完成信息的传送,并可由编程人员寻址进行读写的寄存器。cpu可以通过输入、输出指令向端口存取信息。端口主要有两类:一类为状态和命令口,另一类为数据口。状态口主要用来检测i/o装置的工作状态,cpu通过输入指令来检测输入装置的工作状态,以决定下一步的操作。cpu通过输出指令向输出装置发出控制命令与控制相应的执行器。而数据口传送的是数据信息,如数字、字符和特定的代码。

1.2.4 总线。

汽车行车电脑是一个信息处理系统,它由若干功能部件构成,这

些功能部件在一起协调工作才能形成一个完整的计算机系统。总线

是构成计算机各系统的骨架,采用总线结构,可以大大减少信息传送线的数量,增加系统灵活性等。

(1)运算器。

运算器的作用是进行信息的加工,通常由逻辑运算单元(alu)、累加器、暂存寄存器、标志触发器等构成。

(2)寄存器。

寄存器提供参与运算的操作数据,并保存运算结果。按照其作用可将其分为通用寄存器和专用寄存器两类。

(3)控制器。

控制器是计算机的指挥中心,它的功能是按照人们预先设定的操作步骤,控制整机和部件步调一致地自动工作。

1.3 输出接口电路

1.3.1 输出接口电路。

输出接口电路将ecu与执行元件联系起来。它将ecu做出的决策指令转变为控制信号来驱动执行元件进行工作,它起着控制信号的生成与放大等功能。常见的输出执行元件通常是一些继电器、电磁线圈和显示器等。

1.3.2 数据部分。

数据可分为系统固定特性相关的固定数据和与系统可变特性相关的校正数据两类。

2 ecu的工作原理

ecu的主要工作是按照特定的程序对输入信号进行处理,并形成

相应的控制指令,向执行器输出驱动信号。ecu的主要工作过程由微处理器进行,而微处理器是通过读取系统指令进行工作的。在存储器的特定区段中存储着指令和数据,存储器的这一区段称为寄存器,其中存放着处理器下一指令所在地址的寄存器称为程序计数器,用于临时存放从存储器中读出指令的寄存器称为指令寄存器。微处理器工作是根据程序计数器中的地址将指令读入指令寄存器中,然后对指令进行翻译,而程序计数器则存储下一条指令所在的地址。微处理器在获得执行该指令所必需的信息以后,将执行该指令所定义的过程,指令定义的过程主要包括对数据进行存储、运算、逻辑判断和函数转换等。当一条指令执行结束以后,微处理器将重复进行确定指令存储器地址,读取指令、解译指令和执行指令这一循环过程,执行下一指令,直到程序中的全部指令执行完毕。微处理器的另一个重要工作是对来自输入、输出和反馈电路的优先信号做出反应,当这些优先信号输入微处理器时,微处理器将停止正在进行的工作,转向运行处理这些优先信号的子程序,这一过程称为中断服务,这

些需要优先处理的信号称为中断信号。中断服务功能可以使微处理器不必对控制系统进行连续监测,又可以在进行其他控制过程中按照需要对中断信号进行处理,使处理这些信号的时效性得到保证。例如,发动机点火过于提前导致爆震发生时,由爆震传感器反馈的

爆震信号将使微处理器中断正在进行的工作,而转向运行延迟点火正时的子程序,使爆震燃烧得到抑制。

参考文献