تشغيل وحدة التحكم الإلكترونية

المواضيع:

مقدمة
نظام الحافلات
المعالج (CPU)
ذاكرة وصول العشوائي
ذاكرة القراءة فقط

مقدمة:
تستقبل وحدة التحكم الإلكترونية أو بيانات القياس من أجهزة الاستشعار، وتعالج المعلومات وتجري حسابات للتحكم في المحركات. يوضح الشكل أدناه رسمًا تخطيطيًا لنظام التحكم.

أجهزة الاستشعار هي أجهزة استشعار تستجيب لكمية مادية. تقوم الإلكترونيات الموجودة في المستشعر بتحويل ذلك إلى إشارة كهربائية. تستقبل وحدة التحكم الإلكترونية هذه الإشارة الكهربائية على أنها "مدخل" وتقارن هذه الإشارة بالقيمة المبرمجة مسبقًا. اعتمادًا على الغرض من الإشارة، يتم التحكم عن طريق ضبط التحكم في المشغل وفقًا لذلك.

يوضح الشكل التالي وحدة التحكم الإلكترونية مع ثلاث وصلات توصيل. من اليسار إلى اليمين: مصدر الطاقة والشبكة، وأجهزة الاستشعار، والمحركات.

في نظام إدارة محرك البنزين نجد، من بين أمور أخرى، أجهزة الاستشعار التالية:

مستشعر موضع العمود المرفقي لقياس سرعة العمود المرفقي؛
مستشعر درجة حرارة سائل التبريد لقياس تسخين سائل التبريد؛
أجهزة استشعار موضع الخانق لقياس موضع صمام الخانق وبالتالي حمل المحرك؛
MAP أو مقياس كتلة الهواء لقياس الضغط السلبي أو تدفق الهواء؛
مستشعر لامدا لقياس محتوى الأكسجين في غازات العادم؛
أجهزة الاستشعار البارومترية وأجهزة استشعار درجة حرارة الهواء الداخل؛
اضغط على المستشعر لدفع الإشعال إلى أقصى حد ممكن.

تعمل المستشعرات المذكورة أعلاه كمدخل للتحكم في الحاقنات وملف (ملفات) الإشعال. ولهذا الغرض يتم البحث عن جميع قيم الحساسات في حقل الخصائص المبرمج مسبقاً.

نحن نأخذ التحكم في الحاقن كمثال. عند سرعة المحرك الخامل، تقوم الحاقنات بحقن عدد × من الدرجات بعد TDC.

عند درجة حرارة سائل التبريد المنخفضة، يتم تمديد وقت الحقن (التخصيب)؛
عند التسارع بلطف، يتم تمديد وقت الحقن أيضًا. يتم أيضًا إجراء قياس يتتبع مدى سرعة الضغط على دواسة الوقود: عند الضغط على دواسة الوقود بالكامل بشكل مفاجئ، يحدث إثراء إضافي؛
يؤثر الضغط السلبي في مشعب السحب على توقيت الحقن ومدته؛
يقيس مستشعر لامدا (على سبيل المثال، مستشعر القفز) ما إذا كان الخليط غنيًا جدًا أو قليلًا جدًا. إذا كان الخليط هزيلًا جدًا لعدد من دورات العمود المرفقي، فسيتم تمديد وقت الحقن باستخدام زخارف الوقود حتى يصبح الخليط متكافئًا مرة أخرى؛
يقوم المستشعر البارومتري ومستشعر درجة حرارة الهواء الداخل بقياس ضغط الهواء ودرجة الحرارة لتحديد مستوى الأكسجين في الهواء الممتص.

وبالتالي فإن مدة الحقن تعتمد على قيم تصل إلى خمسة أجهزة استشعار. وفي المحركات الحديثة، يلعب المزيد من أجهزة الاستشعار دورًا في هذا الأمر.

أثناء وبعد التحكم في المشغل، تقوم المستشعرات بتغذية المعلومات إلى وحدة التحكم الإلكترونية. تتم مقارنة القيمة المقاسة مع القيمة المطلوبة في البرنامج. يمكن استخدام ذلك لتحديد ما إذا كان التحكم في المشغل يمكن أن يظل ثابتًا، أو يجب تقصيره، أو تمديده. ولذلك تعمل وحدة التحكم الإلكترونية كوحدة تحكم، مما يؤدي إلى إنشاء حلقة تحكم.

يوضح الشكل التالي رسمًا تخطيطيًا يتم فيه تحديد وقت الحقن الأساسي من سرعة العمود المرفقي مقارنة بالضغط المنخفض في مشعب السحب، وهو مقياس لحمل المحرك. تشكل درجات الحرارة ومستشعر لامدا عامل تصحيح ولكل منها مجالها المميز.

نظام الحافلات:
يقوم ناقل النظام بإجراء اتصالات بين المكونات الموجودة في وحدة التحكم الإلكترونية (انظر الصورة أدناه). في الجزء العلوي من وحدة التحكم الإلكترونية نجد الساعة. ينتج هذا المذبذب المزعوم جهد موجة مربعة بتردد يبلغ عادة 16 ميجا هرتز. يحدد تردد الساعة سرعة وحدة التحكم. يتم تنسيق المكونات في حلقة التحكم بواسطة هذا المؤقت.

ترتبط وحدة المعالجة المركزية والذاكرة وواجهة الإدخال/الإخراج (الإدخال/الإخراج) مع ناقل النظام، الذي يتكون من اتصالات متعددة على لوحة الدوائر المطبوعة. يمكننا تقسيم هذه إلى:

ناقل العنوان: يضمن هذا الناقل نقل البيانات من المعالج الدقيق إلى مواقع معينة في الذاكرة؛
ناقل البيانات: يتم نقل البيانات بين الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية والواجهات عبر ناقل البيانات؛
ناقل التحكم: يعمل كوحدة تحكم عن طريق إجراء تحديدات القراءة والكتابة والطلبات وإعادة التعيين بناءً على توقيت ساعة النظام.

المعالج (CPU):
المعالج (وحدة المعالجة المركزية) هو قلب الحاسوب. يتم إنشاء الدوائر التوافقية، التي تتكون من عدد هائل من بوابات AND وOR وNOT، في وحدة التحكم الإلكترونية عن طريق البرامج. يتم تقديم عدد من التعليمات (البرنامج) أثناء تصنيع المعالج. تقوم هذه التعليمات بتنفيذ الإجراءات ووضعها بالترتيب الصحيح. مثال:

يتم تخزين الحروف الأبجدية رقميا في المعالج. في الواقع، لن تكون حروفًا، بل تعليمات رقمية تمثل إجراءات بسيطة؛
ومن خلال ترتيب الحروف بالترتيب الصحيح يمكننا تكوين الكلمات؛
ومن خلال وضع الكلمات بالترتيب الصحيح يمكننا تكوين جمل؛
الجمل تصنع القصة: في الواقع برنامج الكمبيوتر.

تم إدخال برنامج وضع التعليمات التي يعرفها المعالج بالترتيب الصحيح في البرنامج بواسطة المبرمج. يتم تحميل هذا البرنامج في ذاكرة فلاش وحدة التحكم الإلكترونية.

عند بدء تشغيل وحدة التحكم الإلكترونية، يتم استرداد التعليمات من ذاكرة الفلاش وتنفيذها واحدًا تلو الآخر بواسطة المعالج، وفقًا للساعة. بعد تشغيل البرنامج وانتهاءه، تبدأ الدورة مرة أخرى.

يتم تحميل البيانات المطلوبة لتحميل البيانات مثل توقيت الإشعال من ذاكرة ROM. يقوم المعالج بالتمهيد من ذاكرة ROM ونسخ البيانات من ROM إلى ذاكرة الوصول العشوائي. بعد التشغيل، تقوم وحدة المعالجة المركزية باسترداد جميع البيانات والأوامر من ذاكرة الوصول العشوائي السريعة. تعد ذاكرة RAN الصغيرة نسبيًا ضرورية لتخزين البيانات والقيم المتوسطة المحسوبة مؤقتًا.

يتم توصيل وحدة المعالجة المركزية بالذاكرة عبر ناقل العناوين وناقل البيانات.

المجموعة: يتم تخزين البتات في ذاكرة الوصول العشوائي
تمكين: يتم استرداد البتات من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).

يمكن أن تتضمن وحدات البت والبايت من البيانات الموجودة في ذاكرة الوصول العشوائي ما يلي:

الأرقام: البيانات من أجهزة الاستشعار / البيانات إلى المحركات / الحسابات
عناوين أجهزة الاستشعار (الإدخال) والمحركات (الإخراج)

البيانات الموجودة في ذاكرة الوصول العشوائي يمكن أن تكون:

الحروف: رموز ASCII والأرقام والحروف والرموز
التعليمات: مجموعة تعليمات المعالج

يعمل المعالج وفق ما يسمى ISA (بنية مجموعة التعليمات) أو مجموعة التعليمات. إن ISA عبارة عن قائمة من التعليمات المبرمجة من قبل الشركة المصنعة ويستخدمها المعالج. يختلف ISA لكل معالج ويعتمد بشكل كبير على التطبيق الذي يُستخدم المعالج من أجله. فيما يلي بعض الأمثلة:

تحميل يقوم المعالج باسترداد قيمة من ذاكرة الوصول العشوائي
STORE يقوم المعالج بتخزين قيمة في ذاكرة الوصول العشوائي
ADD يقوم المعالج بإضافة رقمين معًا
CLR يقوم المعالج بمسح قيمة في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).
مقارنة يقوم المعالج بمقارنة رقمين مع بعضهما البعض
JUMP إذا انتقل المعالج إلى عنوان ذاكرة محدد في ذاكرة الوصول العشوائي (الحالة من المقارنة)
يقوم المعالج بإرسال المعلومات إلى المخرج
في المعالج يطلب المعلومات من المدخلات

لكي يعمل المعالج بأقصى سرعة على مدار الساعة، فإنه يستخدم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) الداخلية. وتسمى هذه "السجلات". تعد السجلات بمثابة كتل وظيفية ذات أهمية خاصة في العديد من الأنظمة الرقمية. وهي تتألف من مجموعة من الدوائر المتقلبة التي يمكنها الاحتفاظ مؤقتًا (وبالتالي تذكر) رقمًا ثنائيًا. الأنواع المختلفة للسجلات هي:

سجل: قم بالتسجيل لإدخال ALU
سجل B: قم بالتسجيل لإدخال B إلى ALU
سجل العمل: للأغراض العامة، لتخزين النتائج (المؤقتة).
سجل التعليمات: يتم تخزين التعليمات الحالية التي سيتم تنفيذها للمعالج هنا
سجل العناوين (عداد البرامج): يحتوي على عنوان التعليمة التالية التي سيتم تنفيذها
سجل العلم: الرقم (بعد الحساب) هو: صفر، سالب، موجب، كبير جدًا، زوجي أو فردي
سجل النقطة العائمة: رقم مكون من أرقام بعد العلامة العشرية
سجل التحول: الذاكرة التي تنتقل فيها البيانات بمقدار بت واحد خلال كل نبضة على مدار الساعة
تسجيل بيانات الذاكرة: المخزن المؤقت بين وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي لبيانات الذاكرة
تسجيل عنوان الذاكرة: المخزن المؤقت بين وحدة المعالجة المركزية وذاكرة الوصول العشوائي لعنوان الذاكرة

تقوم وحدة المنطق الحسابي (ALU) بتنفيذ كافة العمليات الحسابية والمنطقية (AND، OR، NOT، وما إلى ذلك).

2 مدخلات إلى ALU: A وB
الإدخال 1: ما هي العملية التي يجب أن تقوم بها وحدة ALU؟
1 الإخراج: R (النتيجة) يذهب إلى السجل
1 الإخراج: تسجيل العلم

توضح الصورة أدناه وحدة ALU المبسطة (يسار) ووحدة ALU مع تمثيل تخطيطي للبوابات المنطقية (يمين).

1. يريد ALU إرسال 01010101

2. أولاً يجب على وحدة التحكم إنشاء المجموعة "1".

3. اكتمال التسجيل

4. بعد ذلك، يتم تمكين "1".

5. يتم وضع البيانات من وحدة ALU على متن حافلة

تريد وحدة المعالجة المركزية استرداد البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي:

1. ترسل وحدة المعالجة المركزية عنوانًا إلى ذاكرة الوصول العشوائي (01001001)

2. وحدة المعالجة المركزية تريد تلقي المعلومات؛ "تمكين" = 1

3. تقوم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) بإرسال البيانات من العنوان 01001001 إلى وحدة المعالجة المركزية (CPU).

4. تقوم وحدة المعالجة المركزية بمعالجة المعلومات

تريد وحدة المعالجة المركزية تخزين البيانات في ذاكرة الوصول العشوائي:

1. ترسل وحدة المعالجة المركزية عنوانًا إلى ذاكرة الوصول العشوائي (01001011)

2. وحدة المعالجة المركزية تريد تخزين المعلومات؛ "المجموعة" = 1

3. تقوم وحدة المعالجة المركزية بإرسال البيانات (00111100) إلى العنوان 01001011 في ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).
تتم الآن الكتابة فوق البيانات الموجودة في ذاكرة الوصول العشوائي من: 11111001 إلى: 00111100

ذاكرة القراءة فقط:
ROM هو اختصار لـ: ذاكرة القراءة فقط. تمت برمجة هذه الذاكرة من قبل الشركة المصنعة. يتم ترتيب دائرة الذاكرة بوصلات ثابتة. تقوم وحدة التحكم الإلكترونية ببدء تشغيل البرنامج (التمهيد) من ذاكرة ROM. ذاكرة ROM هي ذاكرة بطيئة. أثناء بدء التشغيل، يتم نسخ البيانات من ذاكرة الوصول العشوائي (ROM) إلى ذاكرة الوصول العشوائي (RAM).

فيما يلي أربعة أمثلة لقراءة ROM.

الصفحات ذات الصلة: