汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告1

1、摘要 化工學(xué)院化工機(jī)械系i 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 摘要摘要 隨著社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)汽車(chē)的性能和環(huán)保提出了更高的要求。傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已經(jīng)無(wú)法解決 某些與汽車(chē)功能要求有關(guān)的問(wèn)題， 因而將逐步被電子技術(shù)和汽車(chē)融為一體的現(xiàn)代汽車(chē)電子控制技 術(shù)所取代。電子控制技術(shù)正被廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)的各個(gè)方面，它不僅能提高汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性 和安全性，改善行駛的穩(wěn)定性和舒適性，推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，還為電子產(chǎn)品開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)。 設(shè)計(jì)針對(duì)當(dāng)前我國(guó)汽車(chē)噴油控制、電動(dòng)天窗控制、防盜控制、自動(dòng)轉(zhuǎn)向燈控制及車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖控 制技術(shù)的現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)電控化和降低排放污染物的首要任務(wù)，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)

2、外汽車(chē)電控技術(shù)、噴油控制、 電動(dòng)天窗控制、防盜控制、自動(dòng)轉(zhuǎn)向燈控制及車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖控制系統(tǒng)發(fā)展的相關(guān)資料進(jìn)行分析，結(jié)合 實(shí)際狀況，系統(tǒng)采用多傳感器信息融合的方式，通過(guò)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力傳感器(map)、轉(zhuǎn)速及曲軸 位置傳感器(cps)、冷卻液溫度傳感器(cts)、進(jìn)氣溫度傳感器(iat)、節(jié)氣門(mén)位置傳感器(tps)、氧 量傳感器、紅外線傳感器、判缸信號(hào)傳感器、角度傳感器、天窗開(kāi)關(guān)、起動(dòng)信號(hào)等發(fā)出的各種狀態(tài) 信號(hào)，電控制單元對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行篩選、處理之后，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油噴射、天窗、 防盜、轉(zhuǎn)向燈、車(chē)門(mén)鎖的控制。并且軟件設(shè)計(jì)包括各工況噴油程序設(shè)計(jì)、自動(dòng)轉(zhuǎn)向燈、車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖、 防盜及電動(dòng)天窗等程

3、序設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：電控單元，燃油噴射，電動(dòng)天窗，防盜，自動(dòng)轉(zhuǎn)向燈，車(chē)門(mén)自動(dòng) 鎖 1 緒論 ii化工學(xué)院化工機(jī)械系 the design and research of automobile control unit abstract with the development of the society, human and environmental protection on the performance of the car put forward higher request. traditional mechanical devices have been unable to so

4、lve some problems associated with cars function requirements, and will gradually be electronic technology and automotive integrated modern automotive electronic control technology. electronic control technology is being widely used in all aspects of the car, it can not only improve the car power, ec

5、onomy and security, improve driving stability and comfort, to promote the development of automobile industry, also develop a broader market for electronic products. design in view of the current our country automobile fuel injection control, automatic control, security control, electric sunroof turn

6、 signal control and automatic door lock control technology present situation and implementation of electronic control and reduce the discharge of pollutants of priority, based on automobile electronic control technology at home and abroad, the fuel injection control, electric sunroof control, securi

7、ty control, automatically turn signal control and data about the development of the automatic door lock control system is analyzed, combined with the actual situation, the system with the method of multi-sensor information fusion, through the intake manifold absolute pressure (map), rotational speed

8、 sensor and crankshaft position sensor (cps), 摘要 化工學(xué)院化工機(jī)械系iii the coolant temperature sensor (cts), the inlet temperature sensor (iat), throttle position sensor (tps), oxygen sensor, infrared sensor, cylinder signal sensor and angle sensor, skylight, start signal and other signal the various states,

9、 the electric control unit of the collected signal after filtering, processing, drive actuators, implementation of fuel injection, skylight, anti-theft, turn signal, the control of car door locks. and the software design including the design of working condition of the fuel injection process, automa

10、tically turn signal, automatic door locks, anti-theft, electric sunroof program design, etc. key words: electronic control unit, fuel injection, electric sunroof, guard against theft, automatic lights, the door automatically locks 目錄 化工學(xué)院化工機(jī)械系v 目錄 1.緒論.1 1.1 課題的研究背景和意義 .1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 .1 2.系統(tǒng)總體方案及整

11、體框圖.2 2.1 設(shè)計(jì)背景描述 .2 2.2 設(shè)計(jì)方案 .2 3.微處理器選型及主電路設(shè)計(jì).4 3.1 微處理器介紹 .4 3.1.1 內(nèi)容分析 .5 3.1.2 芯片引腳介紹 .6 3.1.3 eprom.8 3.1.4 ram.8 3.2 主電路設(shè)計(jì) .8 3.2.1 時(shí)鐘電路.8 3.2.2 復(fù)位電路 .9 3.2.3 存儲(chǔ)器電路 .9 3.3 ecu 控制設(shè)計(jì) .10 3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .10 3.3.2 噴油量的控制系統(tǒng)噴油器的設(shè)計(jì).10 3.3.3 點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) .12 3.3.4 電動(dòng)天窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).12 3.3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì).12 3.3.6 轉(zhuǎn)

12、向燈指示電路的設(shè)計(jì).13 3.3.7 車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖驅(qū)動(dòng)電路.13 4.汽車(chē)檢測(cè)電路設(shè)計(jì).15 4.1 需檢測(cè)的參數(shù)測(cè)量方式設(shè)計(jì) .15 4.1.1 汽車(chē)曲軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量設(shè)計(jì).15 4.1.2 冷卻液溫度的測(cè)量設(shè)計(jì).15 4.1.3 進(jìn)氣溫度的測(cè)量設(shè)計(jì).16 4.1.4 進(jìn)氣壓力的測(cè)量設(shè)計(jì) .16 4.1.5 節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的測(cè)量設(shè)計(jì) .17 1 緒論 vi化工學(xué)院化工機(jī)械系 4.1.6 廢氣中含氧量的測(cè)量設(shè)計(jì) .18 4.1.7 判缸信號(hào)的測(cè)量設(shè)計(jì) .18 4.1.8 起動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)設(shè)計(jì).19 4.1.9 跟蹤人體目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)電路.19 4.1.10 方向盤(pán)轉(zhuǎn)角信號(hào)的檢測(cè)電路.20 4.1.11 車(chē)

13、門(mén)開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) .20 4.1.12 天窗開(kāi)關(guān)量輸入電路 .21 5.軟件設(shè)計(jì).22 5.1 概述 .22 5.2 軟件設(shè)計(jì)策略 .22 5.2.1 程序資源分配 .22 5.2.2 軟件設(shè)計(jì)方法 .23 5.3 程序設(shè)計(jì) .24 5.3.1 a/d 子程序 .24 5.3.2 噴油子程序.25 5.3.3 噴油脈寬計(jì)算模塊.27 5.3.4 防盜監(jiān)測(cè)模塊 .30 5.3.5 防盜警情響應(yīng)報(bào)警模塊.30 5.3.6 電動(dòng)天窗控制模塊.31 5.3.7 轉(zhuǎn)向燈自動(dòng)控制模塊.32 5.3.8 車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖控制模塊.33 總結(jié).35 參考文獻(xiàn).37 致謝.39 1 緒論 化工學(xué)院化工機(jī)械系1 1

14、 緒論 1.1 課題的研究背景和意義 隨著社會(huì)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)汽車(chē)的性能和環(huán)保提出了更高的要求。傳統(tǒng)的機(jī)械裝置已經(jīng)無(wú)法解決 某些與汽車(chē)功能要求有關(guān)的問(wèn)題， 因而將逐步被電子技術(shù)和汽車(chē)融為一體的現(xiàn)代汽車(chē)電子控制技 術(shù)所取代。電子控制技術(shù)正被廣泛地應(yīng)用在汽車(chē)的各個(gè)方面，它不僅能提高汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性 和安全性，改善行駛的穩(wěn)定性和舒適性，推動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，還為電子產(chǎn)品開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)1。 然而，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的深入研究和汽車(chē)電子控制技術(shù)迅猛的發(fā)展，使 汽車(chē)更具現(xiàn)代化與智能化，滿(mǎn)足著不同時(shí)期人們不同的要求。尤其在控制精度、控制范圍、智能化 和網(wǎng)絡(luò)化等多方面會(huì)有較大突破，使汽車(chē)電子

15、控制技術(shù)已成為衡量現(xiàn)代汽車(chē)發(fā)展水平的重要標(biāo)志2。 從發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射、點(diǎn)火控制、進(jìn)氣控制、排放控制、故障自診斷到底盤(pán)的傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向與制 動(dòng)系統(tǒng)，以及車(chē)身、輔助裝置等都普遍采用了電子控制技術(shù)，因此進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究汽車(chē)電子控制 技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)的學(xué)術(shù)和工程意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 從50 年代到70 年代末期。主要是用電子裝置改善部分機(jī)械部件的性能。汽車(chē)電子設(shè)備主要采 用分立電子元件組成電子控制器，從而揭開(kāi)了汽車(chē)電子時(shí)代的序幕，并由分立電子元件產(chǎn)品向集成 電路ic 產(chǎn)品過(guò)渡。主要產(chǎn)品有二極管整流式交流發(fā)電機(jī)、電子式電壓調(diào)節(jié)器、電子式點(diǎn)火控制器、 電子式閃光器、電子式間歇刮水控制器、晶體管收

16、音機(jī)、數(shù)字時(shí)鐘等。 從70 年代到90 年代中期。汽車(chē)電子制技術(shù)初步開(kāi)始形成。其主要特點(diǎn)是在汽車(chē)大部分零件和 汽車(chē)總體設(shè)計(jì)中，重視機(jī)電一體化的思想與技術(shù)。在這一階段中，大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用減小 了電子產(chǎn)品的體積。特別是8 位、16 位微處理器的廣泛應(yīng)用，更提高了電子系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定 性。另外，應(yīng)用電子裝置還解決了機(jī)械裝置所無(wú)法解決的復(fù)雜的自動(dòng)控制問(wèn)題。 從90 年代中期預(yù)計(jì)到2010 年。汽車(chē)電子控制技術(shù)作為工程技術(shù)已經(jīng)成熟。在這一階段中，電 子工業(yè)為汽車(chē)工業(yè)提供了大量更先進(jìn)、靈巧的穩(wěn)定電源，傳感器和具有大容量?jī)?nèi)存的8 位或16 位 微處理器。汽車(chē)的總體設(shè)計(jì)將在機(jī)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，

17、 并注重汽車(chē)機(jī)電一體化的整體設(shè)計(jì)。 汽車(chē)電子控制技術(shù)的重點(diǎn)將由解決汽車(chē)部件或總成的自動(dòng)控制問(wèn)題，開(kāi)始向廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與 信息技術(shù)發(fā)展。使汽車(chē)更加自動(dòng)化、智能化，并向解決汽車(chē)與社會(huì)融為一體等問(wèn)題轉(zhuǎn)移3。 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 2化工學(xué)院化工機(jī)械系 2 系統(tǒng)總體方案及整體框圖 2.1 設(shè)計(jì)背景描述 目前隨著不同時(shí)期不同時(shí)代主題的要求，汽車(chē)技術(shù)也隨之發(fā)生著翻天覆地的變化，尤其是近幾 年以來(lái)，節(jié)能、環(huán)保與安全成為全球的新的話(huà)題，大量的新型電子控制技術(shù)也很快的應(yīng)用到汽車(chē)上， 它不再將電子技術(shù)作為機(jī)械的替代或增補(bǔ)，而是強(qiáng)調(diào)總體設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化4；強(qiáng)調(diào)汽車(chē)的自動(dòng) 化，智能化，網(wǎng)

18、絡(luò)化和信息化，只有靠電子技術(shù)和不斷發(fā)展的高科技投入，才能使汽車(chē)產(chǎn)品得到更 好發(fā)展。 2.2 設(shè)計(jì)方案 由于微處理器的單片化，體積大大減小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，再配合傳感器、 、執(zhí)行器、電子元 器件及其零部件來(lái)設(shè)計(jì)汽車(chē)的燃油噴射、天窗、轉(zhuǎn)向燈、自動(dòng)鎖及防盜模塊的電子控制系統(tǒng)。系統(tǒng) 整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1 所示。 微 處 理 器 輸 入 接 口 輸 出 接 口 噴油控制 天窗控制 自動(dòng)鎖控制 防盜控制 轉(zhuǎn)向燈控制 角度傳感器 紅外線傳感器 進(jìn)氣管壓力傳感器 冷卻液溫度傳感器 進(jìn)氣溫度傳感器 曲軸位置傳感器 判缸信號(hào)傳感器 節(jié)氣門(mén)位置傳感器 天窗開(kāi)關(guān) 氧量傳感器 起動(dòng)信號(hào) 傳感器 電子控單元 執(zhí)行器

19、圖 2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 2 系統(tǒng)總體方案及整體框圖 化工學(xué)院化工機(jī)械系3 在系統(tǒng)中 ecu（electronic control unit）電子控制單元，又稱(chēng)“行車(chē)電腦” 、 “車(chē)載電腦” 等。從用途上講則是汽車(chē)專(zhuān)用微機(jī)控制器，也叫汽車(chē)專(zhuān)用單片機(jī)。它和普通的單片機(jī)一樣，由微處 理器（cpu） 、存儲(chǔ)器（rom、 、ram） 、輸入/輸出接口（i/o） 、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（a/d）等電路組成。電控 單元的功用是根據(jù)其內(nèi)存的程序和數(shù)據(jù)對(duì)空氣流量計(jì)及各種傳感器輸入的信息進(jìn)行運(yùn)算、處理、判 斷，然后輸出指令。 汽車(chē)電動(dòng)天窗的電子控制模塊主要有天窗開(kāi)關(guān)、執(zhí)行器（驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)）組成。其中天窗開(kāi)關(guān)將 天窗開(kāi)啟

20、或關(guān)閉的信號(hào)發(fā)送至電控單元，電控單元將根據(jù)接受的信息對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出信號(hào)，使電機(jī) 正傳或反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)天窗的開(kāi)啟或關(guān)閉。 汽車(chē)燃油噴射的電子控制模塊通過(guò)進(jìn)氣管壓力傳感器、冷卻液溫度傳感器、判缸信號(hào)傳感器、 氧量傳感器、節(jié)氣門(mén)位置傳感器、曲軸轉(zhuǎn)速及位置傳感器、進(jìn)氣溫度傳感器等檢測(cè)的參數(shù)，對(duì)基本 噴油脈寬進(jìn)行修正，確定出最終噴油持續(xù)時(shí)間及下次噴油的脈寬，并確保氣缸的安全性。 汽車(chē)自動(dòng)轉(zhuǎn)向燈模塊，由方向盤(pán)、角度傳感器、 、右轉(zhuǎn)向燈、左轉(zhuǎn)向燈組成，當(dāng)方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 方向盤(pán)軸上安裝角度傳感器發(fā)出信號(hào)到微處理器，控制單元判斷方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度確定輸出控制信號(hào) 到轉(zhuǎn)向右轉(zhuǎn)向燈或者左轉(zhuǎn)向燈，當(dāng)汽車(chē)方向盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度超過(guò)一

21、定值，轉(zhuǎn)向燈立即打開(kāi)。 汽車(chē)防盜電子控制模塊由起動(dòng)開(kāi)關(guān)、紅外線傳感器、執(zhí)行模塊組成，其中起動(dòng)開(kāi)關(guān)的作用為整 個(gè)防盜系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟之后，整個(gè)防盜系統(tǒng)即進(jìn)入關(guān)閉階段，反則反之；微處理器將 根據(jù)傳感器發(fā)出的信號(hào)，判斷車(chē)體的安全性，決策是否報(bào)警；執(zhí)行模塊即是微處理器判斷為車(chē)體受 到威脅的情況時(shí)，車(chē)體做出的反應(yīng)，如燈光閃爍，鳴笛等。 汽車(chē)車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖模塊由車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊、車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖執(zhí)行模塊組成，其中車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)檢測(cè)模塊 的作用為整個(gè)自動(dòng)鎖模塊提供車(chē)門(mén)的開(kāi)啟或關(guān)閉信號(hào)，微處理器將根據(jù)檢測(cè)模塊提供的信號(hào)，決策 車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖是否鎖止或開(kāi)啟。 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 4化工學(xué)院化工

22、機(jī)械系 3 微處理器選型及主電路設(shè)計(jì) 3.1 微處理器介紹 微處理器是發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)的“大腦” ，是電控單元的核心，根據(jù) ecu 所要實(shí)現(xiàn)的基本功能， 要求其微機(jī)芯片必須滿(mǎn)足以下條件:功能比較強(qiáng)大的指令系統(tǒng)、豐富的實(shí)時(shí)中斷資源、高速輸入輸 出能力、適合復(fù)雜的工作環(huán)境、綜合價(jià)格因素等等，因此單片機(jī)選型尤其要慎重。經(jīng)過(guò)資料搜索歸 納整理后，分析發(fā)現(xiàn)，在己有的電控系統(tǒng)中，大部分采用了專(zhuān)用芯片作為主芯片，特點(diǎn)是價(jià)格比較 昂貴，而且其通用性較低。在充分專(zhuān)用芯片和 intel 十六位芯片的基礎(chǔ)上，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，intel 的通 用芯片功能比較強(qiáng)大、精確度高，完全可以替代實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用芯片的控制功能。而且 intel

23、 十六位芯片 在市場(chǎng)上很普及，價(jià)格也較低，這樣就不僅可降低電控系統(tǒng)的成本，而且使我們?cè)O(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)通 用性及普及性加強(qiáng)。此設(shè)計(jì)選用 intel 公司的 80c196kb 系列微處理器56，價(jià)格便宜，在市場(chǎng)上 容易買(mǎi)到，能滿(mǎn)足本發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)階段的功能、速度和存儲(chǔ)空間的控制要求。80c196kb 單片機(jī)硬件總 體框圖如圖 3.1 所示，本單片機(jī)硬件總體結(jié)構(gòu)由 14 個(gè)單元組成，有中央處理單元 cpu、時(shí)鐘發(fā)生 器、中斷控制單元、程序存儲(chǔ)器、存儲(chǔ)器控制器 mcr 和從程序記數(shù)器 spc 以及隊(duì)列 queue，端口 3(p3)和端口 4(p4)、總線交換協(xié)議與端口 1(p1)、高速輸入輸出通道、定時(shí)器單元

24、、串行通信單元、 d/a 轉(zhuǎn)換單元、端口 2（p2）多路轉(zhuǎn)換器、端口 0（p0） ，a/d 轉(zhuǎn)換單元。 圖 3.1 8xc196kb 單片機(jī)硬件總體框圖圖 3.1 80c196kb 單片機(jī)硬件總體框圖 3 微處理器選型及主電路設(shè)計(jì) 化工學(xué)院化工機(jī)械系5 3.1.1 內(nèi)容分析 (1)ui 一一中央處理單元 cpu cpu 由 ralu，cr 和 ram 組成。 ralu 稱(chēng)為寄存器算術(shù)邏輯單元，是 80c196kb 單片機(jī)的運(yùn)算器，主要從事加、減、乘、除四則 運(yùn)算以及“與夕、 “或” 、 “異或”邏輯操作，它體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)的最基本特征。cr 稱(chēng)為控制器，由 指令寄存器和微代碼發(fā)生器組成。80c19

25、6kb 單片機(jī)的“程序”存儲(chǔ)于片內(nèi)或片外的程序存儲(chǔ)器中， 控制器的責(zé)任在于從這里取出指令并臨時(shí)放在指令寄存器中，然后，通過(guò)微代碼發(fā)生器將其翻譯成 為具有某種功能的控制信號(hào)。 ram 稱(chēng)為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，其容量為 256b(字節(jié))，只能容納數(shù)據(jù)，不能夠存放程序。按功能劃 分，地址單元為 ooh 一 17h 的區(qū)域稱(chēng)為特殊功能寄存器組 sfrs，其用途專(zhuān)一不可它用。地址單元 為 18h 一 of 陽(yáng)的區(qū)域有 232 個(gè)寄存器，位于 cpu 內(nèi)部，其地址與功能猶如一般計(jì)算機(jī)中的累加器。 (2)u2 一一時(shí)鐘發(fā)生器 片內(nèi)單級(jí)非門(mén)電路和片外石英晶體等組成晶體振蕩器，產(chǎn)生一定頻率的高頻信號(hào)并送至二分頻 與

26、兩相波發(fā)生電路，在該電路的輸出端便可得到時(shí)鐘信號(hào) clkout，其周期也稱(chēng)為“狀態(tài)周期 t” 。 (3)u3 一一中斷控制單元 該單元用于規(guī)定中斷源并對(duì)中斷源信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、登記、屏蔽和優(yōu)先級(jí)中斷。經(jīng)歷上述各環(huán)節(jié) 后，u3 的中斷發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生向 cpu 申請(qǐng)中斷的信號(hào)。當(dāng)中斷被響應(yīng)時(shí)，u3 通過(guò)數(shù)據(jù)總線送出中 斷矢量。 .(4)u4 一一程序存儲(chǔ)器 程序存儲(chǔ)器可以是 rom，也可以是 eprom。當(dāng)為前者時(shí)，該單片機(jī)被稱(chēng)為 83c196kb/83c198，若 為后者時(shí)，則被稱(chēng)為 87c196kb/87c198。 (5)us 一一存儲(chǔ)器控制器 mcr，從程序計(jì)數(shù)器 spc 和隊(duì)列 queue 由

27、于單片機(jī)的片內(nèi) ram 容量有限，在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，一般需要配置片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有時(shí)還孺 要配置片外程序存儲(chǔ)器。cpu 對(duì)這些存儲(chǔ)器的管理和使用，都是通過(guò)存儲(chǔ)器控制器 mcr 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 與 u1 中的主 pc 相對(duì)應(yīng)，本單元有一個(gè)從 pc(spc)，其內(nèi)容和作用與主 pc 完全一致。隊(duì)列 queue 容量為 4b，用來(lái)提高程序運(yùn)行速度。 (6)u6 一一端口 3(p3)和端口 4(p4) p3 和 p4 均是 8 位并行接口，在 cpu 的控制下可向它們輸入或輸出數(shù)據(jù)。p3 和 p4 的最大用途還 在于向片外存儲(chǔ)器提供 16 位低址線。對(duì)于 80c196kb 單片機(jī)而言，尚由 p3，p4 提

28、供 16 位數(shù)據(jù)線。 (7)u7 一一總線交換協(xié)議與端口 1(pl) 本單元支持總線交換協(xié)議，允許其他設(shè)備獲得對(duì)總線的控制權(quán)。該協(xié)議有三個(gè)信號(hào): hold，hlda，breq。對(duì)單片機(jī)而言，hold 為輸入信號(hào)，hlda，breq 為輸出信號(hào)。 p1 為輸入輸出口，其中的 pl.5，pl.6，pl.7 分別與 hold，hlda，breq 共用一個(gè)引腳，使用時(shí)需 給予定義。 (8)us 一一高速輸入輸出通道 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 6化工學(xué)院化工機(jī)械系 hsi0一 hsi3為高速輸入通道，cpu 通過(guò)它們可以同時(shí)接收 4 個(gè)來(lái)自外部的脈沖信號(hào),并且隨時(shí)記 錄信號(hào)中高、低

29、電平出現(xiàn)的時(shí)間。hsi0一 hsi3。為高速輸出通道，能夠產(chǎn)生和輸出寬度與周期均可 調(diào)節(jié)的脈沖波(亦稱(chēng) pwm 波)。 (9)u9 一一定時(shí)器單元 本單元中的 t1，t2 為兩個(gè) 16 位定時(shí)器，tzcapt 為定時(shí)器 2 的捕俘寄存器，它們的用途頗為廣 泛。wdt 稱(chēng)為 16 位監(jiān)視跟蹤定時(shí)器，主要用于檢查應(yīng)用系統(tǒng)的軟件故障。如果對(duì)自己設(shè)計(jì)和投入 運(yùn)行的系統(tǒng)確信無(wú)疑，也可以不啟用 wdt。 (10)u10 一一串行通信單元 u10 為串行通信服務(wù)，它有 3 個(gè)重要寄存器和波特率發(fā)生器: 波特率寄存器 baud 一 rate，其內(nèi)容決定了數(shù)據(jù)傳送的速率。 串行接口緩沖器 sbuf(rx)/sb

30、uf(tx)，用于臨時(shí)存儲(chǔ)接收或待發(fā)送的數(shù)據(jù)。 串行接口控制/狀態(tài)寄存器 sp_con/sp_stat，該寄存器用來(lái)規(guī)定串行接口的工作方式和反映 數(shù)據(jù)通信過(guò)程中的狀態(tài)。此外，數(shù)據(jù)的出、入通道分別是端口 2(p2)的 txd/p2.0和 rxd/p2.1，通過(guò) 對(duì) ioc:寄存器的有關(guān)位進(jìn)行設(shè)置，使其具備斜杠上方功能。 (11)ull 一一 d/a 轉(zhuǎn)換單元 本單元具有將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成為模擬信號(hào)的功能。模擬量的表現(xiàn)形式為周期固定、寬度可變的 脈沖波(也稱(chēng) pwm 波，但與高速輸出通道產(chǎn)生的 pwm 波有些差別)。 (12)u12 一一端口 2(p2)多路轉(zhuǎn)換器 p2 是一種多功能端口，常根據(jù)實(shí)際

31、需要而讓其做某種用途。u12 可為出入于端口 2 的信號(hào)選擇 合適的通道。 (13)u13 一一端口 o(po)和端口 2(p2) p0 為輸入口，有 ach7/p0.0 一 p0.7 共 8 個(gè)管腳，可以同時(shí)引入模擬量或數(shù)字量。一般情況下， p0 口作為輸入通道。p2 有 txd/p2.0，rxd/p2.1，extint/p2.2，t2clk/p2.3，t2rst/p2.4，pwm/p2.5，t2up 一 dn/p2.6，t2capture/p2.7 計(jì) 8 個(gè)引腳，依次為輸出、輸入、輸入、輸入、輸入、輸出、準(zhǔn)雙向、 準(zhǔn)雙向口，都具雙重功能。 (14)u14 一一 a/d 轉(zhuǎn)換單元 a/d

32、轉(zhuǎn)換單元即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，由多路轉(zhuǎn)換器、采樣保持器和 10 位 adc 組成，從 po 口引入的模擬 量被 u14 轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量。 3.1.2 芯片引腳介紹 80c196kb 單片機(jī)采用 chmos 制造工藝,有多種型式封裝結(jié)構(gòu),68 引腳 plcc 封裝結(jié)構(gòu)如下圖 3.2 所示。下面介紹其主要引腳的功能。 3 微處理器選型及主電路設(shè)計(jì) 化工學(xué)院化工機(jī)械系7 hs1.0 hs1.1 hs1.2 hs1.3 p0.0/ach0 p0.1/ach1 p0.2/ach2 p0.4/ach4 p0.3/ach3 p0.5/ach5 p0.6/ach6 p0.7/ach7 p2.0 p2.1 p2.2

33、p2.3 p2.4 p2.5 p2.6 p2.7 hs0.0 hs0.1 hs0.2 hs0.3 hs0.4 hs0.5nm i bhe wr rd ale ea p4.7 p4.6 p4.5 p4.4 p4.3 p4.2 p4.1 p4.0 p3.7 p3.6 p3.5 p3.4 p3.2 p3.1 p3.0 buswidth ready clkdut vref gnd reset xtal1 vcc xtal2 vss vpd vpp p0.1p1.7 80c196kb 圖 3.2 80c196kb 引腳圖 （1）電源線：5 根 vcc：主電源電壓(+5v)。 vss: 數(shù)字電路地(0v)

34、。 vref: a/d 轉(zhuǎn)換器的參考電壓(5v)。 vpp: eprom 型產(chǎn)品的編程電壓端。編程時(shí)應(yīng)接+12.75v;否則接+5v。 vpd: ram 備用電源電壓(5v)。 （2）晶振: 2 根 xtal1:振蕩器的反相放人器輸入。使用外部振蕩器時(shí)必須接地。 xtal2:振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入。當(dāng)使用外部振蕩器時(shí)用于輸入外部振 蕩信號(hào)。 （3）i/o 口共有 5 個(gè) 8 位口 p0.0 一 p0.7 :8 位高阻抗輸入口,可作數(shù)字輸入口,也可作 a/d 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入口(acho 一 ach7)。 p1.0 一 p1.7:8 位準(zhǔn)雙向 i/o 口。 p2.0 一 p

35、2.7:8 位多功能口。由于 p2 口只有很弱的上下拉電阻,因此在使用 p2 口作為 i/o 口 的時(shí)候，需要外接驅(qū)動(dòng)。 p3.0 一 p3.7 和 p4.0 一 p4.7：具有漏極開(kāi)路輸出的 8 位雙向口。這些引腳可用作多數(shù)轉(zhuǎn)換的 地址/數(shù)據(jù)總線,它們有很強(qiáng)的內(nèi)部上拉作用。 （4）控制線 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 8化工學(xué)院化工機(jī)械系 clkout：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸出。 /reset:復(fù)位輸入端。 /ea：存儲(chǔ)器選入端。/ea=0,訪問(wèn)的是片外的存儲(chǔ)器,/ea 腳有內(nèi)部下拉作用,若不外部驅(qū)動(dòng) 它,總保持為 o。 /ale/adv:地址鎖存允許(ale)或地址有效輸出(

36、/adv)。 /rd:對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀信號(hào)(輸出)。只有讀外部存儲(chǔ)器時(shí)才會(huì)激活/rd。 /wr/wrl:寫(xiě)外部存儲(chǔ)器(/wr)或?qū)懲獠看鎯?chǔ)器低位字節(jié)(/wrl)的輸出信號(hào),由 ccr 選擇。 ready:引腳有微弱上拉電阻,一般需要外接高電平。 buswidth 引腳一般情況下接地即可。 nmi 及 extint 引腳使用時(shí)需注意外接上拉電阻,不使用時(shí)需接地。 hs1.0 一 hs1.3: 4 個(gè)高速輸入器的輸入；hs0.0 一 hs0.5：6 個(gè)高速輸出器的輸出。 3.1.3 eprom eprom 用的是 2764。芯片特點(diǎn)為:是一種 8kx8 的紫外線可擦除電可編程的只讀存儲(chǔ)器電路，由

37、單一的+5v 電源供電，工作電流 10oma，維持電流 50ma，讀出時(shí)間最大為 250ns，是一種高速大容 量的 eprom 存儲(chǔ)器，采用此存儲(chǔ)器作為程序存儲(chǔ)器，掉電后內(nèi)部信息不會(huì)丟失因而提高了系統(tǒng)的可 靠性。帶鎖存器，有 13 條地址線和 8 條數(shù)據(jù)線，帶片選使能 cs 和輸出使能 0e，26 腳封裝。 3.1.4 ram ram 用的是 6264，芯片特點(diǎn)為:8k 存儲(chǔ)空間，是 skxs 的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片，采用 cmos 工藝 制作，單一巧 v 電源供電，額定功耗為 200mw，典型存取時(shí)間為 200ns。帶鎖存器，有 13 條地址線 和 8 條數(shù)據(jù)線，帶片選使能 cs 和輸出使能

38、oe，26 腳封裝。 3.2 主電路設(shè)計(jì) cpu 電路包括本微處理器和與之相連的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路以及總線驅(qū)動(dòng)電路。 3.2.1 時(shí)鐘電路 該類(lèi)單片機(jī)所需要的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)源于高頻振蕩信號(hào)，產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)的電路如下圖 3.3，圖 3.4 所示。時(shí)鐘電路采用晶體驅(qū)動(dòng)，用一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容器與單片機(jī)的 xtali，xtalz 連接， 石英晶體具有感抗特性，它與電容器能夠產(chǎn)生并聯(lián)諧振。當(dāng)它們與片內(nèi)的單級(jí)非門(mén)相互配合時(shí)，便 構(gòu)成了一個(gè)完整的振蕩信號(hào)發(fā)生器7。該發(fā)生器的能源來(lái)自 voc，其振蕩頻率取決于石英晶體和電 容器，設(shè)置為 16mhz。片內(nèi)單極非門(mén)所提供的通道有利于振蕩的穩(wěn)定。在 xtali 端

39、出現(xiàn)的高頻振蕩 信號(hào)需要經(jīng)過(guò)圖 3.4 所示二分頻與兩相波發(fā)生電路的加工才能成為有用的時(shí)鐘信號(hào)。 3 微處理器選型及主電路設(shè)計(jì) 化工學(xué)院化工機(jī)械系9 20p 12 8mhz xtal1 xtal2 8xc196kb 圖 3.4 時(shí)鐘信號(hào) 3.2.2 復(fù)位電路 單片機(jī)需要復(fù)位電路，以便通過(guò)它使自身進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。所謂復(fù)位，就是要讓單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 于正式工作前處于一種特定的狀態(tài)，只有以該狀態(tài)為起點(diǎn)，隨后的工作情況才有可能是正常與可靠 的8。在電源電壓 vcc、振蕩信號(hào)發(fā)生器均處于穩(wěn)定狀態(tài)后，當(dāng)單片機(jī)的 reset 引腳保持 4 個(gè)狀態(tài) 周期以上的低電平，接著又處于高電平時(shí)，該類(lèi)單片機(jī)便開(kāi)始執(zhí)行時(shí)間為

40、 10 個(gè)狀態(tài)周期的復(fù)位序 列。 復(fù)位序列使片內(nèi)一些寄存器初始化、psw 清零、程序計(jì)數(shù)器 pc 被賦值為 2080h。在此基礎(chǔ)上， 單片機(jī)開(kāi)始執(zhí)行首地址為 2080h 的程序。由此可見(jiàn)，reset 引腳上出現(xiàn)的低電平便是復(fù)位信號(hào)。不 經(jīng)歷上述過(guò)程，單片機(jī)無(wú)法進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如圖 3.5，系統(tǒng)采用了上電和手動(dòng)復(fù)位電路。除具 有上電自動(dòng)復(fù)位功能外，還可通過(guò)復(fù)位按鍵強(qiáng)迫 reset 為低電平。當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，復(fù)位電容器里存 儲(chǔ)的能量可以以二極管為通路迅速放電，為單片機(jī)在反復(fù)上電的情況下可靠復(fù)位提供了保證。 reset 8xc196kb c1 r1 r2 s1 +5v 圖 3.5 復(fù)位電路 3.2.

41、3 存儲(chǔ)器電路 包括外部擴(kuò)展電路在內(nèi)的 eprom，ram 及存儲(chǔ)器譯碼電路、等待電路本系統(tǒng)擴(kuò)展了 eprom2764 和 ram6164 各一片，電路框圖如 3.6 所示. ad0ad7 adv rd 2 wr ad8ad15 80c196kb 74ls373傳傳傳傳傳 傳8傳傳傳傳傳 eprom 傳8傳傳傳 cs oe 傳8傳傳傳傳傳 ram 傳8傳傳傳 cs oewe 圖 3.3 時(shí)鐘電路 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 10化工學(xué)院化工機(jī)械系 圖 3.6 單片機(jī)外接 eprom/ram 電路 (1)80c196kb 單片機(jī)的 p3，p4 口向片外 eprom(2764)

42、和 ram(6164)提供地址總線，而 p3 口又 單獨(dú)提供數(shù)據(jù)總線。因?yàn)?p3 是一口分時(shí)兩用，故在單片機(jī)與存儲(chǔ)器之間要配以地址鎖存器 (74ls373)。 (2)為 2764 和 6164 的尋址范圍均為 8kb，所以，地址總線為 13 根(aoa12)，其中，ao 一 a7 受 74ls373 控制。 (3)2764 存放 80c196kb 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)全部程序，由專(zhuān)用的 eprom 寫(xiě)入器寫(xiě)入;6164 用于存放 數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)使用。 (4)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，80c196kb 單片機(jī)的 cpu 只能以讀的形式訪問(wèn) 2764。當(dāng)進(jìn)行讀操作且 ale 信號(hào) 由低電平轉(zhuǎn)成高電平時(shí)，

43、74ls373 便有了鎖存地址的可能性。當(dāng) ale 又變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，地址即被鎖 存。rd=o 期間，2764 中的程序以二進(jìn)制的形式出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上。rd 信號(hào)在由 o 到 1 時(shí)，數(shù)據(jù)被 cpu 讀取。 (5)硬件電路中，80c196kb 單片機(jī)的 a13=o 時(shí)，向 2764 提供片選信號(hào)，存儲(chǔ)空間地址變化范 圍是 z000h 一 3fffh;當(dāng) a13=l 時(shí)，向 6164 提供片選信號(hào)，存儲(chǔ)空間地址在 400oh 一 7fffh 范圍內(nèi) 變化。 (6)i/o 接口電路 包括擴(kuò)展 i/0 在內(nèi)的 i/0 電路和 i/0 譯碼電路。各部分電路通過(guò)微機(jī)的地址總線、數(shù)據(jù)總線和 控制總線相連，完

44、成輸入信號(hào)的接收、中央處理、執(zhí)行器控制信號(hào)的輸出等工作。其中中央處理器 cpu 是單片機(jī)的心臟，它負(fù)責(zé)從存儲(chǔ)器中存取指令、解釋指令和執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作;對(duì)各個(gè)工/0 端口、 定時(shí)器、串行外設(shè)接口 spi、串行通訊接口 sci，a/d 轉(zhuǎn)換器的操作進(jìn)行控制;對(duì)各種從接口、存儲(chǔ) 器中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，并根據(jù)處理結(jié)果做出相應(yīng)的決定。 (7)80c196kb 的 cu 時(shí)鐘為 84mhz，外接 16mhz 晶振。80c196kb 可屏蔽中斷 irq 和非屏蔽中斷 xirq。接+5v，即屏蔽這兩個(gè)中斷。 3.3 ecu 控制設(shè)計(jì) 3.3.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路為 80c196kb 單片機(jī)和執(zhí)行器

45、之間建立起有效聯(lián)系，它將微機(jī)作出的控制決策轉(zhuǎn)變?yōu)?控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，為整個(gè)電路后向通道。后向通道是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制運(yùn)算后，對(duì)控制對(duì) 象進(jìn)行輸出的通道接口。后向通道有以下主要特點(diǎn):后向通道是應(yīng)用系統(tǒng)的輸出通道，大多數(shù)需 要功率驅(qū)動(dòng)?？拷欧?qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，伺服控制系統(tǒng)的大功率負(fù)荷易從后向通道進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，故 后向通道的隔離對(duì)系統(tǒng)的可靠性及干擾影響極大。根據(jù)控制對(duì)象的不同要求，后向通道的電路也 有多種多樣，包括模擬電路、數(shù)字電路和開(kāi)關(guān)電路等。因此，設(shè)計(jì)后向通道主要是解決功率驅(qū)動(dòng)、 干擾防治以及數(shù)模轉(zhuǎn)換等問(wèn)題。系統(tǒng)的翰出控制量是噴油量，所以后向通道的接口電路是噴油器的 驅(qū)動(dòng)、燃油泵的驅(qū)動(dòng)電路、報(bào)警

46、電路、轉(zhuǎn)向燈指示電路、電動(dòng)天窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。 3 微處理器選型及主電路設(shè)計(jì) 化工學(xué)院化工機(jī)械系11 3.3.2 噴油量的控制系統(tǒng)噴油器的設(shè)計(jì) 噴油器的驅(qū)動(dòng)方法有兩種，電壓控制法和電流控制法。電壓控制法的驅(qū)動(dòng)電路適用于串有螺管 型電阻的低阻噴油器和高阻噴油器，電流控制法的驅(qū)動(dòng)電路只適用于低阻噴油器。低阻噴油器的電 阻值為 0.6 一 3.0，高阻噴油器的電阻值為 12 一 17。本控制系統(tǒng)所用的噴油器電阻為 2.5，屬于低阻型，因此在實(shí)際控制中采用了電流控制驅(qū)動(dòng)方法。噴油器的驅(qū)動(dòng)電路如圖 3.7 所 示。其電流波形圖如圖 3.8 所示。 圖 3.7 噴油器電路 圖 3.8 電流波形圖 驅(qū)動(dòng)電路采

47、取的是峰值一保持方式，其優(yōu)點(diǎn)是:噴油器打開(kāi)期間可加大驅(qū)動(dòng)電流，使噴油器迅 速開(kāi)啟，噴油器打開(kāi)以后供給小的維持電流，這樣既減小了噴油器的負(fù)荷，降低了噴油器的電能消 耗，同時(shí)能使噴油器關(guān)閉的響應(yīng)特性得到改善。電路中，為了防止干擾把 hs0.4 輸出的數(shù)字電平信 號(hào)和后面的強(qiáng)電信號(hào)之間加入光電藕合器 tilll7 進(jìn)行隔離9。c1，r3 和反向器 n3、n4 用于產(chǎn)生 保證針閥完全開(kāi)啟所需的脈沖寬度，與噴油器并聯(lián)的二級(jí)管 d2 可以在復(fù)合三極管關(guān)閉時(shí)使噴油器 的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成放電通路，起著飽和噴油器和功放管的作用。可調(diào)電阻 r6，r7 用來(lái)限制噴油器 完全開(kāi)啟后線圈中的電流值。驅(qū)動(dòng)電路的工作過(guò)程是:

48、8xc196kb 單片機(jī)發(fā)出噴油脈沖時(shí)，送給 hs0.4 引腳高電平信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)反向器 n1 反向后，a 點(diǎn)變?yōu)榈碗娖绞构怆娕汉掀鞯陌l(fā)光二極管導(dǎo) 通，進(jìn)而使光電藕合器內(nèi)的三極管處于飽和狀態(tài)，使得 b 點(diǎn)變?yōu)榈碗娖?，再?jīng)反向器 n2 反向后， c 點(diǎn)變?yōu)楦唠娖?，c 點(diǎn)的高電平信號(hào)分支為兩路，一路經(jīng)電阻 r4 加到 t1 的基極上并使之導(dǎo)通， 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 12化工學(xué)院化工機(jī)械系 t1，t2 用于提供噴油器完全開(kāi)啟后的維持電流，另一路脈沖信號(hào)先經(jīng) c1，r3 微分，再經(jīng)反向器 n3、n4 反向，利用兩次反向的邊沿效應(yīng)在 d 點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)固定寬度的高電平，使 t3/

49、t4 導(dǎo)通，此時(shí) 噴油器線圈兩端電壓接近 12v，其電流迅速上升并使針閥開(kāi)啟。當(dāng)針閥完全開(kāi)啟后，d 點(diǎn)變?yōu)榈碗?平，此時(shí) t3、t4 截止，使得噴油器線圈通過(guò) r8 和 t1、t2 繼續(xù)保持通電狀態(tài)，此時(shí)噴油器線圈以 較小的電流保持針閥仍處于開(kāi)啟狀態(tài)。當(dāng) hs0.4 變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，c 點(diǎn)變?yōu)榈碗娖?，t1，t2 也截止， 使電磁線圈中的電流迅速降為零，針閥落座，這樣就完成了一次噴油。與噴油器并聯(lián)的二極管可以 在功放管關(guān)閉時(shí)使噴油器感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)形成通路進(jìn)行放電，起保護(hù)功放管的作用。單片機(jī)輸出的為 ttl 電平，而噴油器所需要的驅(qū)動(dòng)電壓為 12v，由 ttl 電平到 12v 的驅(qū)動(dòng)電壓需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換

50、， 光電藕合器兼具電平轉(zhuǎn)換和隔斷輸出通道對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的干擾的作用。 3.3.3 點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 該模塊采用無(wú)分電器分組同時(shí)點(diǎn)火控制方式，1、4 缸和 2、3 缸分別共用一個(gè)點(diǎn)火線圈。單片 機(jī) 8xc196kb 的 hso.5 引腳控制三極管的通斷，來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火提前角和閉合角的控制功能。該控制系 統(tǒng)點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路如圖 3.9 所示。 圖 3.9 點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路 3.3.4 電動(dòng)天窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 該模塊的控制對(duì)象是供電電壓1115 v，工作電流不大于15 a，堵轉(zhuǎn)電流不大于28 a 的永磁 直流電機(jī)10。由單片機(jī)的hs0.3和hs0.4腳控制三極管t1，t2的通端，從而控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控 制

51、電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。最終控制汽車(chē)天窗的開(kāi)啟與關(guān)閉。電機(jī)輸入信號(hào)兩端加上了保 險(xiǎn)絲，保護(hù)電機(jī)不至過(guò)載燒毀。電動(dòng)天窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖3.10所示。 10k r1 10k r2 t1 t2 d 1 d 2 d 4 d 3 m k 2 k 1 + 12v + 12v + 12v + 12v f1 f2 fuse 1 圖 3.10 電動(dòng)天窗電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 hs0.3 hs0.2 3 微處理器選型及主電路設(shè)計(jì) 化工學(xué)院化工機(jī)械系13 3.3.5 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 在汽車(chē)防盜模塊設(shè)計(jì)中，為了加強(qiáng)防護(hù)，設(shè)計(jì)了在汽車(chē)的安全受到威脅時(shí)采取的報(bào)警措施。微 處理器根據(jù)傳感器發(fā)出的信號(hào)，判斷車(chē)體的安全性，決策是否

52、報(bào)警；執(zhí)行模塊即是 ecu 判斷為車(chē)體 受到威脅的情況時(shí)，車(chē)體做出的反應(yīng)，如燈光閃爍，鳴笛等11。執(zhí)行模塊的電路如圖 3.11 所示。 in1 1 in2 2 out2 15 out1 16 com 9 gnd 8 k1 +5v vcc +5v ls +5v 1k r2 d1 51 r1 圖 3.11 報(bào)警電路 3.3.6 轉(zhuǎn)向燈指示電路的設(shè)計(jì) 在自動(dòng)轉(zhuǎn)向燈模塊中，為了提高行車(chē)安全，設(shè)計(jì)了汽車(chē)在轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)向指示燈自動(dòng)開(kāi)啟裝置。當(dāng) 方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，方向盤(pán)軸上安裝的角度傳感器發(fā)出信號(hào)到微處理器，控制單元判斷方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角度 確定輸出控制信號(hào)到轉(zhuǎn)向指示燈自動(dòng)開(kāi)啟裝置，轉(zhuǎn)向指示燈自動(dòng)開(kāi)啟裝置根據(jù)設(shè)定的汽車(chē)方

53、向盤(pán)轉(zhuǎn) 動(dòng)的角度值，使轉(zhuǎn)向燈立即打開(kāi)或關(guān)閉12。轉(zhuǎn)向燈指示電路圖如圖 3.12 所示。 傳傳傳傳傳傳 傳傳傳傳傳傳 t2 t1 k1 k2 1k r3 1k r4 +12v+12v +12v 1k r1 1k r2 d2 d1 d4 d3 圖 3.12 轉(zhuǎn)向燈指示電路 3.3.7 車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖驅(qū)動(dòng)電路 在車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖模塊中，為了使車(chē)門(mén)鎖自動(dòng)鎖止或開(kāi)啟，設(shè)計(jì)了以電動(dòng)機(jī)為驅(qū)動(dòng)的車(chē)門(mén)鎖自動(dòng)鎖 止或開(kāi)啟的驅(qū)動(dòng)電路。該模塊的控制對(duì)象也是供電電壓 1115 v，工作電流不大于 15 a，堵轉(zhuǎn)電 流不大于 28 a 的永磁直流電機(jī)。由單片機(jī)的 p1.2 和 p1.3 腳控制三極管 t1，t2 的通端，從而控制

54、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。最終控制汽車(chē)車(chē)門(mén)鎖開(kāi)啟與鎖止。單片機(jī) 8xc196kb 的 p1.2 引腳輸出高電平，使 t1 導(dǎo)通，k1 吸合到 12v 電源端，使電機(jī)正傳，同時(shí)電機(jī) hs0.1 hs0.0 p1.0 p1.1 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 14化工學(xué)院化工機(jī)械系 作用于自動(dòng)落鎖裝置使車(chē)門(mén)鎖自動(dòng)開(kāi)啟；當(dāng)單片機(jī) 8xc196kb 的 p1.3 引腳輸出高電平經(jīng)使 t2 導(dǎo) 通，k2 吸合到 12v 電源端，使電機(jī)反傳，同時(shí)電機(jī)作用于自動(dòng)落鎖裝置使車(chē)門(mén)鎖自動(dòng)鎖止；車(chē)門(mén) 自動(dòng)鎖驅(qū)動(dòng)電路如圖 3.13 所示。 10k r1 10k r2 t1 t2

55、d1 d2 d4 d3 m k2 k1 +12v +12v +12v +12v f1 f2 fuse 1 圖 3.13 車(chē)門(mén)自動(dòng)鎖驅(qū)動(dòng)電路 p1.2 p1.3 4 汽車(chē)檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 化工學(xué)院化工機(jī)械系15 4 汽車(chē)檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 4.1 需檢測(cè)的參數(shù)測(cè)量方式設(shè)計(jì) 系統(tǒng)所用到的曲軸轉(zhuǎn)速及位置傳感器 cps、進(jìn)氣歧管壓力傳感器 map、冷卻水溫傳感器 ect、 進(jìn)氣溫度傳感器 iat、節(jié)氣門(mén)位置傳感器 tp、氧量傳感器 ego、re200b 型傳感器、角度傳感器、判 缸信號(hào)傳感器、天窗開(kāi)關(guān)等，直接與現(xiàn)場(chǎng)采集對(duì)象相連，是現(xiàn)場(chǎng)干擾進(jìn)入的主要渠道，所以必須采 取合適的干擾措施以確保電路正常工作。 4.1.

56、1 汽車(chē)曲軸轉(zhuǎn)速的測(cè)量設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速傳感器選用霍爾式傳感器，裝在變速器的輸出軸上?；魻杺鞲衅魇且环N有源磁電轉(zhuǎn)換部件， 此電路為集電極開(kāi)路輸出，輸出為電平信號(hào)，必須在輸出端與電源之間接電阻 rl。由于傳感器內(nèi) 部設(shè)施密特電路，其輸出為矩形波，因此無(wú)需對(duì)其進(jìn)行整形，但由于在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，受點(diǎn)火 系統(tǒng)干擾，信號(hào)中混有幅值較高的尖脈沖干擾信號(hào)，為此，經(jīng)過(guò)處理電路中的濾波電路及光電禍合 電路，使噪聲得到抑制13。測(cè)量電路設(shè)計(jì)如圖 4.1 所示。 r2 r1 r3 r4 c 傳 傳 傳 傳 傳 +5vdd c ab hs1.1 圖 4.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 4.1.2 冷卻液溫度的測(cè)量設(shè)計(jì) 水溫傳感器為熱敏電

57、阻傳感器，測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫。其工作原理是:用一個(gè)半導(dǎo)體熱敏電阻 作為感應(yīng)元件，它具有負(fù)溫度系數(shù)特性，即電阻值隨溫度升高而降低。工作時(shí)與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻串聯(lián)， 并在兩端加 5v 的參考電壓。當(dāng)溫度變化時(shí)，從熱敏電阻上測(cè)出的電壓即代表溫度信號(hào)。其輸出電 壓(0v5v)隨熱敏電阻阻值變化，可直接進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換，電阻阻值的選擇盡量使:(1)在冷卻水溫度 的變化范圍介 20一 100)內(nèi)，電壓的輸出范圍接近 a/d 轉(zhuǎn)換器的設(shè)定量程。(2)電壓隨溫度的變 化關(guān)系近似于線性。在此選取標(biāo)準(zhǔn)電阻 rl=5k。在接口電路中，把冷卻水溫度傳感器接入 a/d 轉(zhuǎn) 換器。水溫測(cè)量電路如圖 4.2 所示，其中 rl=

58、5k，r2 為熱敏電阻，其阻值變化與水溫變化呈負(fù)溫 度特性當(dāng)溫度變化時(shí)，從熱敏電阻上測(cè)出的電壓即代表溫度信號(hào)；r2 阻值大小與水溫變化關(guān)系參 見(jiàn)下表 4-1。 青海大學(xué)本科畢業(yè)論文：汽車(chē)控制單元的設(shè)計(jì)與研究 16化工學(xué)院化工機(jī)械系 r1 r2 + 5v 圖 4.2 水溫測(cè)量電路 表 4-1 熱敏電阻阻值變化表 水溫（）-204080 r2 阻值（k） 14.3-21.50.98-1.340.22-0.35 4.1.3 進(jìn)氣溫度的測(cè)量設(shè)計(jì) 空氣質(zhì)量大小與進(jìn)氣溫度高低有關(guān)。當(dāng)進(jìn)氣溫度低時(shí)，空氣密度大，相同體積氣體的質(zhì)量增大， 反之，當(dāng)進(jìn)氣溫度升高時(shí)，相同體積氣體的質(zhì)量將減少。采用速度一密度法測(cè)量空

59、氣質(zhì)量時(shí)，需要 測(cè)量空氣溫度，對(duì)噴油量進(jìn)行修正。當(dāng)大氣溫度低時(shí)，ecu 將控制噴油器增加噴油量，反之，當(dāng)大 氣溫度高時(shí)，將減少?lài)娪土?。進(jìn)氣溫度的測(cè)量一般采用熱敏電阻傳感器。其工作原理是:用一個(gè)半 導(dǎo)體熱敏電阻作為感應(yīng)元件，為負(fù)溫度系數(shù)，即電阻值隨溫度升高而降低。工作時(shí)與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻 串聯(lián)，并在兩端加 5v 的參考電壓，溫度變化時(shí)，從熱敏電阻上測(cè)出的電壓即代表溫度信號(hào).其輸出 電壓(0v5v)隨熱敏電阻阻值變化，可直接進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換，電阻阻值的選擇盡量使:(1)在冷卻水溫 度的變化范圍。20一 100)內(nèi)，電壓的輸出范圍接近 a/d 轉(zhuǎn)換器的設(shè)定量程;(2)電壓隨溫度的 變化關(guān)系近似于線性。

60、在此選取標(biāo)準(zhǔn)電阻 rl=5k。在接口電路中，把進(jìn)氣溫度傳感器信號(hào)接入 a/d 轉(zhuǎn)換器。進(jìn)氣溫度測(cè)量電路如圖 4.3 所示。rl=5k，r2 為熱敏電阻，其阻值變化與水溫變化 呈負(fù)溫度特性。當(dāng)溫度變化時(shí)，從熱敏電阻上測(cè)出的電壓即代表溫度信號(hào)。其輸出電壓(0v 一 5v) 隨熱敏電阻阻值變化，可直接進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換，r2 阻值大小與水溫變化關(guān)系參見(jiàn)表 4-2。 r1 r2 + 5v 圖 4.3 進(jìn)氣溫度測(cè)量電路 表 4-2 熱敏電阻阻值變化表 進(jìn)氣溫（）-204080 r2 阻值（k） 14.3-21.50.98-1.340.22-0.35 4.1.4 進(jìn)氣壓力的測(cè)量設(shè)計(jì) 空氣質(zhì)量大小除與進(jìn)氣溫