車輛電子控制系統(tǒng)控制器2023/12/27車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構

功用決定結構功用（1）:將來自傳感器的輸入信號進行轉(zhuǎn)換，使其成為能夠處理和分析的信息。功用（3）：將運算結果轉(zhuǎn)換成驅(qū)動執(zhí)行機構工作的信號。輸入接口微機功用（2）:根據(jù)控制要求進行算術運算或邏輯運算。輸出接口1.ECU的基本結構車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2

ECU的基本結構（1）

輸入接口（2）

微機（3）

輸出接口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。能夠自動進行算術運算、邏輯運算等數(shù)據(jù)處理。用于放大微機的輸出信號，并使執(zhí)行器進行工作。車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸入接口（1）輸入接口2.ECU的構造祥解

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。車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸入接口傳感器輸出信號的形式不同。為什么ECU需要包含輸入接口？頻率量模擬量開關量ECU只能處理數(shù)字信號。輸入接口車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－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為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC；能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱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”，也可稱之為兩者之間的接口。車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－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ADCDAC數(shù)字計算機數(shù)字控制數(shù)字信號車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－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車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸入接口

轉(zhuǎn)換過程：

轉(zhuǎn)換開始時，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)換為相應的模擬電壓UA，并送入比較器與待轉(zhuǎn)換的輸入電壓Ui進行比較；車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－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)就是對應于輸入電壓Ui的輸出數(shù)字量。車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸入接口逐次逼近過程設定試探值D/A輸出電壓VO/VVO/Vi比較結果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車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸入接口輸入接口模擬量轉(zhuǎn)換過程示例：車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸入接口數(shù)字輸入調(diào)理器（或稱數(shù)字輸入緩沖器）：

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

對開關量的處理：

光電隔離器輸入接口整形輸入接口車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－微機組成：微型電子計算機的簡稱，它是由算術邏輯單元（ALU）、控制器、存儲器、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）微機功用：自動進行算術運算、邏輯運算等數(shù)據(jù)處理。車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－微機輸入設備存儲器算術邏輯單元ALU(ALU)輸出設備控制器數(shù)據(jù)總線控制總線地址總線微機結構圖車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構－輸出接口功用：常用于放大微機的輸出信號，并使執(zhí)行器進行工作。舉例（3）輸出接口0V5V車輛電子控制系統(tǒng)控制器3.3.2ECU的基本結構ECU的基本結構

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

輸入接口微機（硬件）輸出接口車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：在通用計算機CPU的基礎上集成一些輸入、輸出、存儲器、定時器/計數(shù)器以及I/O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。

MCU為工業(yè)測控而設計，具有三高優(yōu)勢(集成度高、可靠性高、性價比高)。1.微控制器概述車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：微控制器控制的一般模式：微控制器用于測量控制系統(tǒng)原理示意圖車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：傳感器－把現(xiàn)場物理量測量出來，并轉(zhuǎn)換為電信號；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；車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：

A/D轉(zhuǎn)換－把模擬量變成數(shù)字量送入計算機。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，控制相應執(zhí)行機構。多路開關－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，所以所有信號占用一個A/D轉(zhuǎn)換器，并占有一條與計算機的通道。多路開關用一條通道來監(jiān)視現(xiàn)場多路信號，開關轉(zhuǎn)換受計算機控制；車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：2.微控制器常用術語：

運算器：用來進行加、減、乘、除等算術運算及邏輯運算的器件。

存儲器：用來存儲原始數(shù)據(jù)、計算步驟、運算的中間和最終結果的器件(常分為內(nèi)存和外存兩部分，內(nèi)存采用半導體存儲器，外存常用磁盤和磁帶)。

控制器：用來控制微控制器各部件按預先規(guī)定的計算步驟(即程序)自動執(zhí)行指定操作的器件。車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：

輸入設備：把原始數(shù)據(jù)和程序輸入微控制器的設備。例如常用的鍵盤等。

輸出設備：輸出計算結果的設備。例如常用的打印機、CRT顯示器等。

硬件：組成計算機的運算器、存儲器、控制器、輸入和輸出設備。

字長：CPU并行處理二進制的數(shù)據(jù)位數(shù)。車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹：根據(jù)MCU的運算和處理能力，MCU總的來說可以分為8位機、16位機和32位機。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)處理能力更強大。3.微控制器的種類：無論是8位計算機還是32位計算機，其基本工作原理是相同的。車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：在微控制器的芯片上，集成的主要部分有CPU、時鐘發(fā)生模塊、復位與中斷模塊、系統(tǒng)操作正常監(jiān)視模塊、低電壓禁止模塊、存儲器模塊、輸入輸出I/O口、定時器，各部分之間通過內(nèi)部總線相連。4.微控制器功能結構：車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：（1）CPU（CentralProcessingUnit）：

8位微處理器MC68HC08：

8位的CPU08結構：算術邏輯單元控制單元寄存器組CPU08的結構車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：

CPU08的特性：

4Kb程序/數(shù)據(jù)存儲器空間；

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

16位堆棧指針和相應棧操作指令；車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：

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程序計數(shù)器PCH1587PCL0保存操作數(shù)及運行結果。一般表示操作數(shù)的地址，也可以暫時存儲數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)入棧時SP減小，數(shù)據(jù)出棧時SP增加，永遠指向下一個可用的單元。內(nèi)容是下一條指令或下一個操作數(shù)的地址。包含一個控制位和5個記錄指令執(zhí)行結果特征的標志位。條件碼寄存器CCR07車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：

32位微處理器MC68300：

32位的CPU32的結構：CPU32的內(nèi)部結構框圖指令預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輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：

CPU32的特性：

32位內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和算術運算硬件單元；

24位外部地址總線和16位外部數(shù)據(jù)總線；

8個32位通用數(shù)據(jù)寄存器；

7個32位通用地址寄存器；車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：

CPU32的寄存器：數(shù)據(jù)寄存器151687031D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6地址寄存器151687031151687031A7用戶堆棧指針151687031PC程序計數(shù)器條件碼寄存器CCR15870車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：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，沒有特別規(guī)定功能，也可以用作變址寄存器或計數(shù)器。車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：地址寄存器（A0-A6、A7）存放操作數(shù)的地址；程序計數(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自動將PC的內(nèi)容加1或?qū)⑿碌闹捣湃隤C中。程序計數(shù)器PC車輛電子控制系統(tǒng)控制器微控制器介紹－功能結構：

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