Předměty:
- Úvod
- Systémová sběrnice
- Procesor (CPU)
- paměti RAM
- paměti ROM
Předmluva:
ECU přijímá nebo naměřená data ze senzorů, zpracovává informace a provádí výpočty pro řízení aktuátorů. Níže uvedený obrázek ukazuje blokové schéma řídicího systému.
Senzory jsou senzory, které reagují na fyzikální veličinu. Elektronika v senzoru to převádí na elektrický signál. ECU přijímá tento elektrický signál jako „vstup“ a porovnává tento signál s předem naprogramovanou hodnotou. V závislosti na tom, k čemu je signál určen, probíhá řízení odpovídajícím nastavením ovládání akčního členu.
Následující obrázek ukazuje ECU se třemi konektory. Zleva doprava: napájení a síť, senzory, akční členy.
V systému řízení zážehového motoru najdeme mimo jiné následující senzory:
- snímač polohy klikového hřídele pro měření otáček klikového hřídele;
- snímač teploty chladicí kapaliny pro měření zahřívání chladicí kapaliny;
- snímače polohy škrticí klapky pro měření polohy škrticí klapky a tím i zatížení motoru;
- MAP nebo měřič hmotnosti vzduchu pro měření podtlaku nebo průtoku vzduchu;
- lambda sonda pro měření obsahu kyslíku ve výfukových plynech;
- barometrický snímač a snímače teploty nasávaného vzduchu;
- snímač klepání, aby se zapalování posunulo co nejvíce.
Výše uvedené snímače slouží jako vstup pro ovládání vstřikovačů a zapalovací cívky (cívek). Za tímto účelem jsou všechny hodnoty senzoru vyhledány v předem naprogramovaném poli charakteristiky.
Jako příklad uvádíme ovládání vstřikovače. Při volnoběžných otáčkách motoru vstřikují vstřikovače x počet stupňů po TDC.
- Při nízké teplotě chladicí kapaliny se prodlouží doba vstřiku (obohacení);
- Při jemné akceleraci se prodlouží i doba vstřiku. Provádí se také měření, které sleduje, jak rychle je sešlápnut plynový pedál: při náhlém plném plynu dojde k dodatečnému obohacení;
- Podtlak v sacím potrubí ovlivňuje načasování a dobu vstřikování;
- Lambda sonda (například skoková sonda) měří, zda je směs příliš bohatá nebo chudá. Pokud je směs pro řadu otáček klikového hřídele příliš chudá, prodlouží se doba vstřiku pomocí korekcí paliva, dokud směs není opět stechiometrická;
- Barometrické čidlo a čidlo teploty nasávaného vzduchu měří tlak a teplotu vzduchu pro určení hladiny kyslíku v nasávaném vzduchu.
Délka vstřiku tedy závisí na hodnotách až pěti senzorů. U moderních motorů v tom hraje roli ještě více senzorů.
Během a po ovládání akčního členu posílají senzory informace zpět do ECU. Naměřená hodnota je porovnána s požadovanou hodnotou v softwaru. To může být použito k určení, zda ovládání akčního členu může zůstat konstantní, musí být zkráceno nebo prodlouženo. ECU tedy funguje jako regulátor a vytváří regulační smyčku.
Na následujícím obrázku je schéma, ve kterém je základní doba vstřiku určena z otáček klikového hřídele v porovnání s podtlakem v sacím potrubí, který je měřítkem zatížení motoru. Teploty a lambda sonda tvoří korekční faktor a každá má své vlastní charakteristické pole.
Systémová sběrnice:
Systémová sběrnice vytváří spojení mezi komponenty v ECU (viz obrázek níže). V horní části ECU najdeme hodiny. Tento takzvaný oscilátor vytváří obdélníkové napětí s frekvencí obvykle 16 mHz. Frekvence hodin určuje rychlost řídicí jednotky. Komponenty v regulační smyčce jsou koordinovány tímto časovačem.
CPU, paměť a I/O rozhraní (I/O znamená: vstup / výstup) jsou propojeny systémovou sběrnicí, která se skládá z více spojů na desce plošných spojů. Můžeme je rozdělit na:
- adresová sběrnice: tato sběrnice zajišťuje přenos dat z mikroprocesoru do určitých paměťových míst;
- datová sběrnice: data mezi pamětí, CPU a rozhraními jsou přenášena přes datovou sběrnici;
- řídicí sběrnice: slouží jako řadič tím, že provádí výběry pro čtení a zápis, požadavky a resety na základě časování systémových hodin.
Procesor (CPU):
Procesor (Central Processing Unit) je srdcem počítače. Kombinační obvody, které se skládají z obrovského počtu hradel AND, OR a NOT, jsou sestaveny v ECU pomocí softwaru. Řada instrukcí (softwaru) je zapečena při výrobě procesoru. Tyto pokyny provádějí akce a řadí je do správného pořadí. Příklad:
- písmena abecedy jsou digitálně uložena v procesoru. Ve skutečnosti to nebudou dopisy, ale digitální instrukce, které představují jednoduché akce;
- seřazením písmen do správného pořadí můžeme vytvořit slova;
- seřazením slov do správného pořadí můžeme vytvářet věty;
- věty tvoří příběh: ve skutečnosti počítačový program.
Program pro vložení instrukcí známých procesoru do správného pořadí byl zapečen do softwaru programátorem. Tento program se nahraje do flash paměti ECU.
Když je ECU spuštěna, instrukce jsou načteny z flash paměti a vykonávány procesorem jedna po druhé v souladu s hodinami. Po spuštění a ukončení programu se cyklus znovu spustí.
Data potřebná k načtení dat, jako je časování zapalování, se načtou z paměti ROM. Procesor se zavede z paměti ROM a zkopíruje data z ROM do RAM. Po nabootování CPU získá všechna data a příkazy z rychlé paměti RAM. Pro dočasné ukládání dat a vypočtených mezihodnot je nezbytná relativně malá paměť RAN.
CPU je připojeno k paměti přes adresovou sběrnici a datovou sběrnici.
- Set: bity jsou uloženy v paměti RAM
- Povolit: bity se načítají z paměti RAM
Bity a bajty dat v paměti RAM mohou zahrnovat:
- čísla: data ze senzorů / data do akčních členů / výpočty
- adresy senzorů (vstup) a aktorů (výstup)
Data v RAM mohou být:
- písmena: ASCII kódy, čísla, písmena, symboly
- instrukce: instrukční sada procesoru
Procesor pracuje podle tzv. ISA (Instruction Set Architecture) neboli instrukční sady. ISA je seznam instrukcí naprogramovaných výrobcem a používaných procesorem. ISA se u jednotlivých procesorů liší a velmi závisí na aplikaci, pro kterou je procesor použit. Níže uvádíme několik příkladů:
- LOAD procesor načte hodnotu z paměti RAM
- STORE procesor uloží hodnotu do paměti RAM
- PŘIDAT procesor sečte dvě čísla dohromady
- CLR procesor vymaže hodnotu v paměti RAM
- COMPARE procesor porovnává dvě čísla mezi sebou
- JUMP, POKUD procesor skočí na konkrétní adresu paměti v RAM (stav z porovnání)
- OUT procesor posílá informace na výstup
- IN procesor požaduje informace ze vstupu
Aby procesor mohl pracovat na plný takt, využívá vnitřní paměť RAM. Říká se jim „registry“. Registry jsou zvláště důležité funkční bloky v mnoha digitálních systémech. Skládají se z kolekce klopných obvodů, které mohou dočasně pojmout (a tím si zapamatovat) binární číslo. Různé typy registrů jsou:
- Registr A: registr pro vstup A do ALU
- Registr B: registr pro vstup B do ALU
- Pracovní rejstřík: obecný, pro ukládání (průběžných) výsledků
- Registr instrukcí: Zde je uložena aktuální instrukce, která má být pro procesor vykonána
- Adresový registr (programový čítač): obsahuje adresu další instrukce, která má být provedena
- Registr příznaků: číslo (po výpočtu) je: nula, záporné, kladné, příliš velké, sudé nebo liché
- Registr s plovoucí desetinnou čárkou: číslo s číslicemi za desetinnou čárkou
- Posunovací registr: paměť, ve které se data posunou o jeden bit během každého hodinového impulsu
- Memory Data Register: vyrovnávací paměť mezi CPU a RAM pro paměťová data
- Memory Address Register: buffer mezi CPU a RAM pro adresu paměti
ALU (Arithmetic Logic Unit) provádí všechny aritmetické a logické operace (AND, OR, NOT atd.).
- 2 vstupy do ALU: A a B
- 1 vstup: jakou operaci má ALU provést
- 1 výstup: R (Result) jde do registru
- 1 výstup: registr příznaků
1. ALU chce poslat 01010101
2. Nejprve musí řídicí jednotka vytvořit sadu „1“.
3. Registr je dokončen
4. Poté se provede Enable „1“.
5. Data z ALU jsou uložena na sběrnici
CPU chce získat data z RAM:
1. CPU odešle adresu do RAM (01001001)
2. CPU chce přijímat informace; "povolit" = 1
3. RAM posílá data z adresy 01001001 do CPU
4. CPU zpracovává informace
CPU chce ukládat data do RAM:
1. CPU odešle adresu do RAM (01001011)
2. CPU chce ukládat informace; "set" = 1
3. CPU odešle data (00111100) na adresu 01001011 v RAM.
Data v paměti RAM jsou nyní přepsána z: 11111001 na: 00111100
Paměť ROM:
ROM je zkratka pro: Read Only Memory. Tato paměť byla naprogramována výrobcem. Paměťový obvod je uspořádán s pevnými spoji. ECU spustí softwarový program (bootování) z paměti ROM. Paměť ROM je pomalá paměť. Během spouštění se data zkopírují z ROM do RAM.
Níže jsou uvedeny čtyři příklady čtení ROM.
Související stránky:
