汽車電腦的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

汽車控制系統(tǒng)中使用的計(jì)算機(jī)通常是微型計(jì)算機(jī)?；诖笠?guī)模集成電路的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的控制器和運(yùn)算器通常集成在一個(gè)芯片上，這個(gè)芯片叫做微處理器(CPU)。另外，輸入輸出接口電路通常稱為輸入輸出接口電路(簡稱i/o接口電路)，它和存儲(chǔ)器一樣，目前都可以用大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)。

以微處理器為核心，配有存儲(chǔ)器、i/o接口電路和外部設(shè)備，由系統(tǒng)總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)組成的汽車計(jì)算機(jī)簡稱汽車微型計(jì)算機(jī)。

汽車結(jié)構(gòu)框圖

計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

(1)微處理器(中央處理器，CPU)

微處理器是運(yùn)算器和控制器的總稱，是汽車計(jì)算機(jī)的控制和指揮中樞。它對(duì)汽車傳感器輸入的各種信息進(jìn)行處理、計(jì)算和判斷，然后輸出指令控制執(zhí)行器的動(dòng)作。例如，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的空燃比控制系統(tǒng)中，微處理器接收氣體傳感器輸出的信息，然后進(jìn)行分析計(jì)算，根據(jù)所需的噴油量ft調(diào)整噴油持續(xù)時(shí)間，并對(duì)供油量進(jìn)行修正，使空燃比在微處理器的監(jiān)督下達(dá)到最佳值，從而提高功率，降低油耗。

(2)記憶

存儲(chǔ)器是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序的部件，在汽車電腦中起記憶作用。

記憶由許多存儲(chǔ)單元組成。對(duì)于8位存儲(chǔ)器，每個(gè)單元存儲(chǔ)由8位二進(jìn)制數(shù)表示的信息——，就像汽車計(jì)算機(jī)一樣。八位二進(jìn)制數(shù)表示汽車或發(fā)動(dòng)機(jī)中某一裝置在某一工況下的工作狀態(tài)，如點(diǎn)火時(shí)間、噴油量、變速器檔位等。以及一個(gè)最大值為11 11 11 11的八位二進(jìn)制數(shù)，相當(dāng)于十進(jìn)制數(shù)的255，也就是為了讓微處理器找到需要的信息，存儲(chǔ)器中的每個(gè)存儲(chǔ)單元都有一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)叫做地址，地址也是用二進(jìn)制數(shù)來表示的。

內(nèi)存可以分為兩種，一種是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)，一種是只讀存儲(chǔ)器(ROM)。

隨機(jī)存取存儲(chǔ)器

RAM是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的縮寫，意思是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器既可以向其寫入信息，也可以從中讀取信息，所以也叫讀寫存儲(chǔ)器。

RAM主要用于存儲(chǔ)汽車計(jì)算機(jī)運(yùn)行過程中的變量數(shù)據(jù)，如汽車計(jì)算機(jī)的輸入輸出數(shù)據(jù)和計(jì)算過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)。可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用或用新數(shù)據(jù)替換(重寫)它。RAM在汽車電腦中起到臨時(shí)存儲(chǔ)信息的作用。當(dāng)電源切斷時(shí)，存儲(chǔ)在RAM中的所有數(shù)據(jù)將完全消失。汽車運(yùn)行時(shí)，RAM中存儲(chǔ)的一些數(shù)據(jù)，如故障碼、空燃比學(xué)習(xí)修正值等。可長時(shí)間保存，防止點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)斷電造成數(shù)據(jù)丟失。一般來說，這些ram是通過專門的電源備用電路直接連接到電池上的，因此它們不受點(diǎn)火開關(guān)的控制。當(dāng)然，當(dāng)專用電源的待機(jī)電路被切斷或電池上的電源線。

只讀存儲(chǔ)器

ROM是只讀存儲(chǔ)器的縮寫，意思是只讀存儲(chǔ)器。也就是說，這個(gè)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的信息不能隨意更改，只能在工作時(shí)讀取，不能寫入ROM。特點(diǎn)是信息存儲(chǔ)后永遠(yuǎn)不會(huì)消失。所以經(jīng)常用來存儲(chǔ)程序和一些重要的數(shù)據(jù)，所以根據(jù)寫入ROM的方法不同也叫程序存儲(chǔ)器。ROM可分為四種：掩模ROM、可編程ROM (PROM)、紫外可擦可編程ROM(EPROM)和電可擦可編程ROM(EEPROM)。

(3)輸入/輸出接口

輸出設(shè)備(也稱外部設(shè)備)是汽車微型計(jì)算機(jī)通過接口電路與微處理器相連的常用外部設(shè)備。傳感器、發(fā)光二極管顯示器(led)、真空陰極熒光顯示器(VFD)、液晶顯示器(LCD)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、致動(dòng)器等。)由于其復(fù)雜性和多樣性，它通常不直接連接到微處理器。因此接口電路必須用于隔離、轉(zhuǎn)換或鎖存，所以接口電路是保證外設(shè)與微處理器之間信息和數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)碾娐?，起著?shù)據(jù)緩沖、電平匹配、時(shí)序匹配等多種功能。

(4)公共汽車

計(jì)算機(jī)的上述三個(gè)主要部件，微處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路，通過系統(tǒng)總線連接。

根據(jù)傳輸信號(hào)的不同，系統(tǒng)可以分為三種類型：數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。

總線：

通常，八條雙向總線用于微處理器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

地址：

一般有十六條單向總線，微處理器通過地址總線輸出地址，選擇某個(gè)存儲(chǔ)單元或某個(gè)I/O接口。

控制總線：

微處理器發(fā)送或接收的控制信息和狀態(tài)信息的傳輸用“讀”或“寫”來表示，即數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚砥?，“寫”即?shù)據(jù)由微處理器輸出，通過它微處理器可以隨時(shí)了解各設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)需要隨時(shí)向相關(guān)設(shè)備發(fā)送控制命令。

大眾捷達(dá)（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）發(fā)動(dòng)機(jī)電腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖。

計(jì)算機(jī)是如何工作的。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，汽車微機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)，一些程序從ROM中取出，進(jìn)入微處理器。這些程序可以由微處理器控制，如控制點(diǎn)火時(shí)間、控制噴油、控制怠速等。在程序逐一執(zhí)行的過程中，所需的汽車信息來自各個(gè)傳感器。來自傳感器的信號(hào)首先進(jìn)入輸入接口以處理其信號(hào)。如果是數(shù)字信號(hào)，直接通過輸入接口進(jìn)入微處理器；如果是模擬信號(hào)，必須通過A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，才能通過輸入接口進(jìn)入計(jì)算機(jī)。大部分信息暫時(shí)存儲(chǔ)在RAM中，然后根據(jù)指令從RAM發(fā)送到微處理器。下一步是將存儲(chǔ)在ROM(或PROM)中的參考數(shù)據(jù)導(dǎo)入微處理器，依次對(duì)來自傳感器的每個(gè)信號(hào)進(jìn)行采樣，并與參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在比較這些數(shù)據(jù)之后，微處理器做出決定并發(fā)出輸出指令信號(hào)。必要的信號(hào)由d處理，如果是噴油器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制噴油正時(shí)和脈寬，完成噴油控制功能。

汽車工作時(shí)，微機(jī)的運(yùn)行速度相當(dāng)快，比如點(diǎn)火正時(shí)，每秒鐘可以校正幾百次，所以它的控制精度相當(dāng)高。

計(jì)算機(jī)的工作原理如圖所示。