汽車單片機技術(shù)基礎(chǔ)課件

第1章汽車單片機技術(shù)基礎(chǔ)

1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求第1章汽車單片機技術(shù)基礎(chǔ)

1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成1.1.1微控制器組成微控制器是以汽車單片機為核心器件的單片機系統(tǒng)，該系統(tǒng)不是以幾個部件的面目出現(xiàn)在汽車上，而是將幾乎所有的硬件集中裝配在一塊印制電路板上，然后用一個金屬外殼封裝起來，有的為了防潮、防振，還在殼體內(nèi)部灌注樹脂膠。所以，在汽車上我們看到的是由金屬外殼封裝、具有各種功能的控制單片機系統(tǒng)，也就是所謂的汽車電子控制單元ECU(ElectronicControlUnit)。裝在外殼下和汽車凹槽深處的汽車電子控制單元(ECU)可以收集并交換信息，實現(xiàn)控制、優(yōu)化和監(jiān)測等功能，其基本構(gòu)成，見圖1-1。下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成1.1.1微控制器組成下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成1.中央處理器CPU(CentralProcessingUnit）CPU是微控制器內(nèi)部的核心部件，它決定微控制器的主要功能和特性。CPU由兩部分組成:一為控制器，簡寫為CU，它控制各部分協(xié)調(diào)工作。二為算術(shù)邏輯運算器，簡寫為ALU，它負責算術(shù)和邏輯運算，核心為一個運算器。2.輸入電路輸入電路是把傳感器輸入的各種信號進行放大、濾波、整形、變換等一系列的處理，轉(zhuǎn)換為計算機可以識別的標準信號。一般分為模擬信號輸入電路和數(shù)字二信號輸入電路。(1)模擬信號輸入電路模擬信號輸入電路是單片機將控制對象的各種被測參數(shù)，上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成1.中央處理器CPU(Centra1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成水溫、空氣流量、氣溫等都通過傳感器變成模擬電信號，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字量進入ECU的電路。(2)數(shù)字信號輸入電路數(shù)字量輸入裝置多是產(chǎn)生離散信號，通常這些信號代表兩種狀態(tài)，如開和關(guān)、限內(nèi)與限外、高電平與低電平等。例如發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速數(shù)字傳感器就是其中一種，它可以產(chǎn)生和曲軸轉(zhuǎn)角速度成正比頻率脈沖信號。在防滑制動中的輪胎轉(zhuǎn)速傳感器也是一種數(shù)字傳感器，把數(shù)字傳感器產(chǎn)生的信號經(jīng)過預(yù)處理成ECU要求的標準脈沖后，進入ECU控制的計數(shù)器，通過測頻或測周期的算法求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值。上止點的脈沖信號發(fā)生器在曲軸轉(zhuǎn)到上止點之前的某個位置時，產(chǎn)生一個窄上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成水溫、空氣流量、氣溫等都1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成脈沖，作為點火噴油基準信號，以上裝置都是數(shù)字輸入裝置。3.輸出電路輸出電路是把計算機發(fā)出的控制指令信號，經(jīng)過放大、變換等處理轉(zhuǎn)換成可以驅(qū)動各執(zhí)行器工作的電信號。一般分為模擬信號輸出電路和數(shù)字信號輸出電路。（1）模擬信號輸出電路模擬量輸出裝置多是執(zhí)行機構(gòu)，例如控制空燃比用的油門開度的控制器，就是把ECU送來的數(shù)字信號通過步進電機變成機械轉(zhuǎn)動量(模擬量)。

(2)數(shù)字信號輸出電路數(shù)字量輸出裝置是汽車自動控制的輸出機構(gòu)的一種，例如上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成脈沖，作為點火噴油基準信號1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成電子噴油器的電磁線圈、點火系的點火線圈等都是數(shù)字量輸出裝置。噴油的自動控制主要解決兩個問題:一是噴油量的多少，主要是由ECU給噴油器電磁線圈脈沖的寬度來決定的。二是在什么時間開始噴油，由發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)角大小(由上止點到開始噴油的轉(zhuǎn)角大小)來決定。當然，ECU輸出要通過接口、光電隔離及功率放大后才能控制執(zhí)行機構(gòu)。4.A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的裝置。

5.存儲器存儲器一般分為兩種，的存儲器叫做只讀存儲器，能讀出也能寫入的存儲器叫隨機存儲器，簡稱RAM。讀出簡稱ROM。上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成電子噴油器的電磁線圈、點火系的點火1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成(1)RAMRAM主要用來存儲計算機操作時的可變數(shù)據(jù)，如用來存儲計算機輸入/輸出數(shù)據(jù)和計算過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)等。有存入RAM的數(shù)據(jù)均完全消失。(2)ROMROM用來存儲固定數(shù)據(jù)，即存放各種永久性的程序和永久性、半永久性的數(shù)據(jù)，如電子控制燃油噴射發(fā)動機系統(tǒng)中的一系列控制程序軟件、噴油特性、點火控制特性以及其他特性數(shù)據(jù)等。6.接口接口是一種在微處理機和外圍設(shè)備之間控制數(shù)據(jù)流動和數(shù)據(jù)上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成(1)RAM上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成格式的電路。簡單地說，接口就是連接兩個電子設(shè)備單元的部件。接口可分為并行和串行兩種:（1）串行接口一次傳輸一位數(shù)據(jù)稱為串行傳輸，如圖1-2所示。以串行傳輸方式通信時，使用的接口叫串行接口，它由接收器、發(fā)送器和控制器三部分組成。

(2)并行接口同時傳輸兩位或兩位以上的數(shù)據(jù)稱為并行傳輸。以并行傳輸方式通信時，是把多位數(shù)據(jù)(如s位數(shù)據(jù))的各個位同時傳送，如圖1-3所示。串行接口和并行接口統(tǒng)稱為輸入/輸出接口。隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，單片機在車上的應(yīng)用基本上分成上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成格式的電路。簡單地說，接1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成三類:動力系統(tǒng)控制、舒適系統(tǒng)控制、信息與娛樂系統(tǒng)控制，見圖1一4。1.1.2汽車單片機對信息的處理單片機系統(tǒng)中有多種輸入傳感器，這些傳感器將汽車上的信息傳遞給汽車單片機，這些信息的傳遞形式有模擬信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號一般要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能傳遞給汽車單片機(控制器)，而數(shù)字信號只要稍加電平變換就可以直接被單片機(控制器)接收。進氣溫度傳感器位于進氣歧管內(nèi)可以感知進氣溫度的地方。這個傳感器中有一個負溫度系數(shù)熱敏電阻，當空氣冷時，電上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成三類:動力系統(tǒng)控制、舒適1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成阻元件的電阻值增加;反之，電阻元件的電阻值減小。當進氣溫度傳感器變冷時，它向汽車單片機送出一個幅值較大的模擬電壓信號，汽車單片機系統(tǒng)的A/D車令換器再把這個信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，見圖1-5。控制器收到進氣溫度傳感器信號后立即訪問ROM中的查詢表，查詢表列出了每一空氣溫度對應(yīng)的空氣密度。當進氣溫度傳感器電壓信號很高時，查詢表會指出空氣密度很大。這個信息傳給微控制器，控制器通過輸出驅(qū)動器控制燃油。噴油器向發(fā)動機提供準確數(shù)量的燃油，見圖1-6。1.1.3輸出驅(qū)動器和執(zhí)行器單片機(控制器)的輸出驅(qū)動器由很多晶體管組成?？刂破鞑偕弦豁撓乱豁摲祷?.1汽車微控制器系統(tǒng)組成阻元件的電阻值增加;反之，1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成縱輸出驅(qū)動器，而輸出驅(qū)動器控制輸出執(zhí)行器。輸出執(zhí)行器通常是一些繼電器、電磁線圈等?？刂破鬏敵鲂盘栻?qū)動輸出驅(qū)動器，驅(qū)動器通過控制執(zhí)行器的“接地”來控制執(zhí)行器工作，見圖1-7。

圖1-8是單片機控制發(fā)動機點火提前角的硬件框圖，由單片機接口、傳感器、功率放大器、點火線圈、分電器、火花塞等部分組成。單片機是該系統(tǒng)的核心，只讀存儲器ROM除了有監(jiān)控、自自查等程序外，還存儲了該發(fā)動機由試驗得出的各種工況下的優(yōu)化點火提前角，隨機存儲器RAM存放隨機數(shù)據(jù)。CPU進行汽車工況的檢測、判斷、查找最佳點火提前角、接通和斷開點火線圈等核心工作。上一頁下一頁返回1.1汽車微控制器系統(tǒng)組成縱輸出驅(qū)動器，而輸出驅(qū)動器1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求汽車單片機主要實現(xiàn)各種信號的檢測和各部件的控制，功能比較單一，不僅要求較強的通用性，還要滿足以下技術(shù)要求:

1.可靠性高，具有應(yīng)急備用功能汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障，可能造成重大損失。因此，可靠性對汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)是至關(guān)重要的。而且，要求汽車單片機系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障，還要有應(yīng)急備用系統(tǒng)能夠暫時代替汽車單片機維持汽車的運行。2.適應(yīng)汽車運行的惡劣環(huán)境各種電氣設(shè)備產(chǎn)生的電磁波干擾和電壓波動，都會對汽車單片機系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生一定的影響。因此，為使汽車單片機系統(tǒng)能可靠、無故障地工作，必須滿足下列要求:下一頁返回1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求汽車單片機主要實現(xiàn)各種信號1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求①耐溫范圍為-40~125℃。②防電磁干擾，不易受外部輻射(如移動無線電話)的影響，本身沒有電磁干擾的輻射。③抗振、防潮濕、防腐蝕。④重量輕，生產(chǎn)成本低廉，安裝可靠。3.具有完善的輸入/輸出通道和實時控制能力為了對汽車運行過程進行檢測和控制，需要傳送大量數(shù)據(jù)和各種類型的信號，因此要求汽車單片機系統(tǒng)具有比較完備的模擬量和數(shù)字量輸入/輸出通道。汽車運行過程的控制信號是實時的，要求單片機對輸入信號的變化具有足夠快的反應(yīng)速度，能夠及時處理并改變控制信號，因此要求汽車單片機上一頁下一頁返回1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求①耐溫范圍為-40~121.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)具有較完善的中斷處理能力。

4.易于操作和維護汽車單片機系統(tǒng)安裝在汽車上，使用者一般不是專業(yè)計算機人員，因此在設(shè)計操作系統(tǒng)和信號控制系統(tǒng)時，應(yīng)簡單明了、便于操作，一旦發(fā)生故障，能及時查明原因，迅速予以排除。

5.具有一定的可擴展性根據(jù)汽車生產(chǎn)和汽車運行過程中的可能變動，汽車單片機系統(tǒng)在輸入/輸出端口、存儲器等方面應(yīng)具有可擴展性。并應(yīng)該留出數(shù)據(jù)接口，便于維修人員利用故障碼讀取器從單片機系統(tǒng)中讀取故障代碼，為維修提供方便。6.具有較為完善的軟件系統(tǒng)上一頁下一頁返回1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求系統(tǒng)具有較完善的中斷處理能1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求一個較為完善的軟件系統(tǒng)除包括監(jiān)控、管理、計算、檢測、自診斷和通信等功能，還應(yīng)具有優(yōu)化的控制算法和控制邏輯、較高的實時性和抗電磁干擾的能力，從軟件上保證汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)工作的可靠性。小結(jié)1.微控制器由中央處理器、輸入電路、輸出電路、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器組成。2.外部設(shè)備必須通過各種接口和輸入/輸出總線與微機相連接，而微機對外部設(shè)備的控制和信息交換也要通過接口來實現(xiàn)。不同的外部設(shè)備要求不同功能的接口，所以接口的結(jié)構(gòu)多種多樣。接口可分為并行和串行兩種。上一頁下一頁返回1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求一個較為完善的軟件系統(tǒng)除包1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求3.汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求:可靠性高，具有應(yīng)急備用功能;適應(yīng)汽車運行的惡劣環(huán)境;具有完善的輸入/輸出通道和實時控制能力;易于操作和維護;具有一定的可擴展性;具有較為完善的軟件系統(tǒng)。上一頁返回1.2汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基本要求3.汽車單片機應(yīng)用系統(tǒng)的基圖1-1汽車電子控制單元(ECU）

的基本構(gòu)成 返回圖1-1汽車電子控制單元(ECU）

圖1-2串行數(shù)據(jù)的傳輸返回圖1-2串行數(shù)據(jù)的傳輸返回圖1-3并行數(shù)據(jù)的傳輸返回圖1-3并行數(shù)據(jù)的傳輸返回圖1-4單片機在汽車電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用返回圖1-4單片機在汽車電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)用返回圖1-5進氣溫度信號的輸入返回1-進氣溫度傳感器感知進氣