Subyek:
- Inleiding
- Logika Transistor Transistor (TTL)
- Konversi tegangan sensor analog menjadi pesan digital
- Konversi sinyal pembangkit pulsa menjadi pesan digital
- Sinyal keluaran
Perkenalan:
Dalam kebanyakan kasus, sinyal listrik dari sensor harus disesuaikan sebelum disalurkan ke prosesor. Aktuator dikendalikan di sisi lain komputer. Ini sering kali merupakan rangkaian induktif yang sering mengalihkan arus besar. Perangkat keras untuk mengatur sinyal sensor dan arus aktuator disebut rangkaian antarmuka. Sirkuit antarmuka memastikan terjemahan tegangan analog ke digital.
- sensor mengirimkan tegangan dengan arus rendah. Rangkaian antarmuka mengubah tegangan menjadi nilai digital (0 atau 1).
Intensitas arus rendah dengan sinyal sensor; - Aktuator memerlukan arus yang lebih tinggi.
Om de aktuator kontrol, terletak di ECU dalam bentuk (kombinasi) transistor atau FET, yang disebut juga “driver”. Kami akan membahas ini lebih rinci di bagian “sinyal keluaran”.
Gambar di bawah menunjukkan sensor dan aktuator sistem manajemen mesin (bensin). Kelompok sensor teratas (dari sensor posisi pedal akselerator hingga sensor lambda) termasuk dalam kategori “analog”. Artinya tegangan yang masuk dari sensor harus didigitalkan terlebih dahulu di ADC (analog – digital converter). Kelompok sensor bawah (sensor posisi poros engkol hingga sensor kecepatan kendaraan) sudah memberikan sinyalnya secara digital. Sinyal on-off atau tegangan blok langsung diterapkan ke CPU.
Aktuator di sebelah kanan dikendalikan oleh tahap keluaran. Tahap keluaran, juga disebut driver, terdiri dari rangkaian beberapa transistor untuk menghasilkan tegangan dan arus yang dapat digunakan dari pulsa kontrol dari komputer untuk mengontrol aktuator.
Logika Transistor Transistor (TTL):
Prosesor bekerja dengan tegangan 5 volt. Oleh karena itu, tegangan input dan output dibatasi pada kisaran 0 hingga 5 volt (level TTL, disingkat Transistor Transistor Logic). Untuk sinyal yang menyimpang dari level tegangan ini, penyesuaian dilakukan di rangkaian antarmuka.
Gambar di bawah menunjukkan bagaimana angka 1 atau 0 terbentuk dari posisi saklar. Melalui resistor pull-up tegangan 5 volt menghasilkan a logis 1 pada input prosesor ketika saklar dibuka. Tegangan pada resistor pull-up kemudian tidak dihubungkan ke ground.
Ketika sakelar ditutup, penurunan tegangan terjadi pada resistor pull-up. Tegangan 0 volt pada input prosesor dilihat sebagai logis 0.
Kombinasi saklar terbuka dan tertutup menghasilkan rangkaian satu dan nol. Pada gambar, pesan 8-bit ke prosesor adalah: 00101001.
Dengan prosesor 8-bit, delapan bit dibaca secara bersamaan per siklus. Selama siklus berikutnya, yang terjadi pada “detik” jam berikutnya (lihat bus sistem di halaman tentang pengoperasian ECU) diikuti urutan dengan delapan bit baru.
Konversi tegangan sensor analog ke pesan digital:
Sinyal input digital diproses langsung oleh prosesor. Sinyal analog terlebih dahulu diubah menjadi sinyal digital pada konverter A/D. Sebagai contoh, kita mengambil kurva tegangan analog dari sensor tekanan turbo:
- saat idle tegangannya sekitar 1,8 volt;
- saat berakselerasi, tegangan naik hingga hampir 3 volt.
Perubahan tegangan tidak dapat diproses langsung di prosesor. Pertama, tegangan terukur harus diubah ke nilai desimal (0 hingga 255).
Dengan rentang 0 hingga 5 volt dan nilai desimal dari 0 hingga 255 (jadi 256 kemungkinan). Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa jika kita membagi 5 volt pada 256 kemungkinan, maka langkah sebesar 19,5 mV (0,0195 volt) dapat dibuat.
Contoh di atas menunjukkan perkembangan tegangan terhadap waktu sensor tekanan turbo. Kurva tegangan sensor suhu dan sensor posisi pedal akselerator sama, hanya dalam rentang waktu yang berbeda: memanaskan cairan pendingin membutuhkan waktu lebih lama dibandingkan memutar turbo.
Sebelumnya pada bagian ini terdapat gambar yang menunjukkan kategori sinyal analog. Hal ini antara lain ditunjukkan pada sensor suhu dan sensor posisi pedal akselerator. Tegangan analog diubah menjadi satuan informasi 8-bit di konverter A/D. Banyak prosesor dengan banyak pin masukan hanya memiliki satu konverter A/D. Beberapa sinyal analog digabungkan menjadi satu sinyal menggunakan multiplexing.
Dalam contoh ini kita melihat konverter A/D dengan delapan input. Terdapat tegangan 0 volt pada pin 2. Pin E1 hingga E7 dapat disuplai tegangan secara bersamaan. Ini diubah satu per satu menjadi pesan digital menggunakan multiplexing.
Tegangan 2 volt diubah menjadi nilai biner. Dengan rumus berikut kita dapat mengubah tegangan analog menjadi nilai desimal, lalu mengubahnya menjadi nilai biner:
2v / 5v * 255d = 102d
Di sini kita membagi tegangan input (2v) dengan tegangan maksimum (5v) dan mengalikannya dengan nilai desimal maksimum (255).
Dengan melakukan beberapa perhitungan atau melakukan trik yang rapi, kita dapat mengubah bilangan desimal 255d menjadi nilai biner 01100110.
Lihat halaman untuk ini: biner, desimal, heksadesimal.
Tabel berikut menunjukkan nilai desimal, biner, dan heksadesimal yang terkait dengan voltase berbeda.
Saat membaca data langsung, nilai desimal, biner, atau heksadesimal dari sinyal sensor dapat ditampilkan.
- Sinyal tegangan <0,5 volt (025d) dianggap sebagai hubungan pendek ke ground;
- Jika sinyal naik di atas 4,5 volt (220d), komputer menerjemahkannya sebagai korsleting dengan positif.
Konversi sinyal pembangkit pulsa menjadi pesan digital:
Sinyal dari generator pulsa, termasuk sensor posisi poros engkol induktif, sebenarnya merupakan sinyal hidup-mati yang muncul setelah gigi roda pulsa bergerak melewati sensor. Tegangan bolak-balik sensor terlebih dahulu harus diubah menjadi tegangan gelombang persegi sebelum sinyal disajikan ke prosesor.
Pada gambar kita melihat tegangan bolak-balik sinusoidal di sisi kiri antarmuka. Dalam elektronik antarmuka, tegangan bolak-balik ini diubah menjadi tegangan gelombang persegi. Tegangan blok ini kemudian dibaca oleh blok pengatur waktu/penghitung: ketika pulsa tinggi, pencacah mulai menghitung, dan berhenti menghitung ketika pulsa menjadi tinggi kembali. Jumlah hitungan adalah ukuran periode waktu. frekuensi sinyal.
Pada gambar di bawah kita melihat sinyal dari sensor poros engkol induktif dengan titik merah di sisi atas. Titik merah diatur ke tegangan untuk menaikkan (logika 1) atau menurunkan (logika 0) tegangan blok. Penjelasannya berlanjut di bawah gambar ini.
Namun tegangan sensor tidak pernah benar-benar murni. Akan selalu ada fluktuasi kecil pada profil tegangan. Dalam hal ini, elektronik antarmuka mungkin salah menunjukkan ini sebagai logika 0, padahal sebenarnya seharusnya 1.
Gambar lingkup di bawah ini direkam saat menjalankannya Proyek BMW Megasquirt. Gambar lingkup menunjukkan digitalisasi (kuning) sinyal poros engkol induktif (merah). Gambar tersebut dengan jelas menunjukkan adanya pulsa yang hilang pada sinyal blok kuning, sedangkan pada saat itu tidak ada gigi yang hilang yang lewat pada sinyal poros engkol.
Untuk memastikan bahwa fluktuasi kecil pada profil tegangan tidak menyebabkan interpretasi yang salah oleh ECU, apa yang disebut histeresis telah dibangun. Histeresis adalah perbedaan antara naik dan turunnya tepi profil tegangan. Pada gambar di bawah kita melihat bahwa titik-titik merah pada tepi naik mempunyai tegangan yang lebih tinggi daripada titik-titik merah pada tepi turun. Dengan cara ini kita dapat yakin bahwa fluktuasi kecil pada sinyal tidak mempengaruhi konversi digital.
Pada paragraf pertama di mana kita memulai tentang konversi sinyal pulsa menjadi sinyal digital, telah disebutkan bahwa frekuensi sinyal ditentukan berdasarkan waktu antara dua sisi naik dari sinyal persegi. Dalam contoh-contoh ini dapat dengan jelas disimpulkan bahwa histeresis memang mempengaruhi lebar sinyal persegi, namun tidak berpengaruh pada waktu antara tepi naik, dan oleh karena itu tidak berpengaruh pada frekuensi sinyal.
Dengan histeresis yang diatur dengan benar, sinyal sinusoidal diubah dengan benar menjadi tegangan gelombang persegi yang dapat digunakan, dengan hanya beberapa tegangan logis di tempat lewatnya gigi yang hilang.
Perlu diketahui, saat melakukan setting ECU MegaSquirt, terjadi perubahan setting, termasuk trigger pada garis naik dan turun. Alhasil, saat melewati gigi yang hilang pada contoh pertama, tegangannya adalah 0 volt dan pada gambar lingkup di bawahnya tegangannya adalah 5 volt.
Sinyal keluaran:
Sinyal keluaran terdiri dari pulsa on/off digital dengan rentang tegangan antara 0 dan 5 volt (level TTL) dengan arus yang sangat rendah. Namun, aktuator memerlukan kontrol dengan level tegangan dan arus yang lebih tinggi.
Sinyal hidup/mati dapat dimodulasi lebar pulsa (PWM), dimana lebar pulsa dapat bervariasi pada frekuensi konstan.
Gambar berikut menunjukkan tegangan gelombang persegi pada level TTL sebagai fungsi waktu. Itu siklus sinyal PWM ini adalah 50%.
Driver diperlukan untuk mengendalikan aktuator. Dengan sinyal keluaran digital, arus yang dibutuhkan dapat dicapai dengan driver. Pada bagian selanjutnya kita akan membahas driver.
Kami menemukan driver di setiap ECU dan di beberapa aktuator seperti koil pengapian DIS. Driver juga disebut tahap keluaran atau transistor daya. Pengemudi memungkinkan untuk mengubah sinyal keluaran pada level TTL: 0 hingga 5 volt, dengan arus rendah 1 mA dari ECU ke tegangan hingga 14 volt dan arus hingga sekitar 10 A.
Seorang pengemudi dapat menghubungkan beberapa transistor berisi. Kami menyebut transistor seperti itu sebagai “Transistor Darlington“. Gambar berikut menunjukkan sirkuit berikut:
- Skema rangkaian Darlington dengan dua transistor untuk kontrol koil pengapian (sumber: datasheet BU941ZR).
- Dua transistor, masing-masing dengan rangkaian Darlington (BU941ZR)
- IC driver dengan sirkuit Darlington dan perangkat elektronik tambahan, antara lain, untuk perlindungan suhu dan umpan balik ke mikroprosesor.
Di halaman: metode kontrol aktuator pengendalian aktuator pasif, aktif dan cerdas melalui transistor (daya) atau FET dibahas lebih rinci.
