Tárgyak:
- bevezetés
- Tranzisztoros tranzisztor logika (TTL)
- Analóg érzékelőfeszültségek átalakítása digitális üzenetté
- Impulzusgenerátor jelének átalakítása digitális üzenetté
- Kimeneti jelek
Bevezetés:
A legtöbb esetben az érzékelőktől származó elektromos jeleket be kell állítani, mielőtt azokat a processzornak megjelenítenék. A működtetők a számítógép másik oldalán vezérelhetők. Ezek gyakran induktív áramkörök, amelyek gyakran kapcsolnak nagy áramokat. Az érzékelő jeleinek és működtető áramainak beállítására szolgáló hardvert interfész áramköröknek nevezzük. Egy interfész áramkör biztosítja az analóg feszültség digitális feszültséggé történő átalakítását.
- érzékelők kis áramerősséggel továbbít feszültséget. Az interfész áramkör a feszültséget digitális értékké (0 vagy 1) alakítja át.
Az áramerősség alacsony szenzorjel mellett; - Működtetők nagyobb áramot igényelnek.
A vezérlő működtetők, az ECU-ban találhatók tranzisztorok vagy FET-ek (kombinációi) formájában, amelyeket „meghajtóknak” is neveznek. Erről részletesebben a „Kimeneti jelek” részben fogunk beszélni.
Az alábbi képen egy (benzin)motor-vezérlő rendszer érzékelői és működtetői láthatók. Az érzékelők legfelső csoportja (a gázpedál helyzetérzékelőjétől a lambda érzékelőkig) az „analóg” kategóriába tartozik. Ez azt jelenti, hogy a bejövő szenzorfeszültségeket először az ADC-ben (analóg-digitális konverter) kell digitalizálni. Az érzékelők alsó csoportja (a főtengely helyzetérzékelője a jármű sebességérzékelőjéhez) már digitálisan szolgáltatja a jelét. A be- és kikapcsolási jelek vagy blokkfeszültségek közvetlenül a CPU-ra kerülnek.
A jobb oldali állítóműveket egy végfok vezérli. A kimeneti fokozat, amelyet meghajtónak is neveznek, több tranzisztorból álló áramkörből áll, amelyek a számítógép vezérlőimpulzusaiból használható feszültséget és áramot állítanak elő az aktuátor vezérléséhez.
Tranzisztoros tranzisztor logika (TTL):
A processzor 5 voltos feszültséggel működik. A bemeneti és kimeneti feszültség ezért 0 és 5 volt között van korlátozva (TTL szint, a Transistor Transistor Logic rövidítése). Az ettől a feszültségszinttől eltérő jelek esetén egy interfész áramkörben történik a beállítás.
Az alábbi képek bemutatják, hogyan képződik 1 vagy 0 a kapcsoló helyzetéből. Egy felhúzó ellenállás segítségével az 5 voltos feszültség a logikus 1 a processzor bemenetén, amikor a kapcsolót kinyitják. A felhúzó ellenálláson lévő feszültség ekkor nincs földelve.
Amikor a kapcsolók zárnak, feszültségesés következik be a felhúzó ellenálláson. A processzor bemenetén lévő 0 voltos feszültséget a következőképpen látjuk logikus 0.
A nyitott és zárt kapcsolók kombinációja egyesek és nullák sorozatát eredményezi. Az ábrán a 8 bites üzenet a processzornak: 00101001.
Egy 8 bites processzornál a nyolc bit egyidejű olvasása ciklusonként. A következő ciklus során, amely az óra következő „ketyegése” alatt történik (lásd a rendszerbusz az ECU működéséről szóló oldalon) nyolc új bites sorozat következik.
Analóg érzékelőfeszültségek átalakítása digitális üzenetté:
A digitális bemeneti jeleket közvetlenül a processzor dolgozza fel. Az analóg jelek először digitális jellé alakulnak az A/D átalakítóban. Példaként vesszük egy turbónyomás-érzékelő analóg feszültséggörbéjét:
- alapjáraton a feszültség körülbelül 1,8 volt;
- gyorsításkor a feszültség közel 3 voltra emelkedik.
A feszültségváltozást nem lehet közvetlenül a processzorban feldolgozni. Először a mért feszültséget decimális értékre kell konvertálni (0 és 255 között).
0 és 5 volt közötti tartományban, 0 és 255 közötti decimális értékkel (tehát 256 lehetőség). Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy ha 5 voltot elosztunk 256 lehetőség között, akkor 19,5 mV (0,0195 volt) lépések tehetők.
A fenti példa egy turbónyomás-érzékelő feszültségének alakulását mutatja az idő függvényében. A hőmérséklet-érzékelő és a gázpedál helyzetérzékelő feszültséggörbéje megegyezik, csak más időkeretben: a hűtőfolyadék felmelegítése tovább tart, mint a turbó tekercselése.
Ebben a részben korábban volt egy kép, amely az analóg jelek egy kategóriáját mutatja. Ez többek között a hőmérséklet-érzékelőt és a gázpedál helyzetérzékelőjét mutatja. Az analóg feszültség 8 bites információs egységgé alakul az A/D konverterben. Sok több bemenettel rendelkező processzornak csak egy A/D konvertere van. Több analóg jelet egy jellé egyesítenek multiplexelés segítségével.
Ebben a példában egy A/D konvertert látunk nyolc bemenettel. A 0 érintkezőn 2 V feszültség van. Az E1-E7 érintkezők egyidejűleg feszültséggel is elláthatók. Ezeket multiplexeléssel egyenként digitális üzenetté alakítjuk.
A 2 voltos feszültség bináris értékké alakul. A következő képlettel átalakíthatjuk az analóg feszültséget decimális értékre, majd bináris értékre:
2v / 5v * 255d = 102d
Itt elosztjuk a bemeneti feszültséget (2v) a maximális feszültséggel (5v), és ezt megszorozzuk a maximális decimális értékkel (255).
Egy kis számítással vagy egy ügyes trükk végrehajtásával a 255d decimális számot átválthatjuk 01100110 bináris értékre.
Ehhez lásd az oldalt: bináris, decimális, hexadecimális.
A következő táblázat a különböző feszültségekhez tartozó decimális, bináris és hexadecimális értékeket mutatja.
Élő adatok olvasásakor az érzékelő jelének decimális, bináris vagy hexadecimális értéke jelenhet meg.
- A <0,5 voltos (025d) feszültségjel testzárlatnak minősül;
- Ha a jel 4,5 volt (220d) fölé emelkedik, a számítógép ezt rövidzárlatként fordítja le.
Az impulzusgenerátor jeleinek átalakítása digitális üzenetté:
Az impulzusgenerátorok jelei, beleértve az induktív főtengely helyzetérzékelőt is, valójában be- és kikapcsolási jelek, amelyek azután keletkeznek, hogy az impulzuskerék fogai elhaladtak az érzékelőn. Az érzékelő váltakozó feszültségét először négyszöghullámú feszültséggé kell alakítani, mielőtt a jel a processzorhoz kerül.
Az ábrán egy szinuszos váltakozó feszültséget látunk az interfész bal oldalán. Az interfész elektronikában ezt a váltakozó feszültséget négyszöghullámú feszültséggé alakítják át. Ezt a blokkfeszültséget az időzítő/számláló blokk olvassa le: amikor az impulzus magas, a számláló elkezd számolni, és leállítja a számlálást, ha az impulzus ismét magas lesz. A számlálások száma a periódusidő mértéke. a jel frekvenciája.
Az alábbi képen az induktív főtengely-érzékelő jelét látjuk piros pontokkal a felső szárnyakon. A piros pontok olyan feszültségre vannak beállítva, amely növeli (logikai 1) vagy csökkenti (logikai 0) a blokkfeszültséget. A magyarázat a kép alatt folytatódik.
Az érzékelő feszültsége azonban soha nem teljesen tiszta. A feszültségprofilban mindig lesz egy kis ingadozás. Ebben az esetben előfordulhat, hogy az interfész elektronika ezt hibásan logikai 0-ként jelzi, miközben valójában 1-nek kell lennie.
Az alábbi szkóp kép futás közben készült BMW Megasquirt projekt. A szkóp képen az induktív főtengely jelének digitalizálása (sárga) látható (piros). A képen jól látható, hogy a sárga blokkjelben hiányzó impulzusok vannak, míg a főtengely jelben ebben a pillanatban hiányzó fog nem halad el.
Annak érdekében, hogy a feszültségprofil kis ingadozásai ne okozzanak az ECU helytelen értelmezését, úgynevezett hiszterézist építettek be. A hiszterézis a feszültségprofil felfutó és lefutó élei közötti különbség. Az alábbi képen azt látjuk, hogy a felfutó éleken lévő piros pontok nagyobb feszültségűek, mint a lefutó éleken lévő piros pontok. Így biztosak lehetünk abban, hogy a jel kis ingadozása nem befolyásolja a digitális átalakítást.
Az első bekezdésben, ahol az impulzusjel digitális jellé alakításáról indultunk ki, már szó volt arról, hogy a jel frekvenciáját a négyzetjel két felfutó éle közötti idő alapján határozzuk meg. Ezekből a példákból egyértelműen kikövetkeztethető, hogy a hiszterézis befolyásolja a négyszögjel szélességét, de nincs befolyása a felfutó élek közötti időre, ezért nincs befolyása a jel frekvenciájára.
Megfelelően beállított hiszterézis esetén a szinuszos jel megfelelően alakítható át használható négyszöghullámú feszültséggé, és csak a többszörös logikai azokon a helyeken, ahol a hiányzó fog áthalad.
Kérjük, vegye figyelembe, hogy a MegaSquirt ECU beállítása során megváltoztak a beállítások, beleértve az emelkedő és csökkenő vonalak kioldását. Ennek eredményeként az első példában a hiányzó fog átengedésekor a feszültség 0 volt, az alatti képen pedig 5 volt.
Kimeneti jelek:
A kimeneti jelek 0 és 5 volt közötti (TTL szint) közötti feszültségtartományú, nagyon alacsony áramerősségű digitális be/ki impulzusokból állnak. Az aktuátorok azonban magasabb feszültségszintekkel és áramerősségekkel vezérlést igényelnek.
A be/ki jelek impulzusszélesség modulálhatók (PWM), ahol az impulzusszélesség állandó frekvencián változhat.
A következő ábra egy négyszöghullám-feszültséget mutat TTL szinten az idő függvényében. A munkaciklus ennek a PWM jelnek az 50%-a.
Meghajtókra van szükség a működtetők vezérléséhez. A digitális kimeneti jellel a szükséges áramerősség egy meghajtóval érhető el. A következő részben a járművezetőkről lesz szó.
Meghajtókat találunk minden ECU-ban és egyes működtetőkben, például a DIS gyújtótekercsében. A meghajtót kimeneti fokozatnak vagy teljesítménytranzisztornak is nevezik. A meghajtó lehetővé teszi a kimenő jelek TTL-szintű konvertálását: 0–5 volt, alacsony, 1 mA-es áramerősséggel az ECU-tól legfeljebb 14 voltos feszültségig és körülbelül 10 A-ig terjedő áramig.
Egy illesztőprogram több dolgot is csatlakoztathat tranzisztorok tartalmaz. Az ilyen tranzisztort ""Darlington tranzisztor“. A következő képeken a következő áramkörök láthatók:
- Darlington áramkör vázlata két tranzisztorral a gyújtótekercs vezérléséhez (forrás: BU941ZR adatlap).
- Két tranzisztor, mindegyik Darlington áramkörrel (BU941ZR)
- Meghajtó IC-k Darlington áramkörökkel és további elektronikával, többek között a hőmérsékletvédelemhez és a mikroprocesszorhoz való visszacsatoláshoz.
Az oldalon: aktorok vezérlési módjai A passzív, aktív és intelligens aktuátorok (teljesítmény)tranzisztor vagy FET segítségével történő vezérlését részletesebben tárgyaljuk.
