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

關(guān)鍵詞:汽車(chē)行車(chē)電腦 邏輯電路 存儲(chǔ)器 數(shù)字信號(hào)

中圖分類(lèi)號(hào):U466文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(a)-0079-01

汽車(chē)行車(chē)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(shí)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(chē)行車(chē)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(shí)現(xiàn)ECU與外部電路的連接，型號(hào)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(lái)越多地采用表面安裝技術(shù)，所以，盡管ECU的控制功能越來(lái)越多，但其體積卻越來(lái)越小，集成度也越來(lái)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(duì)傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，使輸入信號(hào)成為微處理器可接收的信號(hào)。因?yàn)檩斎胄盘?hào)有兩類(lèi):模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，所以分別由相應(yīng)的輸入電路對(duì)其進(jìn)行處理。

1.1.1 模擬信號(hào)的處理。

輸入的模擬信號(hào)若很弱，如氧傳感器(產(chǎn)生一個(gè)低于1V的電壓信號(hào))，則首先需要進(jìn)行放大處理。被放大后的模擬信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能被微處理器接收，完成這項(xiàng)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(hào)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(hào)的輸入。

控制系統(tǒng)采集的數(shù)字信號(hào)，主要是來(lái)自轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速信號(hào)和活塞上止點(diǎn)參考信號(hào)，它們都是脈沖信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)處理之后，經(jīng)過(guò)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(chǔ)器、輸入、輸出端口(I/O口)、總線等。輸入信號(hào)通過(guò)輸出端口進(jìn)入CPU，經(jīng)過(guò)CPU的數(shù)據(jù)處理后，把運(yùn)算結(jié)果送到輸出端口，并同時(shí)使執(zhí)行器進(jìn)行工作。

1.2.1 CPU

CPU是電控單元運(yùn)算器與控制器的總稱(chēng)。把運(yùn)算器與控制器集成到一塊芯片上，稱(chēng)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(guò)接口向系統(tǒng)的各個(gè)受控部分發(fā)出指令，同時(shí)又可對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)所需的參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算與邏輯判斷。

1.2.2 存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器是記憶元件。微型計(jì)算機(jī)要根據(jù)已編寫(xiě)的指令程序，對(duì)數(shù)據(jù)和信息自動(dòng)快速地進(jìn)行運(yùn)算和處理，就必須把指令、數(shù)據(jù)和計(jì)算的中間結(jié)果存放在微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)部，存儲(chǔ)器就是微型計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)計(jì)算程序、原始數(shù)據(jù)及中間結(jié)果的設(shè)備。車(chē)用計(jì)算機(jī)所用的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，按存儲(chǔ)信息的功能可分為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器又稱(chēng)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。只讀存儲(chǔ)器按功能可分為掩模式ROM、可編程只讀存儲(chǔ)器PROM和可改寫(xiě)的只讀存儲(chǔ)器EPROM。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元組成，每個(gè)存儲(chǔ)單元可以存放若干二進(jìn)制代碼。為區(qū)分不同的存儲(chǔ)單元，通常把內(nèi)存中全部存儲(chǔ)單元進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，此號(hào)碼稱(chēng)為存儲(chǔ)單元的地址碼。當(dāng)計(jì)算機(jī)要把一個(gè)代碼存入其存儲(chǔ)單元中或從其存儲(chǔ)單元取出時(shí)，首先要把該存儲(chǔ)單元的地址碼通知存儲(chǔ)器，然后由存儲(chǔ)器查找與該地址碼對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)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(xiě)的寄存器。CPU可以通過(guò)輸入、輸出指令向端口存取信息。端口主要有兩類(lèi):一類(lèi)為狀態(tài)和命令口，另一類(lèi)為數(shù)據(jù)口。狀態(tài)口主要用來(lái)檢測(cè)I/O裝置的工作狀態(tài)，CPU通過(guò)輸入指令來(lái)檢測(cè)輸入裝置的工作狀態(tài)，以決定下一步的操作。CPU通過(guò)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(chē)行車(chē)電腦是一個(gè)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(gè)完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)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(yùn)算器。

運(yùn)算器的作用是進(jìn)行信息的加工，通常由邏輯運(yùn)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(yùn)算的操作數(shù)據(jù)，并保存運(yùn)算結(jié)果。按照其作用可將其分為通用寄存器和專(zhuān)用寄存器兩類(lèi)。

(3)控制器。

控制器是計(jì)算機(jī)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(jī)和部件步調(diào)一致地自動(dòng)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(lái)。它將ECU做出的決策指令轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂菩盘?hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件進(jìn)行工作，它起著控制信號(hào)的生成與放大等功能。常見(jiàn)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(lèi)。

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?hào)進(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(dòng)信號(hào)。ECU的主要工作過(guò)程由微處理器進(jìn)行，而微處理器是通過(guò)讀取系統(tǒng)指令進(jìn)行工作的。在存儲(chǔ)器的特定區(qū)段中存儲(chǔ)著指令和數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器的這一區(qū)段稱(chēng)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(chēng)為程序計(jì)數(shù)器，用于臨時(shí)存放從存儲(chǔ)器中讀出指令的寄存器稱(chēng)為指令寄存器。微處理器工作是根據(jù)程序計(jì)數(shù)器中的地址將指令讀入指令寄存器中，然后對(duì)指令進(jìn)行翻譯，而程序計(jì)數(shù)器則存儲(chǔ)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(guò)程，指令定義的過(guò)程主要包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、運(yùn)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(chǔ)器地址，讀取指令、解譯指令和執(zhí)行指令這一循環(huán)過(guò)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(gè)重要工作是對(duì)來(lái)自輸入、輸出和反饋電路的優(yōu)先信號(hào)做出反應(yīng)，當(dāng)這些優(yōu)先信號(hào)輸入微處理器時(shí)，微處理器將停止正在進(jìn)行的工作，轉(zhuǎn)向運(yùn)行處理這些優(yōu)先信號(hào)的子程序，這一過(guò)程稱(chēng)為中斷服務(wù)，這些需要優(yōu)先處理的信號(hào)稱(chēng)為中斷信號(hào)。中斷服務(wù)功能可以使微處理器不必對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，又可以在進(jìn)行其他控制過(guò)程中按照需要對(duì)中斷信號(hào)進(jìn)行處理，使處理這些信號(hào)的時(shí)效性得到保證。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)于提前導(dǎo)致爆震發(fā)生時(shí)，由爆震傳感器反饋的爆震信號(hào)將使微處理器中斷正在進(jìn)行的工作，而轉(zhuǎn)向運(yùn)行延遲點(diǎn)火正時(shí)的子程序，使爆震燃燒得到抑制。

參考文獻(xiàn)

[1]金雷.汽車(chē)電腦維修[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社，2010，11.

[2]專(zhuān)家.汽車(chē)電腦工作原理及檢修[M].北京:北京大學(xué)出版社，2011，7.