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1、电气专业（四）ECU基础知识,学 习 目 标,(1)说明模拟与数字电压信号的区别。 (2)解释与计算机输入信号相关的二进制编码。 (3)描述计算机输入信号的放大电路。 (4)说明为什么计算机内需要模数(AD)转换器。 (5)简述微处理器芯片的设计，并说明这种芯片的基本作用。 (6)简要解释微处理器如何存储和检索信息。 (7)说明随机存取存储器(RAM)的作用。 (8)解释术语易失性存储器和非易失性存储器。 (9)说明只读存储器(ROM)的作用。 (10)解释可编程只读存储器(PROM)的作用。 (11)说明可保持存储器(KAM)的作用。 (12)定义术语自适应控制。 (13)计算机输出驱动器怎

2、样操作大多数输出执行器。,引 言,在学习完整的计算机系统之前，读者应先了解计算机的基本原理。 有了这些基本的知识，复杂的计算机系统就不难理解了。由各种电子公司和汽车制造厂生产的计算机在工作原理方面很相似。 本章给出计算机原理的一般解释，并讨论某些汽车制造厂所用的计算机存储器，用准确的术语解释各汽车生产厂家所用的实际计算机系统。,第一节 电 信 号,一. 模拟电压信号,模拟电压信号是一种在一定范围内连续变化的信号。 当用一个可变电阻器控制一个5V的灯泡时，如可变电阻器输出电压低，流过灯泡的电流就小，灯光暗淡。如可变电阻器的输出电压是5V，流过灯泡的电流比较大，则灯光明亮。随着可变电阻器输出电压下

3、降，灯光又变暗。 可变电阻器电压可以是0V和5V之间的任意值，这就是模拟电压信号的示例。 大多数车用计算机系统中的传感器产生模拟电压信号 。,模拟电压信号示例,二. 数字电压信号,数字电压信号不是高电压就是低电压。 把一个普通的通断开关与一个5V灯泡串联在一起，那么当开关断开时，灯泡上就是0V电压。 当开关接通时，5V电压送到灯泡上，灯光达到最大亮度。当开关断开时，灯泡上的电压又降到0V，灯光熄灭。经开关送给灯泡的电压不是0V就是5V，换句话说，电压信号不是高电压就是低电压。 这类电压信号就叫做数字信号。 如果开关迅速接通或断开，就有一个方波数字电压信号从开关加到灯泡上。,数字方波电压信号示例

4、,数字信号也可叫做方波信号。 在车用计算机中，微处理器包含大量的微型开关，每秒钟能产生很多数字电压信号，用于控制系统中的各种继电器和元器件。 微处理器能根据精确控制的要求改变数字信号中高电压或低电压持续时间的长度。,随时间变化的数字电压信号示例,工作原理：,三. 二进制码,上面说过，数字信号不是高值就是低值，数字信号可被赋予数字值。 例如：低值数字信号可用0代表，高值数字信号用1代表。这种给数字信号赋予数值的方式叫二进制编码。 二进制一词意味着只有两个数字，而在二进制编码系统中这两个数字就是0和1。 在车用计算机中，信息以二进制码的形式进行交换，状态、数字和字符都用一串串的0和1表示。,在二进

5、制码中用数字0和1 表示数字电压信号,很多传感器工作在0V到5V的范围内：,节气门位置传感器可产生的电压如下： 节气门关闭02V 节气门部分打开24V 节气门全开45V 计算机可能把这些电压值各赋予一个数值： O2V1 24V2 45V3,第二节 输入信号的处理,一. 放 大,输入信号放大的目的是使输入信号增加到计算机可用的程度。 某些传感器，如氧传感器，产生一个小于1V的低电压信号，只能产生极小的电流。 因此，这样的信号送入微处理器前必须放大。 这个放大作用是由计算机中输入处理芯片中的放大电路完成的。,计算机输入处理芯片中的放大电路,二. 模数(AD)转换,由于传感器产生模拟信号，而微处理器

6、处理的是数字信号。 所以必须把模拟信号变为数字信号。 这项工作由计算机输入处理芯片中的模数(AD)转换器完成。,计算机输入处理芯片中的模数(AD)转换器,AD转换器以固定的时间间隔不断对模拟输入信号进行扫描。 如果AD转换器扫描节气门位置传感器信号，发现此信号是5V，那么AD转换器就对这个特定的电压赋予数值3。 然后，AD转换器把这个数值3变换成一个二进制码11。 于是，AD转换器不断扫描传感器的输入信号，并向这些电压赋值，然后把此数值编译成二进制码。 在某些车用计算机中，输入处理芯片与微处理器合在一起。,工作原理：,计算机系统中的AD转换器用数值代表输入电压并把这个数值变换成二进制码,以准确

7、的时间间隔对模拟信号取样，从而确定取样时刻的电压值(本示例的电压值为5V) 。 对电压值赋特定值。 把特定值编译成二进制码。 用数码表示二进制码(1或0)中的数字。,第三节 微处理器,微处理器是计算机中的计算和决策芯片。 在微处理器中，有成千上万个微型三极管和二极管。这些晶体管用作电子开关，或开或关。 微处理器中的元器件被蚀刻在一个集成电路芯片上，这个芯片小得可以放在手指尖上。 这个包含集成电路的硅片装在一个长方形的扁平护壳内。 金属引脚排布在微处理器护壳的两边。 这些金属引脚把微处理器连接到计算机的电路板上 。,一. 构 造,微处理器中的元器件蚀刻在集成电路芯片上这个芯片小得可以放在手指尖上

8、,微处理器由各种存储器芯片支持，后者用来存储信息并帮助微处理器决策。 这些存储器芯片在外形上与微处理器芯片相似。 存储器芯片的功能将在下一节解释。,二. 程 序,程序是微处理器执行的一组指令。程序引导微处理器决策。 例如，程序能告诉微处理器何时收集传感器的信息，然后怎样处理这些信息。 最后，程序引导微处理器去触发诸如继电器和电磁线圈之类的输出控制装置。 各种存储器中含有程序和微处理器进行运算所需的汽车数据。,在微处理器进行运算或决策时，它与存储器的配合方式有：,1)微处理器可以从存储器中读取信息。 2)微处理器能把新的信息写入存储器。,三. 信息存储,存储器中有许许多多的位置，这些位置就好似放

9、在一个文件柜中的文件夹，每个位置都可以放入一条信息。存储器的每个位置都赋予一个地址，就象文件夹上编排的字母或数字一样。每个地址都用二进制码编写，从0开始顺序编号。 发动机工作时，计算机从各个传感器上接收到大量的信息，计算机不可能立即处理所有这些信息。 有时，计算机收到传感器的输入后要做出很多决策。于是，微处理器就指定一个存储器地址，并把信息送入这个地址，从而将信息写入存储器。,信息存储,四. 信息检索,当需要存储的信息时，微处理器指出存储信息的地址，并要求调出信息，存储器便把要调出的信息从指定的地址中复制出来，送给微处理器。 而原来存储的信息仍保留在存储器的原地址中。,信息检索,存储器中存储着

10、有关汽车各种工况下理想空气燃料比的信息。 各个传感器随时向计算机报告发动机和汽车的工况。 微处理器从存储器中读取空燃比的理想值，并与各传感器的输入进行比较。 比较之后，微处理器进行必要的决策，并控制燃油喷油器，提供为发动机所要求的精确的空燃比。,工作原理：,第四节 计算机存储器的类型,一. 随机存取存储器,需要暂时存储的信息由微处理器传送到随机存取存储器（RAM）。 RAM中存储的信息随时都可以更改。 由于传感器输到计算机内的信息随着工况的变化而频繁地改变，这类信息就得存在RAM中。 微处理器会把计算结果和其他易变数据写入RAM中。 微处理器能把信息写入RAM，能从RAM中读出信息，还能擦除R

11、AM中的信息。,随机存取存储器RAM,用于暂时存储信息。 微处理器能把信息写入RAM。 微处理器能从RAM中读取信息。 当计算机系统断电时，信息消失。,术语“随机存取”是指微处理器能以任意的顺序从任何一个RAM地址内提取信息。 如果RAM 是易失性的存储器，每次点火开关关断时，存储的信息随即消失。 RAM也可设计成非易失性的，这种RAM在点火开关关断后仍保留存储的信息。 如果RAM是易失性的存储器，当发动机重新起动时，可以写入新的信息。,特 点,二. 只读存储器,微处理器能从只读存储器（ROM）中读取信息，但不能把信息写入ROM中，而且，微处理器不能擦除ROM中的信息。 在ROM芯片的制造过程

12、中，信息经编程送入ROM内。即使蓄电池的接线断开，ROM中的信息也不会丢失。 ROM中有查询表，其中包含有关汽车应该如何运行的信息。,只读存储器ROM,用于永久存储信息。 微处理器能从ROM中读取信息。 微处理器不能把信息写入ROM。 即使电源断开，信息仍保留不变 。,例 如,发动机在各种工况下理想的进气管真空度。微处理器把传感器的输入信息同表中的理想真空度作比较。 如果传感器的输入指出实际的进气管真空度与查询表中的理想真空度不同，微处理器将采取适当的措施。 ROM中还包含有关特定的发动机、变速差速器、变速器和差速器规格的标定表。,三. 可编程只读存储器,通用汽车公司(General Moto

13、rs Corporation)的许多计算机内都有可拆卸的可编程只读存储器(PROM)，它与计算机分开维修。 PROM中包含一些专用程序，比如点火提前程序，这类程序是依照每一种车的特殊要求专门设计的。例如，点火提前程序随着变速器或主传动比的不同而不同。 某些计算机中采用了电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。制造厂家很容易对这种存储器芯片重新编程。 这种芯片一般不脱离计算机单独维修。,四. 可保持存储器,可保持存储器(KAM)与随机存取存储器(RAM)类似。 例如，微处理器能从KAM读取信息，也能把信息写入KAM中，或者擦除KAM中的信息。 然而，当点火开关断开时，KAM仍能保留信息，但当蓄

14、电池电源与计算机系统分开时，KAM存储器中的信息将被擦除。 KAM主要用于自适应控制，详见下一节。,可保持存储器KAM,用于暂时存储信息。 自适应控制用KAM。 微处理器能把信息写入KAM。 微处理器能从KAM中读取信息。 点火开关断电时信息仍保留。,第五节 自适应,原 理 利用自适应控制可使计算机适应输入或输出的微小缺陷。如果计算机有自适应能力，它就能向过去的经验学习。 例如：节气门位置传感器向计算机输入的电压在0.6V到4.5V范围内，如果一个用旧了的节气门位置传感器给计算机送一个0.3V的信号，微处理器就把这个信号解释为器件损坏症候，并把变更了的标定存储在KAM中。 于是，微处理器在计算

15、过程中开始参照这个新的标定，这样，发动机就能保持正常的性能。假如传感器的输出信号不稳定，或远超出正常范围，计算机会不接受这种输入信号。,如果某个计算机有自适应能力，在下列情况下需要一小段学习时间：,断开蓄电池引线后。 更换或断开计算机系统的一个元器件时。 装在新车上时。 在学习期间，发动机可能转速波动，怠速加快，并有一定功率损失。 平均学习期持续5mile行车里程。,第六节 信息处理,我们以进气温度传感器的信号作为计算机如何处理信息的示例。实际上，计算机系统中有多种输入传感器。 如果空气温度低，其密度就大，单位体积内含有较多的氧气。而较温暖的空气密度比较低，单位体积的含氧量较少。 冷空气，也就

16、是密度较大的空气，与密度比较小的暖空气相比需要更多的燃料与之混合。 微处理器必须根据空气温度和密度供应准确数量的燃料。,一. 进气温度,进气温度传感器位于进气歧管内可以感知进气温度的地方。 这个传感器中有一个电阻元件。 当空气冷时，电阻元件电阻值增加。反之，当传感器温度增加时，电阻元件的电阻值减小。 当进气温度传感器变冷时，它向计算机送出一个高的模拟电压信号，AD转换器再把这个信号转换成数字信号。,进气温度变低时，进气温度传感器向计算机输入一个高的模拟电压信号，AD转换器把这个信号转换成数字信号,进气温度传感器感受到低温。 进气歧管。 燃油喷油器。 进气温度传感器。 向计算机送入高电压幅值的模

17、拟信号。 送到微处理器的数字信号(代表l或O的一串“通断”信号) 。,微处理器一收到这个进气温度传感器信号就访问ROM中的查询表。 查询表列出了每一空气温度对应的空气密度。 当进气温度传感器电压信号很高时，查询表会指出空气密度很大。 这个信息传给微处理器，微处理器控制输出驱动器和燃油喷油器，提供发动机所需要的准确数量的燃油。,工作原理：,微处理器访问ROM中的查询表，检索空气密度信息，向输出驱动器发出命令,二. 输出驱动器和执行器,计算机的输出驱动器由很多三极管组成。 微处理器操纵输出驱动器，而输出驱动器控制输出执行器。输出执行器通常是一些继电器、电磁线圈或显示器等。 例如，每个燃油喷射器都有一个电磁线圈，蓄电池为每个执行器供电。 当微处理器送出信号令输出驱动器接通执行器时，输出驱动器就给执行器送去一个“接地”信号。 在这样的情况下，电流通过执行器和输入驱动器入地，执行器使必要的器件工作。,计算机中的输出驱动器为执行器电磁线圈和继电器提供“接地”信号,举 例,执行器的典型例子是冷却电风扇电路中的继电器。 如果输出驱动器给继电器线圈一个“接地”信号，继电器开关就会闭合，这样，蓄电池的电压就可经过继电器触电加到风扇