車輛電子控制系統(tǒng)控制器

1、收 集 信 息收 集 信 息的傳感器的傳感器 信息處理器信息處理器(ECU)控 制 部 件控 制 部 件的執(zhí)行器的執(zhí)行器輸入輸入輸出輸出 v 功用決定結(jié)構(gòu)功用決定結(jié)構(gòu)功用功用（1）:將來自傳感器的輸入將來自傳感器的輸入信號進行轉(zhuǎn)換，使其成為能信號進行轉(zhuǎn)換，使其成為能夠處理和分析的信息。夠處理和分析的信息。功用功用（3）：將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成：將運算結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作的信號。驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)工作的信號。輸入接口輸入接口微機微機功用功用（2）:根據(jù)控制要求進行算根據(jù)控制要求進行算術(shù)運算或邏輯運算。術(shù)運算或邏輯運算。輸出接口輸出接口1. ECU的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)（1） 輸入接口輸入接口（2） 微機

2、微機（3） 輸出接口輸出接口將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成由將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成由微機進行運算的數(shù)字電路。微機進行運算的數(shù)字電路。能夠自動進行算術(shù)運算、邏輯能夠自動進行算術(shù)運算、邏輯運算等數(shù)據(jù)處理。運算等數(shù)據(jù)處理。用于放大微機的輸出信號，用于放大微機的輸出信號，并使執(zhí)行器進行工作。并使執(zhí)行器進行工作。（1）輸入接口輸入接口2. ECU的構(gòu)造祥解的構(gòu)造祥解v 功用：將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成由微功用：將傳感器輸出的信號轉(zhuǎn)換成由微機進行運算的數(shù)字電路。機進行運算的數(shù)字電路。傳感器傳感器輸出信號的形式不同。輸出信號的形式不同。為什么為什么ECUECU需要包含輸入接口？需要包含輸入接口？頻率量頻率量模擬量

3、模擬量開關(guān)量開關(guān)量ECU只能處理數(shù)字信號。只能處理數(shù)字信號。輸入接口輸入接口v ECU的輸入接口主要包括兩部分：的輸入接口主要包括兩部分：a.AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(模模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器)：模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換的概念：模轉(zhuǎn)換的概念： 能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)/ /模模轉(zhuǎn)換器，簡稱轉(zhuǎn)換器，簡稱D/AD/A轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或DACDAC；能將模擬量能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱稱A/DA/D轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或ADCADC。 DAC和和ADC是聯(lián)系數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)是聯(lián)系數(shù)字系統(tǒng)和模擬

4、系統(tǒng)的的“橋梁橋梁”，也可稱之為兩者之間的接，也可稱之為兩者之間的接口?？凇模模/數(shù)和數(shù)數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的原理框圖：模轉(zhuǎn)換的原理框圖：模模/ /數(shù)和數(shù)數(shù)和數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換的原理框圖模轉(zhuǎn)換的原理框圖模擬控制模擬控制傳感器傳感器模模擬擬信信號號ADCDAC數(shù)字計算機數(shù)字計算機數(shù)字控制數(shù)字控制數(shù)數(shù)字字信信號號q逐次逼近型逐次逼近型ADC工作原理：工作原理：逐次逼近型逐次逼近型ADCADC的原理框圖的原理框圖順序脈沖順序脈沖發(fā)生器發(fā)生器逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器DAC電壓比較器電壓比較器輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量輸入電壓輸入電壓 UiUA 轉(zhuǎn)換過程：轉(zhuǎn)換過程：i. 轉(zhuǎn)換開始時，將寄存器置轉(zhuǎn)換開始時，將寄存器

5、置“0”；ii.順序脈沖發(fā)生器輸出的順序脈沖首先將寄順序脈沖發(fā)生器輸出的順序脈沖首先將寄存器的最高位置存器的最高位置“1”；經(jīng)數(shù)經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓為相應(yīng)的模擬電壓UA，并送入比較器與待并送入比較器與待轉(zhuǎn)換的輸入電壓轉(zhuǎn)換的輸入電壓Ui進行比較；進行比較；iii.若若UA Ui，將，將1去除；若去除；若UA Vi，D7=00010000001.25VOVi，D6=164011000001.875VOVi，D5=164+32=96011100002.1875VOVi，D4=196+16=112011110002.3438VOVi，D2=0112+8=12001111010

6、2.3828VOVi，D1=1120+2=122011110112.4023VO=Vi，D0=1122+1=123輸入接口模擬量轉(zhuǎn)換過程示例模擬量轉(zhuǎn)換過程示例：b.數(shù)字輸入調(diào)理器數(shù)字輸入調(diào)理器（或稱數(shù)字輸入緩沖器或稱數(shù)字輸入緩沖器）：）： 對頻率量的處理：對頻率量的處理： 輸入接口放大、放大、限幅、限幅、整形整形數(shù)字輸入調(diào)理器數(shù)字輸入調(diào)理器頻壓頻壓轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 對開關(guān)量的處理：對開關(guān)量的處理： 光電隔離器輸入接口整形輸入接口b.組成：微型電子計算機的簡稱，它是由組成：微型電子計算機的簡稱，它是由算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元（ALU）、控制器、存儲控制器、存儲器、輸入通道、輸出通道、地址總線和器、輸入通

7、道、輸出通道、地址總線和數(shù)據(jù)總線等部分組成。數(shù)據(jù)總線等部分組成。（2）微機微機a.功用：自動進行算術(shù)運算、邏輯運算等功用：自動進行算術(shù)運算、邏輯運算等數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理。輸入設(shè)備輸入設(shè)備存儲器存儲器算術(shù)邏輯算術(shù)邏輯單元單元ALU (ALU)輸出設(shè)備輸出設(shè)備控制器控制器數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線地址總線地址總線微機結(jié)構(gòu)圖微機結(jié)構(gòu)圖v 功用：常用于放大微機的輸出信號，功用：常用于放大微機的輸出信號，并使執(zhí)行器進行工作。并使執(zhí)行器進行工作。v 舉例舉例 （3）輸出接口輸出接口0V5VECU的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) 數(shù)字輸入緩沖器輸入接口存儲器CPU執(zhí)行器電磁線圈驅(qū)動電路電動機驅(qū)動電路顯示裝置驅(qū)動電

8、路繼電器驅(qū)動電路輸出接口模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器1100101傳感器 輸入接口輸入接口微機微機（硬件）（硬件）輸出接口輸出接口 在通用計算機在通用計算機CPU的基礎(chǔ)上集成一些輸?shù)幕A(chǔ)上集成一些輸入、輸出、存儲器、定時器入、輸出、存儲器、定時器/ /計數(shù)器以及計數(shù)器以及I/O接口電路等的控制芯片稱為微控制器接口電路等的控制芯片稱為微控制器MCU，有時也稱為單片機有時也稱為單片機。 MCU為工業(yè)測控而設(shè)計，具有三高優(yōu)勢為工業(yè)測控而設(shè)計，具有三高優(yōu)勢( (集成度高、可靠性高、性價比高集成度高、可靠性高、性價比高) )。1. 微控制器概述微控制器概述 微控制器控制的一般模式：微控制器控制的一般模式：微控

9、制器用于測量控制系統(tǒng)原理示意圖微控制器用于測量控制系統(tǒng)原理示意圖v 傳感器把現(xiàn)場物理量測量出來，并傳感器把現(xiàn)場物理量測量出來，并轉(zhuǎn)換為電信號；轉(zhuǎn)換為電信號；v 量程放大器把傳感器信號放大到模量程放大器把傳感器信號放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器能接收的統(tǒng)一電平；數(shù)轉(zhuǎn)換器能接收的統(tǒng)一電平；v A/D轉(zhuǎn)換把模擬量變成數(shù)字量送入計算轉(zhuǎn)換把模擬量變成數(shù)字量送入計算機。機。v 控制進入微控制器的信號經(jīng)過處理后，控制進入微控制器的信號經(jīng)過處理后，根據(jù)測試控制要求，控制相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)。根據(jù)測試控制要求，控制相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)。v 多路開關(guān)通常要監(jiān)測和控制的現(xiàn)場信多路開關(guān)通常要監(jiān)測和控制的現(xiàn)場信號很多，并且它們的變化較為緩慢，所以所

10、號很多，并且它們的變化較為緩慢，所以所有信號占用一個有信號占用一個A/D轉(zhuǎn)換器，并占有一條與轉(zhuǎn)換器，并占有一條與計算機的通道。多路開關(guān)用一條通道來監(jiān)視計算機的通道。多路開關(guān)用一條通道來監(jiān)視現(xiàn)場多路信號，開關(guān)轉(zhuǎn)換受計算機控制；現(xiàn)場多路信號，開關(guān)轉(zhuǎn)換受計算機控制；2. 微控制器常用術(shù)語：微控制器常用術(shù)語：v 運算器運算器：用來進行加、減、乘、除等算：用來進行加、減、乘、除等算術(shù)運算及邏輯運算的器件。術(shù)運算及邏輯運算的器件。v 存儲器存儲器：用來存儲原始數(shù)據(jù)、計算步驟、：用來存儲原始數(shù)據(jù)、計算步驟、運算的中間和最終結(jié)果的器件運算的中間和最終結(jié)果的器件( (常分為內(nèi)存常分為內(nèi)存和外存兩部分，內(nèi)存采用半

11、導(dǎo)體存儲器，和外存兩部分，內(nèi)存采用半導(dǎo)體存儲器，外存常用磁盤和磁帶外存常用磁盤和磁帶) )。 v 控制器控制器：用來控制微控制器各部件按預(yù)：用來控制微控制器各部件按預(yù)先規(guī)定的計算步驟先規(guī)定的計算步驟( (即程序即程序) )自動執(zhí)行指定自動執(zhí)行指定操作的器件。操作的器件。v 輸入設(shè)備輸入設(shè)備：把原始數(shù)據(jù)和程序輸入微控：把原始數(shù)據(jù)和程序輸入微控制器的設(shè)備。例如常用的鍵盤等。制器的設(shè)備。例如常用的鍵盤等。v 輸出設(shè)備輸出設(shè)備：輸出計算結(jié)果的設(shè)備。例如：輸出計算結(jié)果的設(shè)備。例如常用的打印機、常用的打印機、CRT顯示器等。顯示器等。v 硬件硬件：組成計算機的運算器、存儲器、：組成計算機的運算器、存儲器、

12、控制器、輸入和輸出設(shè)備?？刂破?、輸入和輸出設(shè)備。 v 字長字長：CPU并行處理二進制的數(shù)據(jù)位數(shù)。并行處理二進制的數(shù)據(jù)位數(shù)。根據(jù)根據(jù)MCU的運算和處理能力，的運算和處理能力，MCU總的總的來說可以分為來說可以分為8位機、位機、16位機和位機和32位機。位機。8位、位、16位和位和32位通常是指位通常是指MCU寄存器的位寄存器的位數(shù)，位數(shù)越多也就意味著數(shù)，位數(shù)越多也就意味著MCU的數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)處理能力更強大。能力更強大。3. 微控制器的種類：微控制器的種類： 無論是無論是8位計算機還是位計算機還是32位計算機，其位計算機，其基本工作原理是相同的?；竟ぷ髟硎窍嗤?。功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu) 在微控制器

13、的芯片上，集成的主要部分在微控制器的芯片上，集成的主要部分有有CPU、時鐘發(fā)生模塊時鐘發(fā)生模塊、復(fù)位與中斷模塊復(fù)位與中斷模塊、系統(tǒng)操作正常監(jiān)視模塊系統(tǒng)操作正常監(jiān)視模塊、低電壓禁止模塊低電壓禁止模塊、存儲器模塊存儲器模塊、輸入輸出輸入輸出I/O口口、定時器定時器，各，各部分之間通過內(nèi)部總線相連。部分之間通過內(nèi)部總線相連。4. 微控制器功能結(jié)構(gòu)：微控制器功能結(jié)構(gòu)：功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)（1）CPU（Central Processing Unit）：）：a.a. 8位微處理器位微處理器MC68HC08：v 8位的位的CPU08結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元控制單元控制單元寄存器組寄存器組CPU08的

14、結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)v CPU08的特性：的特性：q 4Kb程序程序/ /數(shù)據(jù)存儲器空間；數(shù)據(jù)存儲器空間；q 8MHz的的CPU內(nèi)部總線頻率內(nèi)部總線頻率，16種尋址方式；種尋址方式；q 可擴展的內(nèi)部總線，用于尋址超過可擴展的內(nèi)部總線，用于尋址超過64KB的地址空間；的地址空間；q 用于指令操作的用于指令操作的16位變址寄存器；位變址寄存器；q 16位堆棧指針和相應(yīng)棧操作指令；位堆棧指針和相應(yīng)棧操作指令；功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)v CPU08的寄存器的寄存器： CPU08內(nèi)部寄存器內(nèi)部寄存器A累加器累加器70158 7變址寄存器變址寄存器HX0堆棧指針堆棧指針SPH158 7SPL0程序計數(shù)器程序

15、計數(shù)器PCH158 7PCL0保存操作數(shù)及運行結(jié)果。保存操作數(shù)及運行結(jié)果。一般表示操作數(shù)的地址，一般表示操作數(shù)的地址，也可以暫時存儲數(shù)據(jù)。也可以暫時存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)入棧時數(shù)據(jù)入棧時SP減小，數(shù)減小，數(shù)據(jù)出棧時據(jù)出棧時SP增加，永遠增加，永遠指向下一個可用的單元。指向下一個可用的單元。內(nèi)容是下一條指令或下內(nèi)容是下一條指令或下一個操作數(shù)的地址。一個操作數(shù)的地址。包含一個控制位和包含一個控制位和5個記錄指個記錄指令執(zhí)行結(jié)果特征的標(biāo)志位。令執(zhí)行結(jié)果特征的標(biāo)志位。條件碼寄存器條件碼寄存器CCR07功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)b.b. 32位微處理器位微處理器MC68300：v 32位的位的CPU32的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：C

16、PU32的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖指令預(yù)取和指令預(yù)取和譯碼單元譯碼單元總線控制器總線控制器序列器序列器控制單元控制單元執(zhí)行單元執(zhí)行單元數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線控制總線控制總線地址總線地址總線功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)v CPU32的特性：的特性：q 32位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和算術(shù)運算硬件單元；位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和算術(shù)運算硬件單元；q 24位外部地址總線和位外部地址總線和16位外部數(shù)據(jù)總線；位外部數(shù)據(jù)總線；q 8個個32位通用數(shù)據(jù)寄存器；位通用數(shù)據(jù)寄存器；q 7個個32位通用地址寄存器；位通用地址寄存器；功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)v CPU32的寄存器的寄存器：數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器15 168 7031D0D1D2D3D4D5D6

17、D7A0A1A2A3A4A5A6地址寄存器地址寄存器15 168 703115 168 7031A7用戶堆棧指針用戶堆棧指針15 168 7031PC程序計數(shù)器程序計數(shù)器條件碼寄存器條件碼寄存器CCR15 8 70功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)q 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器（D0-D7） 32位位, ,可用于存放位、可用于存放位、8位字節(jié)、位字節(jié)、16位字、位字、32位長字、位長字、64位位4字操作數(shù)和字操作數(shù)和16位或位或32位地址。位地址。 所有數(shù)據(jù)寄存器都是通用寄存器，沒有所有數(shù)據(jù)寄存器都是通用寄存器，沒有特別規(guī)定功能，也可以用作變址寄存器或特別規(guī)定功能，也可以用作變址寄存器或計數(shù)器。計數(shù)器。功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)

18、構(gòu)q 地址寄存器地址寄存器（A0-A6、A7） 存放操作數(shù)的地址；存放操作數(shù)的地址； 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC含有含有CPU32要執(zhí)行的下一條要執(zhí)行的下一條指令的地址。在指令執(zhí)行或異常處理期間，指令的地址。在指令執(zhí)行或異常處理期間，CPU32自動將自動將PC的內(nèi)容加的內(nèi)容加1或?qū)⑿碌闹捣湃牖驅(qū)⑿碌闹捣湃隤C中。中。q 程序計數(shù)器程序計數(shù)器PC功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu) 16位，分為系統(tǒng)字節(jié)和用戶字節(jié)。位，分為系統(tǒng)字節(jié)和用戶字節(jié)。q 狀態(tài)標(biāo)志寄存器狀態(tài)標(biāo)志寄存器SRT1 T0 S00 12 11 10 000X NZV C15 14 13 12 11 10 9876543210系統(tǒng)字節(jié)系統(tǒng)字節(jié)用戶字節(jié)（用戶字節(jié)（CCRCCR）中斷允許位中斷允許位擴展位擴展位符號位符號位零標(biāo)志位零標(biāo)志位溢出位溢出位進位位進位位功能結(jié)構(gòu)功能結(jié)構(gòu)（2）時鐘發(fā)生模塊時鐘發(fā)生模塊：a.MCU用時鐘發(fā)生模塊產(chǎn)生時鐘信號或用時鐘發(fā)生模塊產(chǎn)生時鐘信號或產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。b.b.典型的典型的CPU總線時鐘為總線時鐘為8MHz，即即CPU作一次總線讀或?qū)懖僮鞯臅r間是作一次總線讀或?qū)懖僮鞯臅r間是125ns。即即CPU以以8MHz的總線頻率一拍一