《汽車電路知識與基本操作技能（第二版）》 課件 模塊四 汽車電子技術(shù)應(yīng)用

模塊四汽車電子技術(shù)應(yīng)用112課題1半導(dǎo)體二極管課題2半導(dǎo)體三極管課題3半導(dǎo)體元件在汽車上的應(yīng)用課題4集成電路及其應(yīng)用課題5微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課題6汽車計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課題1半導(dǎo)體二極管113學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解半導(dǎo)體的概念和特點(diǎn)。2．掌握二極管的概念、伏安特性和主要參數(shù)。3．了解特殊二極管及其在汽車上的應(yīng)用。4．能用數(shù)字式萬用表判斷二極管的好壞。5．能用發(fā)光二極管制作試燈。114一、半導(dǎo)體物質(zhì)按導(dǎo)電能力強(qiáng)弱不同可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。目前，制造半導(dǎo)體器件用得最多的是硅和鍺兩種材料。由于硅和鍺是原子規(guī)則排列的單晶體，因此用半導(dǎo)體材料制成的半導(dǎo)體管屬于晶體管。純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體，它的導(dǎo)電能力是很弱的。在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的某種雜質(zhì)元素，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會增強(qiáng)很多，電阻急劇減小。利用半導(dǎo)體的摻雜特性，可制成P型和N型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。115二、二極管的概念、伏安特性和主要參數(shù)1．二極管的概念半導(dǎo)體二極管又稱為晶體二極管，簡稱二極管。當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時，得到的PN結(jié)封裝起來就是二極管，二極管用字母V（或VD）表示，其結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖所示。根據(jù)制造材料的不同，二極管可分為硅二極管和鍺二極管。116二極管的結(jié)構(gòu)及其圖形符號a）結(jié)構(gòu)b）圖形符號2．二極管的伏安特性流過二極管的電流隨著加在二極管兩端電壓的變化而變化的性質(zhì)稱為二極管的伏安特性，如圖所示為二極管的伏安特性曲線。117硅二極管的伏安特性曲線（1）正向特性硅二極管的伏安特性曲線如上圖所示，從圖中可看出，當(dāng)二極管上正向電壓小于某一數(shù)值Uth時，正向電流很小，幾乎為零，二極管呈現(xiàn)出較大的電阻，這段區(qū)域稱為死區(qū)，

Uth

稱為死區(qū)電壓或門檻電壓。硅管

Uth

=0.5V，鍺管

Uth

=0.1V。正向電壓超過

Uth

后，正向電流按指數(shù)規(guī)律增長，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。二極管導(dǎo)通后，二極管兩端的電壓幾乎不再變化，此時二極管兩端的電壓稱為導(dǎo)通壓降。硅管的導(dǎo)通壓降為0.7V，鍺管的導(dǎo)通壓降為0.3V。118（2）反向特性當(dāng)二極管被加上反向電壓時，流過二極管的電流很小，稱為反向飽和電流Is，硅管Is<0.1μA，鍺管Is約為幾十微安。（3）反向擊穿特性當(dāng)反向電壓增加到某個數(shù)值UBR時，流過二極管的反向電流將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，UBR稱為反向擊穿電壓。使用二極管時，應(yīng)避免反向電壓超過反向擊穿電壓，以防止二極管損壞。1193．二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流最大整流電流IF是指二極管長期運(yùn)行過程中，允許通過的最大正向平均電流。實(shí)際使用時的工作電流應(yīng)小于IF

，如果超過此值，二極管可能會因過熱而燒壞。（2）最高反向工作電壓最高反向工作電壓URM是指二極管工作時兩端所允許加的最大反向電壓。通常情況下，URM約為反向擊穿電壓UBR的一半，以保證二極管安全工作，防止擊穿。120三、特殊二極管1．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種由特殊工藝制造的二極管，又稱為齊納二極管、電壓調(diào)整二極管，它與電阻配合使用，具有穩(wěn)定電壓的功能。121穩(wěn)壓二極管的圖形符號及伏安特性曲線a）圖形符號b）伏安特性曲線2．發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LED）是采用砷、鎵、磷等材料制作的二極管，內(nèi)部基本單元仍是一個PN結(jié)。122發(fā)光二極管的外形及圖形符號a）外形b）圖形符號3．光敏二極管光敏二極管是在反向電壓作用下工作的，當(dāng)光線照射在PN結(jié)上時，二極管的反向電流增加，光照強(qiáng)度越大，反向電流就越大，利用這個特性制成的二極管就是光敏二極管。光敏二極管的結(jié)構(gòu)、圖形符號和外形如圖所示。123光敏二極管的外形、結(jié)構(gòu)和圖形符號a）外形b）結(jié)構(gòu)c）圖形符號課題2半導(dǎo)體三極管124學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解三極管的概念和基本參數(shù)。2．熟悉三極管的特性曲線和三種工作狀態(tài)。3．了解三極管的基本放大電路和開關(guān)電路。4．了解光敏三極管、晶閘管、場效應(yīng)晶體管的工作特點(diǎn)及應(yīng)用。5．能正確使用目測法和萬用表檢測法判斷三極管的管型和管腳極性。125一、三極管的概念和基本參數(shù)1．三極管的概念半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管，簡稱三極管或晶體管。它是由兩個距離很近的PN結(jié)組成的，是在一塊半導(dǎo)體晶片上制造三個摻雜區(qū)，形成兩個PN結(jié)，再引出三個電極，用管殼封裝而成。按照兩個PN結(jié)組合方式的不同，三極管分為NPN型和PNP型兩大類，其結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號如圖所示，用字母V（或VT）表示。126127三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和圖形符號a）NPN型三極管的結(jié)構(gòu)b）NPN型三極管的圖形符號c）PNP型三極管的結(jié)構(gòu)d）PNP型三極管的圖形符號三極管的三個電極分別為發(fā)射極E、集電極C、基極B。三極管的基本功能是利用基極電流控制集電極和發(fā)射極之間的電流。三極管可以看作一個電流的控制閥，集電極和發(fā)射極是電流的通路，而基極就是控制電流的閥門，只不過這個閥門不是靠旋轉(zhuǎn)而是靠本身流過的電流——基極電流來控制集電極和發(fā)射極之間的電流。三極管符號中的箭頭表示兩種不同類型的三極管集電極和發(fā)射極之間電流的方向。NPN型三極管的電流從集電極流向發(fā)射極，PNP型三極管的電流從發(fā)射極流向集電極。1282．三極管的基本參數(shù)（1）共射極直流電流放大系數(shù)hFE三極管集電極電流與基極電流的比值，即hFE=IC/IB，反映三極管的直流電流放大能力。（2）共射極交流電流放大系數(shù)β三極管集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比，即

，反映三極管的交流電流放大能力。對同一只三極管而言，在相同的工作條件下hFE≈β，應(yīng)用中不再區(qū)分，均用β表示。129（3）集電極—發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO當(dāng)基極開路，集電極、發(fā)射極之間加上一定電壓時，集電極與發(fā)射極之間并不是沒有電流流過，只是流過的電流很小，好像是從集電極直接穿透三極管到達(dá)發(fā)射極的電流，故又稱為穿透電流。三極管的穿透電流越小，其質(zhì)量越好。（4）極限參數(shù)使三極管得到充分利用而又安全可靠地工作的參數(shù)，稱為極限參數(shù)。130二、三極管的特性曲線三極管各極上的電壓和電流之間的關(guān)系，可通過伏安特性曲線直觀地描述。三極管的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種，可以用晶體管特性圖示儀直接觀察，也可以通過實(shí)驗(yàn)電路來測試。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。131三極管特性曲線實(shí)驗(yàn)電路1．輸入特性曲線輸入特性曲線是指在UCE一定的條件下，加在三極管基極與發(fā)射極之間的電壓UBE和基極電流IB之間的關(guān)系曲線，如圖所示。132三極管的輸入特性曲線2．輸出特性曲線輸出特性曲線是指在IB一定的條件下，三極管集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE與集電極電流IC之間的關(guān)系曲線，如圖所示。133三極管的輸出特性曲線三極管的輸出特性曲線分為三個區(qū)域，不同的區(qū)域?qū)?yīng)著三極管的三種不同工作狀態(tài)，見下表。134三極管輸出特性曲線的三個區(qū)域綜上所述，對于NPN型三極管：工作于放大區(qū)時，VC>VB>VE；工作于截止區(qū)時，VB≤VE；工作于飽和區(qū)時，VC≤VB。PNP型三極管與之相反。135三極管輸出特性曲線的三個區(qū)域三、三極管的基本放大電路與開關(guān)電路1．三極管的基本放大電路根據(jù)三極管處于放大狀態(tài)的條件可構(gòu)成三極管基本放大電路，如圖所示為NPN型三極管基本放大電路。放大電路在工作時，NPN型三極管的集電極必須接高電位。需要被放大的信號從基極輸入，經(jīng)過三極管放大后從集電極輸出。三極管的放大電路能夠?qū)鞲衅鬏敵龅奈⑷跣盘栠M(jìn)行放大，然后傳輸?shù)狡囯娍貑卧?。另外，對于控制電路，三極管放大電路可以將功率較小的控制信號放大為功率較大的信號，用以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。136137NPN型三極管基本放大電路2．三極管的開關(guān)電路三極管在基極電流的控制下，在截止與飽和兩種狀態(tài)間交替變換，就如同開關(guān)在斷開與閉合狀態(tài)間交替變換。138電壓波形a）基極電壓波形b）集電極電壓波形四、光敏三極管光敏三極管也稱為光電晶體管，是一種相當(dāng)于在基極和集電極之間接有光敏二極管的三極管。它的等效電路和圖形符號如圖所示。139光敏三極管的等效電路及圖形符號??（NPN型示例）a）等效電路?b）圖形符號光敏三極管的基本應(yīng)用電路如圖所示，光敏三極管和負(fù)載之間的電位隨著外界光線照射強(qiáng)度的變化而發(fā)生變化。光敏三極管主要應(yīng)用于汽車的傳感器中。140光敏三極管的基本應(yīng)用電路課題3半導(dǎo)體元件在汽車上的應(yīng)用141學(xué)習(xí)目標(biāo)1．掌握二極管在汽車電路中的應(yīng)用。2．掌握三極管的開關(guān)特性和光敏三極管在汽車電路中的應(yīng)用。3．能正確完成晶體管電壓調(diào)節(jié)器的檢驗(yàn)。142一、二極管在汽車電路中的應(yīng)用1．整流電路將交流電變成直流電的過程稱為整流。在汽車交流發(fā)電機(jī)中，就是利用整流二極管組成的整流板將發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電整流為直流電。整流板上整流二極管壓裝式安裝示意圖如圖所示，正極管的外殼為負(fù)極，引出極為正極，在管殼底部標(biāo)有紅色標(biāo)記。143144汽車交流發(fā)電機(jī)整流二極管壓裝式安裝示意圖在負(fù)極搭鐵的硅整流發(fā)電機(jī)中，三個正極管的外殼壓裝在散熱板的三個座孔內(nèi)，共同組成發(fā)電機(jī)的正極，由一個與發(fā)電機(jī)后端蓋絕緣的整流板固定螺栓通至機(jī)殼外，作為發(fā)電機(jī)的相線接線柱“B”。負(fù)極管的外殼為正極，引出極為負(fù)極，在管殼底部一般標(biāo)有黑色標(biāo)記。三個負(fù)極管的外殼壓裝在后端蓋的三個孔內(nèi)，和發(fā)電機(jī)外殼共同組成發(fā)電機(jī)的負(fù)極。三個正極管和三個負(fù)極管構(gòu)成的整流電路稱為三相橋式整流電路，將發(fā)電機(jī)的交流電變?yōu)?2V的直流電。汽車交流發(fā)電機(jī)的整流電路和電壓波形如圖所示。145146汽車交流發(fā)電機(jī)的整流電路和電壓波形a）整流電路b）三相交流電壓波形c）輸出電壓波形2．續(xù)流電路續(xù)流電路如圖所示，續(xù)流二極管都是并聯(lián)在線圈的兩端。當(dāng)線圈通過電流時會在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)電流消失時，其感應(yīng)電動勢會對電路中的元件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于元器件的反向擊穿電壓時，會導(dǎo)致元件損壞。將續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈兩端，當(dāng)線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢會因二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉，從而保護(hù)電路中其他元件的安全。147續(xù)流電路3．穩(wěn)壓電路在汽車的儀表電路和一部分電子控制電路中，常利用穩(wěn)壓二極管來獲取穩(wěn)定的電壓。如圖所示是利用穩(wěn)壓二極管為汽車儀表提供穩(wěn)定電壓的電路，圖中的穩(wěn)壓二極管與電阻串聯(lián)，而與儀表并聯(lián)。148簡化汽車儀表穩(wěn)壓電路4．指示、報警電路在汽車電路中，發(fā)光二極管隨處可見，主要應(yīng)用在儀表板上作為指示信號燈或報警信號燈。5．光電式傳感器電路利用光敏二極管制成光電式傳感器，可以將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，以便控制其他電子元件?49二、三極管的開關(guān)特性在汽車電路中的應(yīng)用1．電壓調(diào)節(jié)器汽車交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓會隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而產(chǎn)生波動，發(fā)電機(jī)輸出電壓與發(fā)電機(jī)勵磁繞組通過的勵磁電流成正相關(guān)關(guān)系，通過控制勵磁線圈電路的通斷就可以控制流過的勵磁電流平均值的大小，從而使發(fā)電機(jī)的輸出電壓基本穩(wěn)定在一個定值。電壓調(diào)節(jié)器就是利用三極管的開關(guān)作用控制勵磁線圈電路的通斷，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。150151JFT201型電壓調(diào)節(jié)器電路2．電子點(diǎn)火器晶體管點(diǎn)火電路的點(diǎn)火信號由裝在分電器內(nèi)的信號發(fā)生器提供。如圖所示為一種磁感應(yīng)式信號發(fā)生器電壓信號的變化過程。152磁感應(yīng)式信號發(fā)生器電壓信號的變化過程a）轉(zhuǎn)子接近線圈b）轉(zhuǎn)子正對線圈c）轉(zhuǎn)子離開線圈當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動時，信號線圈產(chǎn)生電壓。當(dāng)產(chǎn)生正電壓時，如圖a所示，點(diǎn)火開關(guān)閉合后，線圈電壓上正下負(fù)，A點(diǎn)電位更高，保證三極管能飽和導(dǎo)通，點(diǎn)火線圈的一次線圈流過電流。當(dāng)信號發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)電壓信號時，如圖b所示，點(diǎn)火開關(guān)閉合后，線圈電壓上負(fù)下正，A點(diǎn)電位變?yōu)榱慊蜇?fù)值，三極管基極沒有電流流過，三極管截止，點(diǎn)火線圈的一次線圈斷開，二次線圈產(chǎn)生高壓，送入分電器點(diǎn)火。153154信號電壓極性變化與三極管的導(dǎo)通a）信號發(fā)生器產(chǎn)生正電壓b）信號發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)電壓3．蓄電池液位報警電路汽車電路中包含很多信號報警電路，其基本原理是監(jiān)控一個點(diǎn)的電位變化，從而控制三極管的開關(guān)，使其發(fā)出聲音或光報警信號。蓄電池液位傳感器用于蓄電池液位報警系統(tǒng)，以檢測蓄電池液位的高低，蓄電池液位報警電路如圖所示。155蓄電池液位報警電路a）蓄電池液位正常b）蓄電池液位過低三、光敏三極管在汽車電路中的應(yīng)用光敏三極管主要應(yīng)用于汽車傳感器中。把發(fā)光二極管和光敏三極管組合在一起，可實(shí)現(xiàn)以光信號為媒介的電信號的轉(zhuǎn)換，采用這種組合方式的器件稱為光電耦合器。當(dāng)光電耦合器作為傳感器使用時，稱為光電式傳感器。汽車中光電式傳感器的應(yīng)用主要有曲軸位置檢測、轉(zhuǎn)向角度檢測等，均是在光電式傳感器的中間設(shè)置遮擋物，利用遮擋物是否擋住光線來判斷遮擋物的位置（遮擋物均和被檢測對象連接在一起），傳遞位置信號或轉(zhuǎn)過的遮擋物的個數(shù)信號。156如圖所示為光電式曲軸位置傳感器示意圖。傳感器裝在分電器軸上，隨著分電器軸的轉(zhuǎn)動，信號盤交替遮擋傳感器的光線，傳遞曲軸位置信號。157光電式曲軸位置傳感器示意圖如圖所示為光電式車速傳感器示意圖。光電式車速傳感器裝在組合儀表內(nèi)，由帶切槽的轉(zhuǎn)子和光電耦合器組成。帶切槽的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)速表軟軸驅(qū)動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，盤齒間斷地遮住發(fā)光二極管光源，使光敏三極管的輸出電壓發(fā)生變化。軟軸轉(zhuǎn)一圈，輸出20個脈沖，經(jīng)分頻后變成4個脈沖送給ECU。158光電式車速傳感器示意圖1—帶切槽的轉(zhuǎn)子2—發(fā)光二極管3—光敏三極管課題4集成電路及其應(yīng)用159學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解集成電路的分類。2．熟悉集成電路腳位的識別方法。3．掌握集成運(yùn)算放大器的組成、引腳功能及其兩種基本電路。4．了解集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用。5．能正確完成進(jìn)氣壓力傳感器的檢測。160一、集成電路的分類集成電路是指采用一定的工藝，把晶體管、電阻、電容等元件和它們之間的連線全部集成在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu)。根據(jù)處理信號的不同，集成電路可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路、數(shù)/?；旌霞呻娐?。根據(jù)集成度的大小，集成電路又可以分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路等。161二、集成電路腳位的識別汽車中集成電路常見的外形有圓形、管殼型、單列直插型、雙列直插型、扁平型等，如圖所示。162汽車中集成電路的常見外形a）圓形?b）管殼型?c）單列直插型?d）雙列直插型?e）扁平型單列直插型集成電路的腳位識別方法為：打點(diǎn)或帶小坑的為1腳，按從左到右的順序數(shù)。雙列直插型、扁平型集成電路的腳位識別方法為：從起始腳開始，按逆時針方向數(shù)，通常打點(diǎn)或帶小坑的為1腳，有的集成電路以缺口槽位為起始標(biāo)記，正對缺口槽位的左下引腳為1腳，如圖所示。163扁平型集成電路的腳位識別三、集成運(yùn)算放大器及其在汽車上的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器簡稱集成運(yùn)放，是由多級直接耦合放大電路組成的高增益模擬集成電路。在實(shí)際分析過程中常常把集成運(yùn)算放大器理想化，采用理想集成運(yùn)算放大器進(jìn)行分析，不但簡化了分析過程，而且分析的結(jié)果與實(shí)際情況相差很小。理想集成運(yùn)算放大器的符號如圖所示。164理想集成運(yùn)算放大器符號1．集成運(yùn)算放大器的組成（1）輸入級輸入級是決定集成運(yùn)算放大器性能的關(guān)鍵部分，通常采用雙端輸入的差分放大電路。其目的在于有效地減小零點(diǎn)漂移，抑制干擾信號，增大輸入電阻。（2）中間級中間級由多級電壓放大電路組成，使集成運(yùn)算放大器獲得很高的電壓放大倍數(shù)。（3）輸出級輸出級通常采用互補(bǔ)對稱的共集電極電路，減小輸出電阻，提高電路的帶負(fù)載能力。1652．集成運(yùn)算放大器各引腳的功能以LM741為例，介紹集成運(yùn)算放大器各引腳的功能。LM741的實(shí)物和引腳圖如圖所示。LM741由8個引腳組成，名稱中的741表示有7個活動引腳，4個引腳（2、3、4、7）能夠接受輸入，1個引腳（6）是輸出引腳。166LM741的實(shí)物和引腳圖a）實(shí)物?b）引腳圖（1）引腳4、引腳7引腳4和引腳7分別是負(fù)電壓和正電壓電源端子。（2）引腳2、引腳3引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。（3）引腳6引腳6為輸出腳。（4）引腳1、引腳5引腳1和引腳5用于外部失調(diào)電壓的調(diào)整。（5）引腳8引腳8未連接到集成運(yùn)算放大器內(nèi)部的任何電路，只是用來填充8引腳標(biāo)準(zhǔn)封裝中的空隙。1673．集成運(yùn)算放大器的兩種基本電路（1）反相比例運(yùn)算放大電路反相比例運(yùn)算放大電路如圖所示，其特點(diǎn)是輸入信號加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端。168反相比例運(yùn)算放大電路（2）同相比例運(yùn)算放大電路如圖所示為同相比例運(yùn)算放大電路。169同相比例運(yùn)算放大電路4．集成運(yùn)算放大器在汽車上的應(yīng)用（1）集成運(yùn)算放大器在壓力傳感器上的應(yīng)用在汽車電噴發(fā)動機(jī)中，用來測量進(jìn)氣量的進(jìn)氣壓力傳感器就是由壓敏電阻、集成運(yùn)算放大器等制成的，壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖如圖所示。170壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖和工作原理圖a）結(jié)構(gòu)示意圖?b）工作原理圖（2）集成運(yùn)算放大器在自動空調(diào)控制器上的應(yīng)用光敏二極管和光敏三極管能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，如圖所示為一種最簡單的光電測量電路。171光電測量電路課題5微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)172學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解數(shù)字信號和二進(jìn)制的基本知識。2．了解單片機(jī)的組成及各部分功能。173一、數(shù)字信號在汽車電子電路中，電信號主要在傳感器、ECU及執(zhí)行器件之間傳遞。傳感器輸入ECU的信號可以分為兩大類：一類是連續(xù)變化的信號，如水溫傳感器輸出的信號，這類信號被稱為模擬信號，如圖a所示；另一類信號是電壓“高”“低”間隔變化的脈沖式信號，如光電式曲軸位置傳感器輸出的信號是“有”或“無”（透光或遮光）規(guī)律變化的脈沖信號，這類信號被稱為數(shù)字信號，如圖b所示。174175模擬信號和數(shù)字信號a）模擬信號b）數(shù)字信號輸出模擬信號的傳感器有：葉片式空氣流量傳感器、熱絲式空氣流量傳感器、水溫傳感器、壓力傳感器、節(jié)氣門位置傳感器等。輸出數(shù)字信號的傳感器有：卡門渦旋式空氣流量傳感器、曲軸位置傳感器、光電式傳感器、霍爾式傳感器。在汽車電路中，數(shù)字集成電路隨處可見，ECU就是一個典型的數(shù)字系統(tǒng)。二、二進(jìn)制二進(jìn)制顧名思義就是“逢二進(jìn)一”，位權(quán)的表示方法是2i（i=0，1，2，3，…），數(shù)字也是從右向左依次排列，如10（讀作“一零”），右邊的0表示0個1，左邊的1表示1個2，相當(dāng)于十進(jìn)制的2。二進(jìn)制數(shù)按照一定的規(guī)律組合在一起，表示一定的信息，這樣的一組二進(jìn)制數(shù)稱為二進(jìn)制碼。最常用的二進(jìn)制碼是8421BCD碼，它將1位十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為千位二進(jìn)制碼，十進(jìn)制數(shù)與8421BCD碼之間的關(guān)系見下表。176177十進(jìn)制數(shù)與8421BCD碼之間的關(guān)系三、單片機(jī)單片機(jī)是將CPU、存儲器、輸入/輸出（I/O）接口、總線等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)，基本結(jié)構(gòu)如圖所示。雖然單片機(jī)只是一塊芯片，但其已經(jīng)具有微型計(jì)算機(jī)的功能。目前，汽車電控系統(tǒng)采用的單片機(jī)均為數(shù)字式單片機(jī)。單片機(jī)分為通用型單片機(jī)和專用型單片機(jī)，通常所說的單片機(jī)指通用型單片機(jī)。178單片機(jī)基本結(jié)構(gòu)框圖1．CPUCPU具有譯碼指令和數(shù)據(jù)處理能力，由運(yùn)算器、寄存器和控制器組成。運(yùn)算器是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算部件，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。汽車上各種電控系統(tǒng)ECU內(nèi)部的數(shù)據(jù)運(yùn)算與邏輯判斷都在這里進(jìn)行。寄存器用于暫時存儲數(shù)據(jù)或程序指令。控制器是計(jì)算機(jī)的指揮控制部件，作用是按照監(jiān)控程序和應(yīng)用程序使計(jì)算機(jī)各部分協(xié)調(diào)工作。1792．存儲器在單片機(jī)或其他微型計(jì)算機(jī)中，存儲器是用來存儲程序指令和數(shù)據(jù)的部件。存儲器按讀寫操作原理可分為只讀存儲器（ROM）和隨機(jī)存取存儲器（RAM）。按功能可分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。按構(gòu)成材料可分為半導(dǎo)體存儲器和磁質(zhì)存儲器。3．I/O接口I/O接口是CPU與傳感器或執(zhí)行器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及CPU下達(dá)控制指令的通道。由于傳感器和執(zhí)行器種類繁多，它們的信號頻率、電平、功率、工作時序等不可能與CPU完全匹配，因此，必須根據(jù)CPU的指令，通過I/O接口進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。1804．總線總線是微機(jī)內(nèi)部傳遞信息的電路連線。在單片機(jī)內(nèi)部，CPU、ROM、RAM與I/O接口之間的信息交換都是通過總線實(shí)現(xiàn)的。按傳遞信息的不同，總線可分為數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線三種。（1）數(shù)據(jù)總線。數(shù)據(jù)總線主要用于傳送數(shù)據(jù)與指令。數(shù)據(jù)總線的導(dǎo)線根數(shù)與數(shù)據(jù)的位數(shù)相對應(yīng)。（2）地址總線。地址總線用來傳遞地址數(shù)碼。在微機(jī)內(nèi)，各元件之間的通信主要依靠地址數(shù)碼進(jìn)行。（3）控制總線。微機(jī)中的元件都與控制總線連接，CPU可通過控制總線隨時掌握各個元件的狀態(tài)，并根據(jù)需要隨時向某個元件發(fā)出控制指令。181課題6汽車計(jì)算機(jī)控制技術(shù)182學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成。2．了解汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程。3．熟悉汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)、汽車底盤電控系統(tǒng)和汽車車身電控系統(tǒng)。4．了解車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。183一、汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的核心，其硬件結(jié)構(gòu)一般可分為三部分：傳感器、電子控制單元（ECU）和執(zhí)行器，如圖所示。184汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本組成二、汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作過程汽車運(yùn)行過程中，各種傳感器不斷檢測汽車運(yùn)行的工況信息，并將這些信息通過輸入接口實(shí)時傳送到ECU。ECU接收到信息后，根據(jù)內(nèi)部預(yù)先存儲的數(shù)據(jù)和編好的控制程序，通過數(shù)學(xué)計(jì)算和邏輯判斷，進(jìn)行相應(yīng)的決策和處理，確定適應(yīng)發(fā)動機(jī)工況的點(diǎn)火提前角、噴油時間等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺ㄟ^輸出接口將控制信號輸出給相應(yīng)的執(zhí)行器，執(zhí)行器接收到控制信號后，執(zhí)行相應(yīng)的動作，實(shí)現(xiàn)某種預(yù)定的功能。185ECU除了具有控制功能外，還具有故障自診斷功能。在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，ECU會對部分傳感器傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行監(jiān)測與鑒別。若發(fā)現(xiàn)傳感器的傳輸信號超過規(guī)定的范圍，ECU將判定該傳感器或相關(guān)線路產(chǎn)生故障，并將故障碼存儲在存儲器中，以便維修和調(diào)用，同時還用一個預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)或其他傳感器提供的信號對發(fā)動機(jī)實(shí)施控制，使發(fā)動機(jī)進(jìn)入故障應(yīng)急運(yùn)行狀態(tài)。186三、汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用1．汽車發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)主要包括電控汽油噴射系統(tǒng)（EFI）、電控點(diǎn)火系統(tǒng)（ESA）、怠速控制系統(tǒng)（ISC）、廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)（EGR）、可變配氣正時控制系統(tǒng)（VVT）等。（1）電控汽油噴射系統(tǒng)電控汽油噴射系統(tǒng)的功能是通過控制燃油的噴射量獲得最佳空燃比，從而提高功率、降低油耗、減少排氣污染。電控汽油噴射系統(tǒng)如圖所示。187188電控汽油噴射系統(tǒng)（2）電控點(diǎn)火系統(tǒng)電控點(diǎn)火系統(tǒng)可使發(fā)動機(jī)在不同轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣量等條件下，獲得最佳點(diǎn)火提前角，從而提高功率、降低油耗、減少排氣污染。電控點(diǎn)火系統(tǒng)如圖所示。189電控點(diǎn)火系統(tǒng)（3）怠速控制系統(tǒng)怠速控制系統(tǒng)能根據(jù)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、空調(diào)開關(guān)狀態(tài)、動力轉(zhuǎn)向開關(guān)狀態(tài)等信息，使發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速處于最佳狀態(tài)。怠速控制系統(tǒng)如圖所示。190怠速控制系統(tǒng)（4）廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)的功能是將適量的廢氣引入氣缸，再次參加燃燒，從而降低氣缸內(nèi)的最高溫度，減少氮氧化物的排放量。廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示。191廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)（5）可變配氣正時控制系統(tǒng)可變配氣正時控制系統(tǒng)通過對進(jìn)氣通道和可變配氣相位進(jìn)行控制，使發(fā)動機(jī)始終保持最佳進(jìn)氣量?？勺兣錃庹龝r控制系統(tǒng)如圖所示。192可變配氣正時控制系統(tǒng)2．汽車底盤電控系統(tǒng)（1）防抱死制動系統(tǒng)和