車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器

車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器2023/12/27車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)

功用決定結(jié)構(gòu)功用（1）:將來(lái)自傳感器的輸入信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其成為能夠處理和分析的信息。功用（3）：將運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的信號(hào)。輸入接口微機(jī)功用（2）:根據(jù)控制要求進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算或邏輯運(yùn)算。輸出接口1.ECU的基本結(jié)構(gòu)車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2

ECU的基本結(jié)構(gòu)（1）

輸入接口（2）

微機(jī)（3）

輸出接口將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成由微機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)字電路。能夠自動(dòng)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理。用于放大微機(jī)的輸出信號(hào)，并使執(zhí)行器進(jìn)行工作。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口（1）輸入接口2.ECU的構(gòu)造祥解

功用：將傳感器輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成由微機(jī)進(jìn)行運(yùn)算的數(shù)字電路。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口傳感器輸出信號(hào)的形式不同。為什么ECU需要包含輸入接口？頻率量模擬量開(kāi)關(guān)量ECU只能處理數(shù)字信號(hào)。輸入接口車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口

ECU的輸入接口主要包括兩部分：A／D轉(zhuǎn)換器(模／數(shù)轉(zhuǎn)換器)：模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的概念：能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱(chēng)為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器或DAC；能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱(chēng)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。

DAC和ADC是聯(lián)系數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的“橋梁”，也可稱(chēng)之為兩者之間的接口。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的原理框圖：模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換的原理框圖模擬控制傳感器模擬信號(hào)ADCDAC數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字控制數(shù)字信號(hào)車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口逐次逼近型ADC工作原理：逐次逼近型ADC的原理框圖順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器DAC電壓比較器輸出數(shù)字量輸入電壓UiUA車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口

轉(zhuǎn)換過(guò)程：

轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，將寄存器置“0”；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“1”；經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓UA，并送入比較器與待轉(zhuǎn)換的輸入電壓Ui進(jìn)行比較；車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口若UA>Ui，將1去除；若UA<Ui：將1保留，且置次高位為1；逐次比較下去，一直到最低位為止。寄存器的邏輯狀態(tài)就是對(duì)應(yīng)于輸入電壓Ui的輸出數(shù)字量。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口逐次逼近過(guò)程設(shè)定試探值D/A輸出電壓VO/VVO/Vi比較結(jié)果100000002.5VO>Vi，D7=00010000001.25VO<Vi，D6=164011000001.875VO<Vi，D5=164+32=96011100002.1875VO<Vi，D4=196+16=112011110002.3438VO<Vi，D3=1112+8=120011111002.4219VO>Vi，D2=0112+8=120011110102.3828VO<Vi，D1=1120+2=122011110112.4023VO=Vi，D0=1122+1=123車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口輸入接口模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程示例：車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口數(shù)字輸入調(diào)理器（或稱(chēng)數(shù)字輸入緩沖器）：

對(duì)頻率量的處理：輸入接口放大、限幅、整形數(shù)字輸入調(diào)理器頻壓轉(zhuǎn)換車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸入接口

對(duì)開(kāi)關(guān)量的處理：

光電隔離器輸入接口整形輸入接口車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－微機(jī)組成：微型電子計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是由算術(shù)邏輯單元（ALU）、控制器、存儲(chǔ)器、輸入通道、輸出通道、地址總線和數(shù)據(jù)總線等部分組成。（2）微機(jī)功用：自動(dòng)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－微機(jī)輸入設(shè)備存儲(chǔ)器算術(shù)邏輯單元ALU(ALU)輸出設(shè)備控制器數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線微機(jī)結(jié)構(gòu)圖車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)－輸出接口功用：常用于放大微機(jī)的輸出信號(hào)，并使執(zhí)行器進(jìn)行工作。舉例（3）輸出接口0V5V車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結(jié)構(gòu)ECU的基本結(jié)構(gòu)

數(shù)字輸入緩沖器輸入接口存儲(chǔ)器CPU執(zhí)行器電磁線圈驅(qū)動(dòng)電路電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路顯示裝置驅(qū)動(dòng)電路繼電器驅(qū)動(dòng)電路輸出接口模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器1100101傳感器

輸入接口微機(jī)（硬件）輸出接口車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：在通用計(jì)算機(jī)CPU的基礎(chǔ)上集成一些輸入、輸出、存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等的控制芯片稱(chēng)為微控制器MCU，有時(shí)也稱(chēng)為單片機(jī)。

MCU為工業(yè)測(cè)控而設(shè)計(jì)，具有三高優(yōu)勢(shì)(集成度高、可靠性高、性?xún)r(jià)比高)。1.微控制器概述車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：微控制器控制的一般模式：微控制器用于測(cè)量控制系統(tǒng)原理示意圖車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：傳感器－把現(xiàn)場(chǎng)物理量測(cè)量出來(lái)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；量程放大器－把傳感器信號(hào)放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換器能接收的統(tǒng)一電平；車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：

A/D轉(zhuǎn)換－把模擬量變成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)?？刂疲M(jìn)入微控制器的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，根據(jù)測(cè)試控制要求，控制相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。多路開(kāi)關(guān)－通常要監(jiān)測(cè)和控制的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)很多，并且它們的變化較為緩慢，所以所有信號(hào)占用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，并占有一條與計(jì)算機(jī)的通道。多路開(kāi)關(guān)用一條通道來(lái)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)多路信號(hào)，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換受計(jì)算機(jī)控制；車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：2.微控制器常用術(shù)語(yǔ)：

運(yùn)算器：用來(lái)進(jìn)行加、減、乘、除等算術(shù)運(yùn)算及邏輯運(yùn)算的器件。

存儲(chǔ)器：用來(lái)存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)、計(jì)算步驟、運(yùn)算的中間和最終結(jié)果的器件(常分為內(nèi)存和外存兩部分，內(nèi)存采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，外存常用磁盤(pán)和磁帶)。

控制器：用來(lái)控制微控制器各部件按預(yù)先規(guī)定的計(jì)算步驟(即程序)自動(dòng)執(zhí)行指定操作的器件。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：

輸入設(shè)備：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(pán)等。

輸出設(shè)備：輸出計(jì)算結(jié)果的設(shè)備。例如常用的打印機(jī)、CRT顯示器等。

硬件：組成計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器、存儲(chǔ)器、控制器、輸入和輸出設(shè)備。

字長(zhǎng)：CPU并行處理二進(jìn)制的數(shù)據(jù)位數(shù)。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：根據(jù)MCU的運(yùn)算和處理能力，MCU總的來(lái)說(shuō)可以分為8位機(jī)、16位機(jī)和32位機(jī)。8位、16位和32位通常是指MCU寄存器的位數(shù)，位數(shù)越多也就意味著MCU的數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)大。3.微控制器的種類(lèi)：無(wú)論是8位計(jì)算機(jī)還是32位計(jì)算機(jī)，其基本工作原理是相同的。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：在微控制器的芯片上，集成的主要部分有CPU、時(shí)鐘發(fā)生模塊、復(fù)位與中斷模塊、系統(tǒng)操作正常監(jiān)視模塊、低電壓禁止模塊、存儲(chǔ)器模塊、輸入輸出I/O口、定時(shí)器，各部分之間通過(guò)內(nèi)部總線相連。4.微控制器功能結(jié)構(gòu)：車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：（1）CPU（CentralProcessingUnit）：

8位微處理器MC68HC08：

8位的CPU08結(jié)構(gòu)：算術(shù)邏輯單元控制單元寄存器組CPU08的結(jié)構(gòu)車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：

CPU08的特性：

4Kb程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間；

8MHz的CPU內(nèi)部總線頻率，16種尋址方式；可擴(kuò)展的內(nèi)部總線，用于尋址超過(guò)64KB的地址空間；用于指令操作的16位變址寄存器；

16位堆棧指針和相應(yīng)棧操作指令；車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：

CPU08的寄存器：CPU08內(nèi)部寄存器A累加器701587變址寄存器HX0堆棧指針SPH1587SPL0程序計(jì)數(shù)器PCH1587PCL0保存操作數(shù)及運(yùn)行結(jié)果。一般表示操作數(shù)的地址，也可以暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)入棧時(shí)SP減小，數(shù)據(jù)出棧時(shí)SP增加，永遠(yuǎn)指向下一個(gè)可用的單元。內(nèi)容是下一條指令或下一個(gè)操作數(shù)的地址。包含一個(gè)控制位和5個(gè)記錄指令執(zhí)行結(jié)果特征的標(biāo)志位。條件碼寄存器CCR07車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：

32位微處理器MC68300：

32位的CPU32的結(jié)構(gòu)：CPU32的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖指令預(yù)取和譯碼單元總線控制器序列器控制單元執(zhí)行單元1624數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：

CPU32的特性：

32位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和算術(shù)運(yùn)算硬件單元；

24位外部地址總線和16位外部數(shù)據(jù)總線；

8個(gè)32位通用數(shù)據(jù)寄存器；

7個(gè)32位通用地址寄存器；車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：

CPU32的寄存器：數(shù)據(jù)寄存器151687031D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6地址寄存器151687031151687031A7用戶(hù)堆棧指針151687031PC程序計(jì)數(shù)器條件碼寄存器CCR15870車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)寄存器（D0-D7）

32位,可用于存放位、8位字節(jié)、16位字、32位長(zhǎng)字、64位4字操作數(shù)和16位或32位地址。所有數(shù)據(jù)寄存器都是通用寄存器，沒(méi)有特別規(guī)定功能，也可以用作變址寄存器或計(jì)數(shù)器。車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：地址寄存器（A0-A6、A7）存放操作數(shù)的地址；程序計(jì)數(shù)器PC含有CPU32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，CPU32自動(dòng)將PC的內(nèi)容加1或?qū)⑿碌闹捣湃隤C中。程序計(jì)數(shù)器PC車(chē)輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結(jié)構(gòu)：

16位，分為系統(tǒng)字節(jié)和用戶(hù)字節(jié)。狀態(tài)標(biāo)志寄存器SRT1T0S00121110000XNZVC1514131211109876543210系統(tǒng)字節(jié)用戶(hù)字節(jié)（CCR）