汽车控制单元的设计与研究毕业设计报告1

1、摘要 化工学院化工机械系i 毕业设计毕业设计 汽车控制单元的设计与研究汽车控制单元的设计与研究 摘要摘要 随着社会的发展，人类对汽车的性能和环保提出了更高的要求。传统的机械装置已经无法解决 某些与汽车功能要求有关的问题， 因而将逐步被电子技术和汽车融为一体的现代汽车电子控制技 术所取代。电子控制技术正被广泛地应用在汽车的各个方面，它不仅能提高汽车的动力性、经济性 和安全性，改善行驶的稳定性和舒适性，推动汽车工业的发展，还为电子产品开拓了广阔的市场。 设计针对当前我国汽车喷油控制、电动天窗控制、防盗控制、自动转向灯控制及车门自动锁控 制技术的现状及实现电控化和降低排放污染物的首要任务，通过对国内

2、外汽车电控技术、喷油控制、 电动天窗控制、防盗控制、自动转向灯控制及车门自动锁控制系统发展的相关资料进行分析，结合 实际状况，系统采用多传感器信息融合的方式，通过进气歧管绝对压力传感器(map)、转速及曲轴 位置传感器(cps)、冷却液温度传感器(cts)、进气温度传感器(iat)、节气门位置传感器(tps)、氧 量传感器、红外线传感器、判缸信号传感器、角度传感器、天窗开关、起动信号等发出的各种状态 信号，电控制单元对采集到的信号进行筛选、处理之后，驱动执行机构，实现对燃油喷射、天窗、 防盗、转向灯、车门锁的控制。并且软件设计包括各工况喷油程序设计、自动转向灯、车门自动锁、 防盗及电动天窗等程

3、序设计。 关键词：电控单元，燃油喷射，电动天窗，防盗，自动转向灯，车门自动 锁 1 绪论 ii化工学院化工机械系 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 化工学院化工机械系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 目录 化工学院化工机械系v 目录 1.绪论.1 1.1 课题的研究背景和意义 .1 1.2 国内外研究发展现状 .1 2.系统总体方案及整

11、体框图.2 2.1 设计背景描述 .2 2.2 设计方案 .2 3.微处理器选型及主电路设计.4 3.1 微处理器介绍 .4 3.1.1 内容分析 .5 3.1.2 芯片引脚介绍 .6 3.1.3 eprom.8 3.1.4 ram.8 3.2 主电路设计 .8 3.2.1 时钟电路.8 3.2.2 复位电路 .9 3.2.3 存储器电路 .9 3.3 ecu 控制设计 .10 3.3.1 执行机构的设计 .10 3.3.2 喷油量的控制系统喷油器的设计.10 3.3.3 点火驱动电路的设计 .12 3.3.4 电动天窗电机驱动电路的设计.12 3.3.5 报警电路的设计.12 3.3.6 转

12、向灯指示电路的设计.13 3.3.7 车门自动锁驱动电路.13 4.汽车检测电路设计.15 4.1 需检测的参数测量方式设计 .15 4.1.1 汽车曲轴转速的测量设计.15 4.1.2 冷却液温度的测量设计.15 4.1.3 进气温度的测量设计.16 4.1.4 进气压力的测量设计 .16 4.1.5 节气门开度的测量设计 .17 1 绪论 vi化工学院化工机械系 4.1.6 废气中含氧量的测量设计 .18 4.1.7 判缸信号的测量设计 .18 4.1.8 起动信号的检测设计.19 4.1.9 跟踪人体目标信号的检测电路.19 4.1.10 方向盘转角信号的检测电路.20 4.1.11 车

13、门开关检测电路的设计 .20 4.1.12 天窗开关量输入电路 .21 5.软件设计.22 5.1 概述 .22 5.2 软件设计策略 .22 5.2.1 程序资源分配 .22 5.2.2 软件设计方法 .23 5.3 程序设计 .24 5.3.1 a/d 子程序 .24 5.3.2 喷油子程序.25 5.3.3 喷油脉宽计算模块.27 5.3.4 防盗监测模块 .30 5.3.5 防盗警情响应报警模块.30 5.3.6 电动天窗控制模块.31 5.3.7 转向灯自动控制模块.32 5.3.8 车门自动锁控制模块.33 总结.35 参考文献.37 致谢.39 1 绪论 化工学院化工机械系1 1

14、 绪论 1.1 课题的研究背景和意义 随着社会的发展，人类对汽车的性能和环保提出了更高的要求。传统的机械装置已经无法解决 某些与汽车功能要求有关的问题， 因而将逐步被电子技术和汽车融为一体的现代汽车电子控制技 术所取代。电子控制技术正被广泛地应用在汽车的各个方面，它不仅能提高汽车的动力性、经济性 和安全性，改善行驶的稳定性和舒适性，推动汽车工业的发展，还为电子产品开拓了广阔的市场1。 然而，随着电子技术、计算机技术和信息技术的深入研究和汽车电子控制技术迅猛的发展，使 汽车更具现代化与智能化，满足着不同时期人们不同的要求。尤其在控制精度、控制范围、智能化 和网络化等多方面会有较大突破，使汽车电子

15、控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志2。 从发动机的燃油喷射、点火控制、进气控制、排放控制、故障自诊断到底盘的传动系统、转向与制 动系统，以及车身、辅助装置等都普遍采用了电子控制技术，因此进一步学习和研究汽车电子控制 技术具有现实的学术和工程意义。 1.2 国内外研究发展现状 从50 年代到70 年代末期。主要是用电子装置改善部分机械部件的性能。汽车电子设备主要采 用分立电子元件组成电子控制器，从而揭开了汽车电子时代的序幕，并由分立电子元件产品向集成 电路ic 产品过渡。主要产品有二极管整流式交流发电机、电子式电压调节器、电子式点火控制器、 电子式闪光器、电子式间歇刮水控制器、晶体管收

16、音机、数字时钟等。 从70 年代到90 年代中期。汽车电子制技术初步开始形成。其主要特点是在汽车大部分零件和 汽车总体设计中，重视机电一体化的思想与技术。在这一阶段中，大规模集成电路的广泛应用减小 了电子产品的体积。特别是8 位、16 位微处理器的广泛应用，更提高了电子系统的可靠性和稳定 性。另外，应用电子装置还解决了机械装置所无法解决的复杂的自动控制问题。 从90 年代中期预计到2010 年。汽车电子控制技术作为工程技术已经成熟。在这一阶段中，电 子工业为汽车工业提供了大量更先进、灵巧的稳定电源，传感器和具有大容量内存的8 位或16 位 微处理器。汽车的总体设计将在机电系统协调的基础上进行，

17、 并注重汽车机电一体化的整体设计。 汽车电子控制技术的重点将由解决汽车部件或总成的自动控制问题，开始向广泛应用计算机网络与 信息技术发展。使汽车更加自动化、智能化，并向解决汽车与社会融为一体等问题转移3。 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 2化工学院化工机械系 2 系统总体方案及整体框图 2.1 设计背景描述 目前随着不同时期不同时代主题的要求，汽车技术也随之发生着翻天覆地的变化，尤其是近几 年以来，节能、环保与安全成为全球的新的话题，大量的新型电子控制技术也很快的应用到汽车上， 它不再将电子技术作为机械的替代或增补，而是强调总体设计的机电一体化4；强调汽车的自动 化，智能化，网

18、络化和信息化，只有靠电子技术和不断发展的高科技投入，才能使汽车产品得到更 好发展。 2.2 设计方案 由于微处理器的单片化，体积大大减小，可靠性高等优点，再配合传感器、 、执行器、电子元 器件及其零部件来设计汽车的燃油喷射、天窗、转向灯、自动锁及防盗模块的电子控制系统。系统 整体结构框图如图 2.1 所示。 微 处 理 器 输 入 接 口 输 出 接 口 喷油控制 天窗控制 自动锁控制 防盗控制 转向灯控制 角度传感器 红外线传感器 进气管压力传感器 冷却液温度传感器 进气温度传感器 曲轴位置传感器 判缸信号传感器 节气门位置传感器 天窗开关 氧量传感器 起动信号 传感器 电子控单元 执行器

19、图 2.1 系统整体结构框图 2 系统总体方案及整体框图 化工学院化工机械系3 在系统中 ecu（electronic control unit）电子控制单元，又称“行车电脑” 、 “车载电脑” 等。从用途上讲则是汽车专用微机控制器，也叫汽车专用单片机。它和普通的单片机一样，由微处 理器（cpu） 、存储器（rom、 、ram） 、输入/输出接口（i/o） 、模数转换器（a/d）等电路组成。电控 单元的功用是根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判 断，然后输出指令。 汽车电动天窗的电子控制模块主要有天窗开关、执行器（驱动电动机）组成。其中天窗开关将 天窗开启

20、或关闭的信号发送至电控单元，电控单元将根据接受的信息对驱动电机发出信号，使电机 正传或反转来实现天窗的开启或关闭。 汽车燃油喷射的电子控制模块通过进气管压力传感器、冷却液温度传感器、判缸信号传感器、 氧量传感器、节气门位置传感器、曲轴转速及位置传感器、进气温度传感器等检测的参数，对基本 喷油脉宽进行修正，确定出最终喷油持续时间及下次喷油的脉宽，并确保气缸的安全性。 汽车自动转向灯模块，由方向盘、角度传感器、 、右转向灯、左转向灯组成，当方向盘转动时， 方向盘轴上安装角度传感器发出信号到微处理器，控制单元判断方向盘转向角度确定输出控制信号 到转向右转向灯或者左转向灯，当汽车方向盘的转动角度超过一

21、定值，转向灯立即打开。 汽车防盗电子控制模块由起动开关、红外线传感器、执行模块组成，其中起动开关的作用为整 个防盗系统的开关，当起动开关开启之后，整个防盗系统即进入关闭阶段，反则反之；微处理器将 根据传感器发出的信号，判断车体的安全性，决策是否报警；执行模块即是微处理器判断为车体受 到威胁的情况时，车体做出的反应，如灯光闪烁，鸣笛等。 汽车车门自动锁模块由车门开关检测模块、车门自动锁执行模块组成，其中车门开关检测模块 的作用为整个自动锁模块提供车门的开启或关闭信号，微处理器将根据检测模块提供的信号，决策 车门自动锁是否锁止或开启。 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 4化工学院化工

22、机械系 3 微处理器选型及主电路设计 3.1 微处理器介绍 微处理器是发动机电控系统的“大脑” ，是电控单元的核心，根据 ecu 所要实现的基本功能， 要求其微机芯片必须满足以下条件:功能比较强大的指令系统、丰富的实时中断资源、高速输入输 出能力、适合复杂的工作环境、综合价格因素等等，因此单片机选型尤其要慎重。经过资料搜索归 纳整理后，分析发现，在己有的电控系统中，大部分采用了专用芯片作为主芯片，特点是价格比较 昂贵，而且其通用性较低。在充分专用芯片和 intel 十六位芯片的基础上，对比发现，intel 的通 用芯片功能比较强大、精确度高，完全可以替代实现专用芯片的控制功能。而且 intel

23、 十六位芯片 在市场上很普及，价格也较低，这样就不仅可降低电控系统的成本，而且使我们设计的电控系统通 用性及普及性加强。此设计选用 intel 公司的 80c196kb 系列微处理器56，价格便宜，在市场上 容易买到，能满足本发动机现阶段的功能、速度和存储空间的控制要求。80c196kb 单片机硬件总 体框图如图 3.1 所示，本单片机硬件总体结构由 14 个单元组成，有中央处理单元 cpu、时钟发生 器、中断控制单元、程序存储器、存储器控制器 mcr 和从程序记数器 spc 以及队列 queue，端口 3(p3)和端口 4(p4)、总线交换协议与端口 1(p1)、高速输入输出通道、定时器单元

24、、串行通信单元、 d/a 转换单元、端口 2（p2）多路转换器、端口 0（p0） ，a/d 转换单元。 图 3.1 8xc196kb 单片机硬件总体框图图 3.1 80c196kb 单片机硬件总体框图 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系5 3.1.1 内容分析 (1)ui 一一中央处理单元 cpu cpu 由 ralu，cr 和 ram 组成。 ralu 称为寄存器算术逻辑单元，是 80c196kb 单片机的运算器，主要从事加、减、乘、除四则 运算以及“与夕、 “或” 、 “异或”逻辑操作，它体现了计算机的最基本特征。cr 称为控制器，由 指令寄存器和微代码发生器组成。80c19

25、6kb 单片机的“程序”存储于片内或片外的程序存储器中， 控制器的责任在于从这里取出指令并临时放在指令寄存器中，然后，通过微代码发生器将其翻译成 为具有某种功能的控制信号。 ram 称为随机存取存储器，其容量为 256b(字节)，只能容纳数据，不能够存放程序。按功能划 分，地址单元为 ooh 一 17h 的区域称为特殊功能寄存器组 sfrs，其用途专一不可它用。地址单元 为 18h 一 of 阳的区域有 232 个寄存器，位于 cpu 内部，其地址与功能犹如一般计算机中的累加器。 (2)u2 一一时钟发生器 片内单级非门电路和片外石英晶体等组成晶体振荡器，产生一定频率的高频信号并送至二分频 与

26、两相波发生电路，在该电路的输出端便可得到时钟信号 clkout，其周期也称为“状态周期 t” 。 (3)u3 一一中断控制单元 该单元用于规定中断源并对中断源信号进行检测、登记、屏蔽和优先级中断。经历上述各环节 后，u3 的中断发生器负责产生向 cpu 申请中断的信号。当中断被响应时，u3 通过数据总线送出中 断矢量。 .(4)u4 一一程序存储器 程序存储器可以是 rom，也可以是 eprom。当为前者时，该单片机被称为 83c196kb/83c198，若 为后者时，则被称为 87c196kb/87c198。 (5)us 一一存储器控制器 mcr，从程序计数器 spc 和队列 queue 由

27、于单片机的片内 ram 容量有限，在设计应用系统时，一般需要配置片外数据存储器，有时还孺 要配置片外程序存储器。cpu 对这些存储器的管理和使用，都是通过存储器控制器 mcr 来实现的。 与 u1 中的主 pc 相对应，本单元有一个从 pc(spc)，其内容和作用与主 pc 完全一致。队列 queue 容量为 4b，用来提高程序运行速度。 (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 的控制下可向它们输入或输出数据。p3 和 p4 的最大用途还 在于向片外存储器提供 16 位低址线。对于 80c196kb 单片机而言，尚由 p3，p4 提

28、供 16 位数据线。 (7)u7 一一总线交换协议与端口 1(pl) 本单元支持总线交换协议，允许其他设备获得对总线的控制权。该协议有三个信号: hold，hlda，breq。对单片机而言，hold 为输入信号，hlda，breq 为输出信号。 p1 为输入输出口，其中的 pl.5，pl.6，pl.7 分别与 hold，hlda，breq 共用一个引脚，使用时需 给予定义。 (8)us 一一高速输入输出通道 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 6化工学院化工机械系 hsi0一 hsi3为高速输入通道，cpu 通过它们可以同时接收 4 个来自外部的脉冲信号,并且随时记 录信号中高、低

29、电平出现的时间。hsi0一 hsi3。为高速输出通道，能够产生和输出宽度与周期均可 调节的脉冲波(亦称 pwm 波)。 (9)u9 一一定时器单元 本单元中的 t1，t2 为两个 16 位定时器，tzcapt 为定时器 2 的捕俘寄存器，它们的用途颇为广 泛。wdt 称为 16 位监视跟踪定时器，主要用于检查应用系统的软件故障。如果对自己设计和投入 运行的系统确信无疑，也可以不启用 wdt。 (10)u10 一一串行通信单元 u10 为串行通信服务，它有 3 个重要寄存器和波特率发生器: 波特率寄存器 baud 一 rate，其内容决定了数据传送的速率。 串行接口缓冲器 sbuf(rx)/sb

30、uf(tx)，用于临时存储接收或待发送的数据。 串行接口控制/状态寄存器 sp_con/sp_stat，该寄存器用来规定串行接口的工作方式和反映 数据通信过程中的状态。此外，数据的出、入通道分别是端口 2(p2)的 txd/p2.0和 rxd/p2.1，通过 对 ioc:寄存器的有关位进行设置，使其具备斜杠上方功能。 (11)ull 一一 d/a 转换单元 本单元具有将数字信号转换成为模拟信号的功能。模拟量的表现形式为周期固定、宽度可变的 脉冲波(也称 pwm 波，但与高速输出通道产生的 pwm 波有些差别)。 (12)u12 一一端口 2(p2)多路转换器 p2 是一种多功能端口，常根据实际

31、需要而让其做某种用途。u12 可为出入于端口 2 的信号选择 合适的通道。 (13)u13 一一端口 o(po)和端口 2(p2) p0 为输入口，有 ach7/p0.0 一 p0.7 共 8 个管脚，可以同时引入模拟量或数字量。一般情况下， p0 口作为输入通道。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 计 8 个引脚，依次为输出、输入、输入、输入、输入、输出、准双向、 准双向口，都具双重功能。 (14)u14 一一 a/d 转换单元 a/d

32、转换单元即模/数转换器，由多路转换器、采样保持器和 10 位 adc 组成，从 po 口引入的模拟 量被 u14 转换成为数字量。 3.1.2 芯片引脚介绍 80c196kb 单片机采用 chmos 制造工艺,有多种型式封装结构,68 引脚 plcc 封装结构如下图 3.2 所示。下面介绍其主要引脚的功能。 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系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 图 3.2 80c196kb 引脚图 （1）电源线：5 根 vcc：主电源电压(+5v)。 vss: 数字电路地(0v)

34、。 vref: a/d 转换器的参考电压(5v)。 vpp: eprom 型产品的编程电压端。编程时应接+12.75v;否则接+5v。 vpd: ram 备用电源电压(5v)。 （2）晶振: 2 根 xtal1:振荡器的反相放人器输入。使用外部振荡器时必须接地。 xtal2:振荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部振荡器时用于输入外部振 荡信号。 （3）i/o 口共有 5 个 8 位口 p0.0 一 p0.7 :8 位高阻抗输入口,可作数字输入口,也可作 a/d 转换器的模拟输入口(acho 一 ach7)。 p1.0 一 p1.7:8 位准双向 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电阻,因此在使用 p2 口作为 i/o 口 的时候，需要外接驱动。 p3.0 一 p3.7 和 p4.0 一 p4.7：具有漏极开路输出的 8 位双向口。这些引脚可用作多数转换的 地址/数据总线,它们有很强的内部上拉作用。 （4）控制线 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 8化工学院化工机械系 clkout：内部时钟发生器的输出。 /reset:复位输入端。 /ea：存储器选入端。/ea=0,访问的是片外的存储器,/ea 脚有内部下拉作用,若不外部驱动 它,总保持为 o。 /ale/adv:地址锁存允许(ale)或地址有效输出(

36、/adv)。 /rd:对外部存储器的读信号(输出)。只有读外部存储器时才会激活/rd。 /wr/wrl:写外部存储器(/wr)或写外部存储器低位字节(/wrl)的输出信号,由 ccr 选择。 ready:引脚有微弱上拉电阻,一般需要外接高电平。 buswidth 引脚一般情况下接地即可。 nmi 及 extint 引脚使用时需注意外接上拉电阻,不使用时需接地。 hs1.0 一 hs1.3: 4 个高速输入器的输入；hs0.0 一 hs0.5：6 个高速输出器的输出。 3.1.3 eprom eprom 用的是 2764。芯片特点为:是一种 8kx8 的紫外线可擦除电可编程的只读存储器电路，由

37、单一的+5v 电源供电，工作电流 10oma，维持电流 50ma，读出时间最大为 250ns，是一种高速大容 量的 eprom 存储器，采用此存储器作为程序存储器，掉电后内部信息不会丢失因而提高了系统的可 靠性。带锁存器，有 13 条地址线和 8 条数据线，带片选使能 cs 和输出使能 0e，26 脚封装。 3.1.4 ram ram 用的是 6264，芯片特点为:8k 存储空间，是 skxs 的静态随机存储器芯片，采用 cmos 工艺 制作，单一巧 v 电源供电，额定功耗为 200mw，典型存取时间为 200ns。带锁存器，有 13 条地址线 和 8 条数据线，带片选使能 cs 和输出使能

38、oe，26 脚封装。 3.2 主电路设计 cpu 电路包括本微处理器和与之相连的时钟电路和复位电路以及总线驱动电路。 3.2.1 时钟电路 该类单片机所需要的时钟信号来源于高频振荡信号，产生高频振荡信号的电路如下图 3.3，图 3.4 所示。时钟电路采用晶体驱动，用一个石英晶体和两个电容器与单片机的 xtali，xtalz 连接， 石英晶体具有感抗特性，它与电容器能够产生并联谐振。当它们与片内的单级非门相互配合时，便 构成了一个完整的振荡信号发生器7。该发生器的能源来自 voc，其振荡频率取决于石英晶体和电 容器，设置为 16mhz。片内单极非门所提供的通道有利于振荡的稳定。在 xtali 端

39、出现的高频振荡 信号需要经过图 3.4 所示二分频与两相波发生电路的加工才能成为有用的时钟信号。 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系9 20p 12 8mhz xtal1 xtal2 8xc196kb 图 3.4 时钟信号 3.2.2 复位电路 单片机需要复位电路，以便通过它使自身进入复位状态。所谓复位，就是要让单片机应用系统 于正式工作前处于一种特定的状态，只有以该状态为起点，随后的工作情况才有可能是正常与可靠 的8。在电源电压 vcc、振荡信号发生器均处于稳定状态后，当单片机的 reset 引脚保持 4 个状态 周期以上的低电平，接着又处于高电平时，该类单片机便开始执行时间为

40、 10 个状态周期的复位序 列。 复位序列使片内一些寄存器初始化、psw 清零、程序计数器 pc 被赋值为 2080h。在此基础上， 单片机开始执行首地址为 2080h 的程序。由此可见，reset 引脚上出现的低电平便是复位信号。不 经历上述过程，单片机无法进入正常工作状态。如图 3.5，系统采用了上电和手动复位电路。除具 有上电自动复位功能外，还可通过复位按键强迫 reset 为低电平。当系统掉电时，复位电容器里存 储的能量可以以二极管为通路迅速放电，为单片机在反复上电的情况下可靠复位提供了保证。 reset 8xc196kb c1 r1 r2 s1 +5v 图 3.5 复位电路 3.2.

41、3 存储器电路 包括外部扩展电路在内的 eprom，ram 及存储器译码电路、等待电路本系统扩展了 eprom2764 和 ram6164 各一片，电路框图如 3.6 所示. ad0ad7 adv rd 2 wr ad8ad15 80c196kb 74ls373传传传传传 传8传传传传传 eprom 传8传传传 cs oe 传8传传传传传 ram 传8传传传 cs oewe 图 3.3 时钟电路 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 10化工学院化工机械系 图 3.6 单片机外接 eprom/ram 电路 (1)80c196kb 单片机的 p3，p4 口向片外 eprom(2764)

42、和 ram(6164)提供地址总线，而 p3 口又 单独提供数据总线。因为 p3 是一口分时两用，故在单片机与存储器之间要配以地址锁存器 (74ls373)。 (2)为 2764 和 6164 的寻址范围均为 8kb，所以，地址总线为 13 根(aoa12)，其中，ao 一 a7 受 74ls373 控制。 (3)2764 存放 80c196kb 单片机应用系统全部程序，由专用的 eprom 写入器写入;6164 用于存放 数据，供数据采集与处理子系统使用。 (4)系统运行时，80c196kb 单片机的 cpu 只能以读的形式访问 2764。当进行读操作且 ale 信号 由低电平转成高电平时，

43、74ls373 便有了锁存地址的可能性。当 ale 又变为低电平时，地址即被锁 存。rd=o 期间，2764 中的程序以二进制的形式出现在数据总线上。rd 信号在由 o 到 1 时，数据被 cpu 读取。 (5)硬件电路中，80c196kb 单片机的 a13=o 时，向 2764 提供片选信号，存储空间地址变化范 围是 z000h 一 3fffh;当 a13=l 时，向 6164 提供片选信号，存储空间地址在 400oh 一 7fffh 范围内 变化。 (6)i/o 接口电路 包括扩展 i/0 在内的 i/0 电路和 i/0 译码电路。各部分电路通过微机的地址总线、数据总线和 控制总线相连，完

44、成输入信号的接收、中央处理、执行器控制信号的输出等工作。其中中央处理器 cpu 是单片机的心脏，它负责从存储器中存取指令、解释指令和执行相应的动作;对各个工/0 端口、 定时器、串行外设接口 spi、串行通讯接口 sci，a/d 转换器的操作进行控制;对各种从接口、存储 器中得到的数据进行加工处理，并根据处理结果做出相应的决定。 (7)80c196kb 的 cu 时钟为 84mhz，外接 16mhz 晶振。80c196kb 可屏蔽中断 irq 和非屏蔽中断 xirq。接+5v，即屏蔽这两个中断。 3.3 ecu 控制设计 3.3.1 执行机构的设计 驱动电路为 80c196kb 单片机和执行器

45、之间建立起有效联系，它将微机作出的控制决策转变为 控制信号驱动执行机构工作，为整个电路后向通道。后向通道是计算机实现控制运算后，对控制对 象进行输出的通道接口。后向通道有以下主要特点:后向通道是应用系统的输出通道，大多数需 要功率驱动。靠近伺服驱动现场，伺服控制系统的大功率负荷易从后向通道进入计算机系统，故 后向通道的隔离对系统的可靠性及干扰影响极大。根据控制对象的不同要求，后向通道的电路也 有多种多样，包括模拟电路、数字电路和开关电路等。因此，设计后向通道主要是解决功率驱动、 干扰防治以及数模转换等问题。系统的翰出控制量是喷油量，所以后向通道的接口电路是喷油器的 驱动、燃油泵的驱动电路、报警

46、电路、转向灯指示电路、电动天窗电机驱动电路。 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系11 3.3.2 喷油量的控制系统喷油器的设计 喷油器的驱动方法有两种，电压控制法和电流控制法。电压控制法的驱动电路适用于串有螺管 型电阻的低阻喷油器和高阻喷油器，电流控制法的驱动电路只适用于低阻喷油器。低阻喷油器的电 阻值为 0.6 一 3.0，高阻喷油器的电阻值为 12 一 17。本控制系统所用的喷油器电阻为 2.5，属于低阻型，因此在实际控制中采用了电流控制驱动方法。喷油器的驱动电路如图 3.7 所 示。其电流波形图如图 3.8 所示。 图 3.7 喷油器电路 图 3.8 电流波形图 驱动电路采

47、取的是峰值一保持方式，其优点是:喷油器打开期间可加大驱动电流，使喷油器迅 速开启，喷油器打开以后供给小的维持电流，这样既减小了喷油器的负荷，降低了喷油器的电能消 耗，同时能使喷油器关闭的响应特性得到改善。电路中，为了防止干扰把 hs0.4 输出的数字电平信 号和后面的强电信号之间加入光电藕合器 tilll7 进行隔离9。c1，r3 和反向器 n3、n4 用于产生 保证针阀完全开启所需的脉冲宽度，与喷油器并联的二级管 d2 可以在复合三极管关闭时使喷油器 的感应电动势形成放电通路，起着饱和喷油器和功放管的作用。可调电阻 r6，r7 用来限制喷油器 完全开启后线圈中的电流值。驱动电路的工作过程是:

48、8xc196kb 单片机发出喷油脉冲时，送给 hs0.4 引脚高电平信号，此信号经反向器 n1 反向后，a 点变为低电平使光电藕合器的发光二极管导 通，进而使光电藕合器内的三极管处于饱和状态，使得 b 点变为低电平，再经反向器 n2 反向后， c 点变为高电平，c 点的高电平信号分支为两路，一路经电阻 r4 加到 t1 的基极上并使之导通， 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 12化工学院化工机械系 t1，t2 用于提供喷油器完全开启后的维持电流，另一路脉冲信号先经 c1，r3 微分，再经反向器 n3、n4 反向，利用两次反向的边沿效应在 d 点产生一个固定宽度的高电平，使 t3/

49、t4 导通，此时 喷油器线圈两端电压接近 12v，其电流迅速上升并使针阀开启。当针阀完全开启后，d 点变为低电 平，此时 t3、t4 截止，使得喷油器线圈通过 r8 和 t1、t2 继续保持通电状态，此时喷油器线圈以 较小的电流保持针阀仍处于开启状态。当 hs0.4 变为低电平时，c 点变为低电平，t1，t2 也截止， 使电磁线圈中的电流迅速降为零，针阀落座，这样就完成了一次喷油。与喷油器并联的二极管可以 在功放管关闭时使喷油器感应电动势形成通路进行放电，起保护功放管的作用。单片机输出的为 ttl 电平，而喷油器所需要的驱动电压为 12v，由 ttl 电平到 12v 的驱动电压需要进行电平转换

50、， 光电藕合器兼具电平转换和隔断输出通道对单片机产生的干扰的作用。 3.3.3 点火驱动电路的设计 该模块采用无分电器分组同时点火控制方式，1、4 缸和 2、3 缸分别共用一个点火线圈。单片 机 8xc196kb 的 hso.5 引脚控制三极管的通断，来实现点火提前角和闭合角的控制功能。该控制系 统点火驱动电路如图 3.9 所示。 图 3.9 点火驱动电路 3.3.4 电动天窗电机驱动电路的设计 该模块的控制对象是供电电压1115 v，工作电流不大于15 a，堵转电流不大于28 a 的永磁 直流电机10。由单片机的hs0.3和hs0.4脚控制三极管t1，t2的通端，从而控制电机驱动电路来控 制

51、电机的启动、停止、正转、反转。最终控制汽车天窗的开启与关闭。电机输入信号两端加上了保 险丝，保护电机不至过载烧毁。电动天窗电机驱动电路如图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 图 3.10 电动天窗电机驱动电路 hs0.3 hs0.2 3 微处理器选型及主电路设计 化工学院化工机械系13 3.3.5 报警电路的设计 在汽车防盗模块设计中，为了加强防护，设计了在汽车的安全受到威胁时采取的报警措施。微 处理器根据传感器发出的信号，判断车体的安全性，决策是否

52、报警；执行模块即是 ecu 判断为车体 受到威胁的情况时，车体做出的反应，如灯光闪烁，鸣笛等11。执行模块的电路如图 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 图 3.11 报警电路 3.3.6 转向灯指示电路的设计 在自动转向灯模块中，为了提高行车安全，设计了汽车在转向时转向指示灯自动开启装置。当 方向盘转动时，方向盘轴上安装的角度传感器发出信号到微处理器，控制单元判断方向盘转向角度 确定输出控制信号到转向指示灯自动开启装置，转向指示灯自动开启装置根据设定的汽车方

53、向盘转 动的角度值，使转向灯立即打开或关闭12。转向灯指示电路图如图 3.12 所示。 传传传传传传 传传传传传传 t2 t1 k1 k2 1k r3 1k r4 +12v+12v +12v 1k r1 1k r2 d2 d1 d4 d3 图 3.12 转向灯指示电路 3.3.7 车门自动锁驱动电路 在车门自动锁模块中，为了使车门锁自动锁止或开启，设计了以电动机为驱动的车门锁自动锁 止或开启的驱动电路。该模块的控制对象也是供电电压 1115 v，工作电流不大于 15 a，堵转电 流不大于 28 a 的永磁直流电机。由单片机的 p1.2 和 p1.3 脚控制三极管 t1，t2 的通端，从而控制

54、电机驱动电路来控制电机的启动、停止、正转、反转。最终控制汽车车门锁开启与锁止。单片机 8xc196kb 的 p1.2 引脚输出高电平，使 t1 导通，k1 吸合到 12v 电源端，使电机正传，同时电机 hs0.1 hs0.0 p1.0 p1.1 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 14化工学院化工机械系 作用于自动落锁装置使车门锁自动开启；当单片机 8xc196kb 的 p1.3 引脚输出高电平经使 t2 导 通，k2 吸合到 12v 电源端，使电机反传，同时电机作用于自动落锁装置使车门锁自动锁止；车门 自动锁驱动电路如图 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 图 3.13 车门自动锁驱动电路 p1.2 p1.3 4 汽车检测电路设计 化工学院化工机械系15 4 汽车检测电路设计 4.1 需检测的参数测量方式设计 系统所用到的曲轴转速及位置传感器 cps、进气歧管压力传感器 map、冷却水温传感器 ect、 进气温度传感器 iat、节气门位置传感器 tp、氧量传感器 ego、re200b 型传感器、角度传感器、判 缸信号传感器、天窗开关等，直接与现场采集对象相连，是现场干扰进入的主要渠道，所以必须采 取合适的干扰措施以确保电路正常工作。 4.1.

56、1 汽车曲轴转速的测量设计 转速传感器选用霍尔式传感器，装在变速器的输出轴上。霍尔传感器是一种有源磁电转换部件， 此电路为集电极开路输出，输出为电平信号，必须在输出端与电源之间接电阻 rl。由于传感器内 部设施密特电路，其输出为矩形波，因此无需对其进行整形，但由于在发动机运行过程中，受点火 系统干扰，信号中混有幅值较高的尖脉冲干扰信号，为此，经过处理电路中的滤波电路及光电祸合 电路，使噪声得到抑制13。测量电路设计如图 4.1 所示。 r2 r1 r3 r4 c 传 传 传 传 传 +5vdd c ab hs1.1 图 4.1 转速测量电路 4.1.2 冷却液温度的测量设计 水温传感器为热敏电

57、阻传感器，测量发动机冷却水温。其工作原理是:用一个半导体热敏电阻 作为感应元件，它具有负温度系数特性，即电阻值随温度升高而降低。工作时与一个标准电阻串联， 并在两端加 5v 的参考电压。当温度变化时，从热敏电阻上测出的电压即代表温度信号。其输出电 压(0v5v)随热敏电阻阻值变化，可直接进行 a/d 转换，电阻阻值的选择尽量使:(1)在冷却水温度 的变化范围介 20一 100)内，电压的输出范围接近 a/d 转换器的设定量程。(2)电压随温度的变 化关系近似于线性。在此选取标准电阻 rl=5k。在接口电路中，把冷却水温度传感器接入 a/d 转 换器。水温测量电路如图 4.2 所示，其中 rl=

58、5k，r2 为热敏电阻，其阻值变化与水温变化呈负温 度特性当温度变化时，从热敏电阻上测出的电压即代表温度信号；r2 阻值大小与水温变化关系参 见下表 4-1。 青海大学本科毕业论文：汽车控制单元的设计与研究 16化工学院化工机械系 r1 r2 + 5v 图 4.2 水温测量电路 表 4-1 热敏电阻阻值变化表 水温（）-204080 r2 阻值（k） 14.3-21.50.98-1.340.22-0.35 4.1.3 进气温度的测量设计 空气质量大小与进气温度高低有关。当进气温度低时，空气密度大，相同体积气体的质量增大， 反之，当进气温度升高时，相同体积气体的质量将减少。采用速度一密度法测量空

59、气质量时，需要 测量空气温度，对喷油量进行修正。当大气温度低时，ecu 将控制喷油器增加喷油量，反之，当大 气温度高时，将减少喷油量。进气温度的测量一般采用热敏电阻传感器。其工作原理是:用一个半 导体热敏电阻作为感应元件，为负温度系数，即电阻值随温度升高而降低。工作时与一个标准电阻 串联，并在两端加 5v 的参考电压，温度变化时，从热敏电阻上测出的电压即代表温度信号.其输出 电压(0v5v)随热敏电阻阻值变化，可直接进行 a/d 转换，电阻阻值的选择尽量使:(1)在冷却水温 度的变化范围。20一 100)内，电压的输出范围接近 a/d 转换器的设定量程;(2)电压随温度的 变化关系近似于线性。

60、在此选取标准电阻 rl=5k。在接口电路中，把进气温度传感器信号接入 a/d 转换器。进气温度测量电路如图 4.3 所示。rl=5k，r2 为热敏电阻，其阻值变化与水温变化 呈负温度特性。当温度变化时，从热敏电阻上测出的电压即代表温度信号。其输出电压(0v 一 5v) 随热敏电阻阻值变化，可直接进行 a/d 转换，r2 阻值大小与水温变化关系参见表 4-2。 r1 r2 + 5v 图 4.3 进气温度测量电路 表 4-2 热敏电阻阻值变化表 进气温（）-204080 r2 阻值（k） 14.3-21.50.98-1.340.22-0.35 4.1.4 进气压力的测量设计 空气质量大小除与进气温