一種基于單片機原理的汽車電子點火控制系統的設計

沈愛蓮

SHEN Ai-lian

（浙江汽車職業技術學院，臨海 317000）

0 引言

近年來，研究汽車點火裝置的產品層出不窮，比如單極雙壓無觸點汽車點火裝置、多火花汽車點火裝置、復合式汽車點火裝置、無分電器電腦控制汽車點火裝置等等，當前正在研制和應用的汽車電子點火裝置種類也很多。

隨著電子技術、計算機技術以及汽車工業的迅速發展，能源危機以及汽車尾氣對大氣環境造成的污染日趨嚴重，因此對汽車發動機點火時刻的精確控制提出了更高的要求，與傳統的機械調節點火時刻的控制系統相比，基于微機控制的電子點火系統具有及時性好、精確度高、控制靈活等特點，為此，從發動機點火控制系統的控制策略出發，設計一種能提高發動機點火控制精度的新型電子點火控制裝置，一種基于單片機原理的電子點火控制系統由此產生了。

1 系統工作原理

發動機的點火時刻是通過控制點火提前角（即點火時活塞位置到上止點時曲軸轉過的角度）來實現的。影響氣缸內火花塞的點火時刻的因素主要有：發動機的轉速、負荷的大小、發動機冷卻水的溫度以及發動機缸體的爆震情況等。

基于單片機原理的電子點火系統的硬件電路主要由信號輸入裝置（即傳感器及信號處理電路、A/D轉換電路及各種接口電路）、電子控制單元ECU和執行器（即點火控制電路、火花塞）及電源等部件構成。系統原理框圖如圖1所示。

各傳感器的輸出信號經過相應的信號處理電路處理，A/D轉換器轉換后，輸送到單片機。單片機根據一定的控制策略、算法對輸送的信號進行運算處理，依據運算處理的結果，在合適的最佳點火時刻輸出點火控制信號。控制信號經驅動電路后，控制點火控制電路中大功率三極管的導通和截止，從而控制點火線圈初級電流的通斷，產生高壓電，點燃火花塞，最終實現發動機點火。

2 系統硬件設計

2.1 傳感器及其信號處理電路

主要包括轉速傳感器、水溫傳感器、爆震傳感器和節氣門開度傳感器及其相應的信號處理電路。

圖1 系統原理框圖

2.1.1 轉速傳感器及其信號處理電路

采用光電式速度傳感器，其作用是測量發動機轉速和曲軸轉角位置。傳感器輸出信號經處理電路整形、放大后輸入到8031單片機外部計數器T0（P3.4引腳）上，由單片機8031在一定時間對其進行計數后便可測量發動機轉速和曲軸位置。

2.1.2 水溫傳感器及其處理電路

采用集成溫度傳感器MA×6611來測量發動機冷卻水溫度。單片機依據水溫信號對點火提前角作相應調整。當水溫較低時應增大點火提前角，反之當水溫較高時應減少點火提前角。傳感器輸出信號經二極管（利用其單向導電性）雙向限幅和RC濾波電路處理后接到模數轉換器ADC0809的模擬輸入通道IN0上。

2.1.3 爆震傳感器及其處理電路

采用安裝在發動機缸體上的壓電加速度傳感器來測量發動機爆震信號。當單片機接受到爆震信號后，根據爆震強度的大小調節點火提前角。傳感器輸出信號經兩級濾波電路處理后接到ADC0809的模擬輸入通道IN1上。

2.1.4 節氣門開度傳感器及其處理電路

發動機負荷的變化是影響點火提前角的主要因素，而發動機負荷變化的測量時由節氣門傳感器來實現的，本系統采用的是屬于線性輸出型模擬式的節氣門傳感器。傳感器輸出信號經雙向限幅濾波電路處理后，連接到模數轉換器ADC0809的模擬輸入通道IN2上。

2.2 電子控制單元及模數（A/D）轉換電路設計

本系統采用8031單片機作為微機控制器，A/D轉換器采用ADC0809對前端輸入信號進行模/數轉換。系統中需要進行A/D轉換的有水溫信號、節氣門開度信號和爆震信號等。單片機8031與A/D轉換器ADC0809的接口電路如圖2所示。

圖2 單片機與轉換器的接口電路

ADC0809的A、B、C選擇模擬輸入通道，通道IN0輸入溫度信號，通道IN1輸入爆震信號，通道IN2輸入節氣門開度信號，轉換后的信號通過P0口輸入到單片機內部，其中單片機8031的P3.4（T0）對曲軸轉速信號進行計數，確定發動機轉速和曲軸位置，通過P3.6引腳輸出點火控制信號，控制點火電路的通斷，從而實現點火控制。

2.3 點火控制電路的設計

點火控制電路的作用是接受電子控制單元輸出的點火控制信號并進行功率放大，使其內部的大功率三極管導通和截止，控制點火線圈初級電流的通斷，從而產生火花塞點火所需的高壓電，其輸入信號來自單片機8031的P3.5 引腳輸出的點火控制信號，其輸出端接到火花塞上，如圖3所示。

圖3 點火控制電路

當單片機8031的P3.6 引腳輸出高電平時，三極管T1、T2 都截止，12V電壓通過R4和初級繞組L1對C7進行充電，當單片機P3.6 引腳輸出低電平時，發出點火控制信號，此時T1、T2同時導通，C7兩端的電壓瞬間變為低電平（即C7迅速放電），從而使流過點火線圈初級繞組L1的電流發生突變，在次級繞組L2兩端產生點火所需的高壓電，圖中二極管D2起著保護晶體管T2的作用。

2.4 電源電路的設計

在汽車系統中一般只提供12V的直流電壓，而系統中所用的芯片大都只需5V的電壓，本系統采用三端集成穩壓器W7805，它的引腳1作為輸入端，引腳2作為輸出端，引腳3作為公共端，它的最大輸出電流可達1.5A,公共端的靜態電流為8mA,W7805后兩位數字05為輸出電壓值，表示輸出電壓UO=±5V。集成三端穩壓器W7805的基本電路圖如圖4所示。

圖4 三端穩壓器W7805的基本電路

3 系統軟件的設計

系統軟件主要由主程序、延時程序、計算基本點火提前角子程序、計數器T0的中斷服務程序、A/D轉換子程序、點火提前角修正子程序和點火子程序組成，本系統均采用匯編語言編寫。

如果單片機8031的時鐘頻率采用6MHZ，則ALE引腳的輸出頻率為1MHZ,再經過二分頻后為500KHZ,恰好符合ADC0809對時鐘頻率的要求。由于ADC0809具有輸出三態鎖存器，其8位數據輸出引腳可直接與數據總線相連。由于ALE與START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉換。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號和P2.7經一級或非門后，產生的正脈沖作為OE信號，用以打開三態輸出鎖存器。采用中斷方式可大大節省CPU的時間，當轉換結束時，EOC發出一個脈沖向單片機提出中斷申請，單片機響應中斷請求，由外部中斷1的中斷服務程序讀A/D結果，并啟動0809的下一個轉換，外部中斷1采用邊沿觸發方式。

ADC0809的初始化程序如下：

中斷服務程序：

PINT1：MOV DPTR,#7FF8H;讀取A/D結果送緩沖單元30H

對另外兩個通道IN1,IN2的啟動程序同上，只需改變MOV DPTR,#data指令中的立即數。

4 結束語

通過上述對點火系統的原理分析以及硬件電路的設計、軟件程序的實現，設計出一種汽車點火裝置，與其他點火裝置相比，本系統具有及時性好、穩定性高、控制精度高等優點，實現了對點火提前角的最優化控制，攻克了點火提前角難以控制的關鍵技術，為后續開發研究新的汽車點火裝置打下了堅實的基礎。

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