的。由于单片微机的性能好,价格便宜,所以目前广泛采用。
图1-106 微型计算机
a)单片微型计算机 b)多片微型计算机
从半导体加工技术方面看,微型计算机上一般多使用MOS晶体管。MOS晶体管是场效应晶体管FET的一种。MOS晶体管有P-MOS、N-MOS、C-MOS三种,如图1-107所示。在MOS器件中,P-MOS是最早实用化的器件,但同其他MOS器件相比,因其工作速度慢、电功率耗大,所以控制高性能发动机用的微机中,现已不再采用,而较多使用N-MOS和C-MOS。
C-MOS器件具有适度的高速性、消耗功率最少,因其对外部环境条件(电源电压变动、温度变化、电喷油器等)适应性强,所以常作为控制发动机用的晶体管。今后,C-MOS器件的应用将成为主流。
图1-107 MOS晶体管种类
a)P-MOS b)N-MOS c)C-MOS
1-SiO2固体电介质 2-信号源S 3-门电路G 4-场效应晶体管的D极 5-P井
微机的内部结构如图1-108所示,是由读取命令并执行数据处理任务的中央处理器(CPU)、储存程序和数据的记忆装置即存储器以及在外部传感器和执行元件之间执行数据传递任务的输入/输出装置(I/O)构成的。
图1-108 微机的构成图例
1-存储器 2-信息传送通路(总线) 3-输入/输出装置 存储器和输入/输出装置,以CPU为中心,利用称做信息传送通道的信号传导线(总线)连接起来。信息传送通道有三种:一种是进行数据互换的数据信息传送通道;一种是指定存储器和输入输出地址的信息传送通道;还有一种是控制系统工作的管理信息传送通道。另外,为了使控制同步,可以使用晶体振荡器的基准信号(同步信号)发生器,实现微机总体同步控制。
1)中央处理器(CPU)是整个控制系统的核心,它通过接口向各个部分发出指令,并对系统所需要的各个参数进行检测、数据处理、控制运算与逻辑判断。
如图1-109 所示,中央处理器是由进行数据算术运算的逻辑运算的运算器(ALU)、暂时存储数据的寄存器、按照程序进行各装置之间信号传送及控制任务的控制等构成。
图1-109 CPU的构成
1-控制信号 2-数据 3-信息传送通道 4-控制器 5-寄存器 6-运算器
2)存储器(ROM RAM)存储器具有记忆程序和数据(暂时记忆)的功能。一般由N只读存储器(ROM)和随机存储器(RAM)构成。
只读存储器用来永久性地储存控制程序软件、点火脉谱和喷油脉谱的特性曲线和特性数据等预定的控制参数。ROM是读出专用存储器,它的内存一次写入就不能变更,便是可以调出使用,即ROM的内存,CPU只能读出而不能写入,它用来存储由制造厂家编写的CPU的运行程序。ROM的内存即使切断电源其记忆内容也不消失,所以适用于程序和数据长期保留。最近,有一种一遇紫外线其记忆内容能消失,而且内容也能改写的EPROM已被开发使用。
随机存储器(也叫读写随机存储器)既能读出也能写入记忆在任意地址上的数据。它用来暂存各种传感器输入信号及运算中数据和故障诊断结果。由各传感器输入的信息,直到被微机处理器调用或被以后输入的实际运行数据所替换为止。如果电源切断,RAM的内存就会消失。
3)输入/输出装置(I/O接口) I/O接口是根据CPU的命令在各传感器或执行件之间执行数据传送任务的装置。由于传感器和执行件种类繁多,它们在速度、电平、功率等信息形式方面都不能与CPU匹配,必须经过I/O接口的转换、匹配。因此,微机与外界进行数据交换时,都是通过输入/输出接口来完成的。这些接口是微机与被控制对象进行信息交换的纽带,并且具有数据缓冲、电平匹配、时序匹配等多种功能。
4)总线 在微机硬件系统中,中央处理器、存贮器ROM及RAM、输入/输出(I/O)接口相连时,都用公共的总线。总线有数据总线、地址总线和控制总线。图1-110所示是中央处理器CPU、存储器ROM及RAM、输入/输出接口I/O之间连接总线,它包括8根数据总线、16根地址总线和若干控制总线。数据总线主要用于传送数据与指令;地址总线用于传送地址码;CPU则通过控制总线随时掌握各器件的状态,根据需要向有关器件发出的控制指令。
图1-110 微机系统的总线
1-输入/输出设备 2-数据总线 3-地址总线 4-控制总线 (4)输出回路
输出回路为微机与执行器件之间建立联系,它将微机作出的决策指令,转变为控制信号来驱动执行器进行工作。微机输出的是数字信号,而且输出电压也低,用这种输出信号一般不能驱动执行元件,因此需采用图1-111所示的输出回路,将其转换成可以驱动执行元件的输出信号。
图1-111 输出回路
1-微机 2-输出回路 3-喷油器
输出回路输出3个控制信号:喷油器控制信号、点火控制信号和电动汽油泵驱动信号。 喷油信号输出:微机计算出对应于发动机运行工况的喷油持续时间,即由此脉冲信号来控制驱动喷油器喷油。喷油器驱动电路具有缸序判别与定时两个功能,缸序判别是保证发出的喷油脉冲的时序与发动机工作次序相对应;而定时则是保证喷油脉冲具有与微机计算所确定的脉冲宽度相等。
点火信号输出:微机根据所接收的转速、负荷和不同较正参数,计算出一个合理的点火
提前角。同时按发动机当时的工况数据,查明它所需要的点火接通角,点火信号的持续期即为相应的接通时间。点火输出回路输出放大的信号,控制初级电流,以使其在适当的点火时刻时,火花塞上有足够的能量。
电动汽油泵驱动信号:微机的输出端,通过油泵继电器接电动汽油泵。控制电路中的晶体管处于饱和状态时,继电器线圈导通,吸合油泵继电器开关,使电动汽油泵工作。晶体管截止时,电动汽油泵继电器开关被弹起,电动汽油泵就停止工作。
3、系统软件
控制系统中最主要的软件是主控程序,它主要负责对整个系统进行初始化,实现系统的工作时序、判定控制模式、控制点火角度和喷油脉冲信号的输出等。
软件中还有转速与负荷的处理程序,中断处理程序及查表程序。针对发动机使用要求预先确定点火角脉谱及喷油量脉谱,以及其他为匹配各工况而选定的修正系数、修正函数和常数等,都以离散数据的形式储存在微机的存储器中。