汽車行車電腦原理淺析

摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和汽車車型的不斷更新，汽車行車電腦正日趨普及。本文由淺入深、由簡到繁、深入淺出地對汽車行車電腦單片機原理及組成給予詳細(xì)的論述和剖析。

關(guān)鍵詞:汽車行車電腦 邏輯電路 存儲器 數(shù)字信號

中圖分類號:U466文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(a)-0079-01

汽車行車電腦電控單元分為硬件和軟件兩大部分，硬件部分包括微處理器、輸入接口電路和輸出接口電路;軟件部分是實現(xiàn)控制功能的指令和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

1 ECU的硬件構(gòu)成

汽車行車電腦ECU的硬件結(jié)構(gòu)分為殼體、接口、電路板和電路等幾部分。電腦接口實現(xiàn)ECU與外部電路的連接，型號取決于ECU的功能。電腦電路由一些大規(guī)模集成電路組成，由于電路元件越來越多地采用表面安裝技術(shù)，所以，盡管ECU的控制功能越來越多，但其體積卻越來越小，集成度也越來越高。ECU的電路由輸入接口電路、微處理器、輸出接口電路等組成。

1.1 輸入接口電路

主要功能是對傳感器輸入信號進(jìn)行預(yù)處理，使輸入信號成為微處理器可接收的信號。因為輸入信號有兩類:模擬信號和數(shù)字信號，所以分別由相應(yīng)的輸入電路對其進(jìn)行處理。

1.1.1 模擬信號的處理。

輸入的模擬信號若很弱，如氧傳感器(產(chǎn)生一個低于1V的電壓信號)，則首先需要進(jìn)行放大處理。被放大后的模擬信號需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能被微處理器接收，完成這項任務(wù)的器件是輸入電路中的A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。若輸入的模擬信號不是很弱，而且在A/D所設(shè)定的量程范圍內(nèi)，可直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。

1.1.2 數(shù)字信號的輸入。

控制系統(tǒng)采集的數(shù)字信號，主要是來自轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號和活塞上止點參考信號，它們都是脈沖信號。這兩個信號經(jīng)過處理之后，經(jīng)過I/O口直接送入微處理器。

1.2 微處理器

微處理器包括CPU、存儲器、輸入、輸出端口(I/O口)、總線等。輸入信號通過輸出端口進(jìn)入CPU，經(jīng)過CPU的數(shù)據(jù)處理后，把運算結(jié)果送到輸出端口，并同時使執(zhí)行器進(jìn)行工作。

1.2.1 CPU

CPU是電控單元運算器與控制器的總稱。把運算器與控制器集成到一塊芯片上，稱這芯片為中央處理單元CPU(Central Processing Unit)或微處理器。CPU的功用是讀出命令并執(zhí)行數(shù)據(jù)處理任務(wù)，即通過接口向系統(tǒng)的各個受控部分發(fā)出指令，同時又可對整個控制系統(tǒng)所需的參數(shù)進(jìn)行檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運算與邏輯判斷。

1.2.2 存儲器

存儲器是記憶元件。微型計算機要根據(jù)已編寫的指令程序，對數(shù)據(jù)和信息自動快速地進(jìn)行運算和處理，就必須把指令、數(shù)據(jù)和計算的中間結(jié)果存放在微型計算機的內(nèi)部，存儲器就是微型計算機中存儲計算程序、原始數(shù)據(jù)及中間結(jié)果的設(shè)備。車用計算機所用的半導(dǎo)體存儲器，按存儲信息的功能可分為隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。隨機存取存儲器又稱讀寫存儲器。只讀存儲器按功能可分為掩模式ROM、可編程只讀存儲器PROM和可改寫的只讀存儲器EPROM。存儲器由許多存儲單元組成，每個存儲單元可以存放若干二進(jìn)制代碼。為區(qū)分不同的存儲單元，通常把內(nèi)存中全部存儲單元進(jìn)行統(tǒng)一編號，此號碼稱為存儲單元的地址碼。當(dāng)計算機要把一個代碼存入其存儲單元中或從其存儲單元取出時，首先要把該存儲單元的地址碼通知存儲器，然后由存儲器查找與該地址碼對應(yīng)的存儲單元，查到后才能進(jìn)行信息的存取。

1.2.3 輸入、輸出端口。

端口是指那些在接口電路中完成信息的傳送，并可由編程人員尋址進(jìn)行讀寫的寄存器。CPU可以通過輸入、輸出指令向端口存取信息。端口主要有兩類:一類為狀態(tài)和命令口，另一類為數(shù)據(jù)口。狀態(tài)口主要用來檢測I/O裝置的工作狀態(tài)，CPU通過輸入指令來檢測輸入裝置的工作狀態(tài)，以決定下一步的操作。CPU通過輸出指令向輸出裝置發(fā)出控制命令與控制相應(yīng)的執(zhí)行器。而數(shù)據(jù)口傳送的是數(shù)據(jù)信息，如數(shù)字、字符和特定的代碼。

1.2.4 總線。

汽車行車電腦是一個信息處理系統(tǒng)，它由若干功能部件構(gòu)成，這些功能部件在一起協(xié)調(diào)工作才能形成一個完整的計算機系統(tǒng)?？偩€是構(gòu)成計算機各系統(tǒng)的骨架，采用總線結(jié)構(gòu)，可以大大減少信息傳送線的數(shù)量，增加系統(tǒng)靈活性等。

(1)運算器。

運算器的作用是進(jìn)行信息的加工，通常由邏輯運算單元(ALU)、累加器、暫存寄存器、標(biāo)志觸發(fā)器等構(gòu)成。

(2)寄存器。

寄存器提供參與運算的操作數(shù)據(jù)，并保存運算結(jié)果。按照其作用可將其分為通用寄存器和專用寄存器兩類。

(3)控制器。

控制器是計算機的指揮中心，它的功能是按照人們預(yù)先設(shè)定的操作步驟，控制整機和部件步調(diào)一致地自動工作。

1.3 輸出接口電路

1.3.1 輸出接口電路。

輸出接口電路將ECU與執(zhí)行元件聯(lián)系起來。它將ECU做出的決策指令轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘杹眚?qū)動執(zhí)行元件進(jìn)行工作，它起著控制信號的生成與放大等功能。常見的輸出執(zhí)行元件通常是一些繼電器、電磁線圈和顯示器等。

1.3.2 數(shù)據(jù)部分。

數(shù)據(jù)可分為系統(tǒng)固定特性相關(guān)的固定數(shù)據(jù)和與系統(tǒng)可變特性相關(guān)的校正數(shù)據(jù)兩類。

2 ECU的工作原理

ECU的主要工作是按照特定的程序?qū)斎胄盘栠M(jìn)行處理，并形成相應(yīng)的控制指令，向執(zhí)行器輸出驅(qū)動信號。ECU的主要工作過程由微處理器進(jìn)行，而微處理器是通過讀取系統(tǒng)指令進(jìn)行工作的。在存儲器的特定區(qū)段中存儲著指令和數(shù)據(jù)，存儲器的這一區(qū)段稱為寄存器，其中存放著處理器下一指令所在地址的寄存器稱為程序計數(shù)器，用于臨時存放從存儲器中讀出指令的寄存器稱為指令寄存器。微處理器工作是根據(jù)程序計數(shù)器中的地址將指令讀入指令寄存器中，然后對指令進(jìn)行翻譯，而程序計數(shù)器則存儲下一條指令所在的地址。微處理器在獲得執(zhí)行該指令所必需的信息以后，將執(zhí)行該指令所定義的過程，指令定義的過程主要包括對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、運算、邏輯判斷和函數(shù)轉(zhuǎn)換等。當(dāng)一條指令執(zhí)行結(jié)束以后，微處理器將重復(fù)進(jìn)行確定指令存儲器地址，讀取指令、解譯指令和執(zhí)行指令這一循環(huán)過程，執(zhí)行下一指令，直到程序中的全部指令執(zhí)行完畢。微處理器的另一個重要工作是對來自輸入、輸出和反饋電路的優(yōu)先信號做出反應(yīng)，當(dāng)這些優(yōu)先信號輸入微處理器時，微處理器將停止正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)向運行處理這些優(yōu)先信號的子程序，這一過程稱為中斷服務(wù)，這些需要優(yōu)先處理的信號稱為中斷信號。中斷服務(wù)功能可以使微處理器不必對控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，又可以在進(jìn)行其他控制過程中按照需要對中斷信號進(jìn)行處理，使處理這些信號的時效性得到保證。例如，發(fā)動機點火過于提前導(dǎo)致爆震發(fā)生時，由爆震傳感器反饋的爆震信號將使微處理器中斷正在進(jìn)行的工作，而轉(zhuǎn)向運行延遲點火正時的子程序，使爆震燃燒得到抑制。

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