汽車行車電腦原理淺析

摘 要:隨著科學技術的發(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的論述和剖析。

關鍵詞:汽車行車電腦 邏輯電路 存儲器 數字信號

中圖分類號:U466文獻標識碼: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;軟件部分是實現控制功能的指令和數據系統(tǒng)。

1 ECU的硬件構成

汽車行車電腦ECU的硬件結構分為殼體、接口、電路板和電路等幾部分。電腦接口實現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，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行預處理，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:模擬信號和數字信號，所以分別由相應的輸入電路對其進行處理。

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(產生一個低于1V的電壓信號)，則首先需要進行放大處理。被放大后的模擬信號需要轉換成數字信號才能被微處理器接收，完成這項任務的器件是輸入電路中的A/D(模數轉換器)。若輸入的模擬信號不是很弱，而且在A/D所設定的量程范圍內，可直接進行A/D轉換。

1.1.2 數字信號的輸入。

控制系統(tǒng)采集的數字信號，主要是來自轉速傳感器的轉速信號和活塞上止點參考信號，它們都是脈沖信號。這兩個信號經過處理之后，經過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入CPU，經過CPU的數據處理后，把運算結果送到輸出端口，并同時使執(zhí)行器進行工作。

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)行數據處理任務，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)所需的參數進行檢測、數據處理、控制運算與邏輯判斷。

1.2.2 存儲器

存儲器是記憶元件。微型計算機要根據已編寫的指令程序，對數據和信息自動快速地進行運算和處理，就必須把指令、數據和計算的中間結果存放在微型計算機的內部，存儲器就是微型計算機中存儲計算程序、原始數據及中間結果的設備。車用計算機所用的半導體存儲器，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制代碼。為區(qū)分不同的存儲單元，通常把內存中全部存儲單元進行統(tǒng)一編號，此號碼稱為存儲單元的地址碼。當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的存儲單元，查到后才能進行信息的存取。

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，另一類為數據口。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的執(zhí)行器。而數據口傳送的是數據信息，如數字、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成，這些功能部件在一起協(xié)調工作才能形成一個完整的計算機系統(tǒng)?？偩€是構成計算機各系統(tǒng)的骨架，采用總線結構，可以大大減少信息傳送線的數量，增加系統(tǒng)靈活性等。

(1)運算器。

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

(2)寄存器。

寄存器提供參與運算的操作數據，并保存運算結果。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先設定的操作步驟，控制整機和部件步調一致地自動工作。

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做出的決策指令轉變?yōu)榭刂菩盘杹眚寗訄?zhí)行元件進行工作，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 數據部分。

數據可分為系統(tǒng)固定特性相關的固定數據和與系統(tǒng)可變特性相關的校正數據兩類。

2 ECU的工作原理

ECU的主要工作是按照特定的程序對輸入信號進行處理，并形成相應的控制指令，向執(zhí)行器輸出驅動信號。ECU的主要工作過程由微處理器進行，而微處理器是通過讀取系統(tǒng)指令進行工作的。在存儲器的特定區(qū)段中存儲著指令和數據，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程序計數器中的地址將指令讀入指令寄存器中，然后對指令進行翻譯，而程序計數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據進行存儲、運算、邏輯判斷和函數轉換等。當一條指令執(zhí)行結束以后，微處理器將重復進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，當這些優(yōu)先信號輸入微處理器時，微處理器將停止正在進行的工作，轉向運行處理這些優(yōu)先信號的子程序，這一過程稱為中斷服務，這些需要優(yōu)先處理的信號稱為中斷信號。中斷服務功能可以使微處理器不必對控制系統(tǒng)進行連續(xù)監(jiān)測，又可以在進行其他控制過程中按照需要對中斷信號進行處理，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行的工作，而轉向運行延遲點火正時的子程序，使爆震燃燒得到抑制。

參考文獻

[1]金雷.汽車電腦維修[M].北京:中國人民大學出版社，2010，11.

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