Soggetti:
- Introduzione
- Bus di sistema
- Processore (CPU)
- Memoria RAM
- Memoria ROM
Introduzione:
Una ECU riceve o dati di misurazione dai sensori, elabora le informazioni ed esegue calcoli per controllare gli attuatori. La figura seguente mostra lo schema a blocchi di un sistema di controllo.
I sensori sono sensori che rispondono a una quantità fisica. L'elettronica del sensore lo converte in un segnale elettrico. L'ECU riceve questo segnale elettrico come "input" e confronta questo segnale con il valore preprogrammato. A seconda dello scopo del segnale, il controllo avviene regolando di conseguenza il controllo dell'attuatore.
La figura seguente mostra una ECU con tre collegamenti a spina. Da sinistra a destra: alimentazione e rete, sensori, attuatori.
In un sistema di gestione del motore a benzina troviamo, tra gli altri, i seguenti sensori:
- sensore di posizione dell'albero motore per misurare la velocità dell'albero motore;
- sensore di temperatura del liquido di raffreddamento per misurare il riscaldamento del liquido di raffreddamento;
- sensori di posizione farfalla per misurare la posizione della valvola a farfalla e quindi il carico del motore;
- MAP o misuratore della massa d'aria per misurare la pressione negativa o il flusso d'aria;
- sonda lambda per misurare il contenuto di ossigeno nei gas di scarico;
- il sensore barometrico e i sensori di temperatura dell'aria aspirata;
- sensore di battito per anticipare l'accensione il più possibile.
I sensori di cui sopra servono come input per controllare gli iniettori e le bobine di accensione. A questo scopo tutti i valori del sensore vengono cercati in un campo caratteristico preprogrammato.
Prendiamo come esempio il controllo dell'iniettore. Al regime minimo, gli iniettori iniettano un numero x di gradi dopo il PMS.
- A una temperatura del liquido di raffreddamento bassa, il tempo di iniezione viene prolungato (arricchimento);
- Accelerando dolcemente, anche il tempo di iniezione viene prolungato. Viene inoltre effettuata una misurazione che tiene traccia della velocità con cui viene premuto il pedale dell'acceleratore: quando si accelera bruscamente al massimo si verifica un ulteriore arricchimento;
- La pressione negativa nel collettore di aspirazione influenza i tempi e la durata dell'iniezione;
- La sonda lambda (ad esempio il sensore di salto) misura se la miscela è troppo ricca o troppo magra. Se la miscela è troppo magra per alcuni giri dell'albero motore, il tempo di iniezione viene prolungato utilizzando i trim del carburante fino a quando la miscela ritorna stechiometrica;
- Il sensore barometrico e il sensore della temperatura dell'aria aspirata misurano la pressione e la temperatura dell'aria per determinare il livello di ossigeno nell'aria aspirata.
La durata dell'iniezione dipende quindi dai valori di un massimo di cinque sensori. Nei motori moderni giocano un ruolo ancora più numerosi i sensori.
Durante e dopo il controllo di un attuatore, i sensori restituiscono informazioni all'ECU. Il valore misurato viene confrontato con il valore desiderato nel software. Questo può essere utilizzato per determinare se il controllo di un attuatore può rimanere costante, deve essere accorciato o esteso. L'ECU agisce quindi come un controller, creando un circuito di controllo.
La figura seguente mostra un diagramma in cui il tempo base di iniezione viene determinato dalla velocità dell'albero motore rispetto alla depressione nel collettore di aspirazione, che è una misura del carico del motore. Le temperature e la sonda lambda costituiscono un fattore di correzione e hanno ciascuna il proprio campo caratteristico.
Bus di sistema:
Il bus di sistema effettua le connessioni tra i componenti nell'ECU (vedere l'immagine sotto). Nella parte superiore della ECU troviamo l'orologio. Questo cosiddetto oscillatore produce una tensione ad onda quadra con una frequenza solitamente di 16 mHz. La frequenza dell'orologio determina la velocità dell'unità di controllo. I componenti in un circuito di controllo sono coordinati da questo timer.
La CPU, la memoria e l'interfaccia I/O (I/O sta per: ingresso/uscita) sono interconnesse con un bus di sistema, costituito da più connessioni sul circuito stampato. Possiamo dividerli in:
- bus indirizzi: questo bus garantisce il trasferimento dei dati dal microprocessore a determinate locazioni di memoria;
- bus dati: i dati tra la memoria, la CPU e le interfacce vengono trasportati tramite il bus dati;
- bus di controllo: funge da controller effettuando selezioni, richieste e ripristini di lettura e scrittura in base alla temporizzazione dell'orologio di sistema.
Processore (CPU):
Il processore (Central Processing Unit) è il cuore del computer. I circuiti combinatori, costituiti da un numero enorme di porte AND, OR e NOT, sono costruiti nell'ECU tramite software. Durante la produzione del processore vengono integrate una serie di istruzioni (il software). Queste istruzioni eseguono azioni e le inseriscono nell'ordine corretto. Esempio:
- le lettere dell'alfabeto vengono memorizzate digitalmente nel processore. In realtà non si tratterà di lettere, ma di istruzioni digitali a rappresentare semplici azioni;
- mettendo le lettere nel giusto ordine possiamo formare parole;
- mettendo le parole nell'ordine corretto possiamo formare frasi;
- sono le frasi a fare la storia: in realtà è il programma del computer.
Il programma per mettere le istruzioni conosciute dal processore nell'ordine corretto è stato inserito nel software dal programmatore. Questo programma viene caricato nella memoria flash della ECU.
Quando la ECU viene avviata, le istruzioni vengono recuperate dalla memoria flash ed eseguite una ad una dal processore, in base all'orologio. Una volta eseguito e terminato il programma, il ciclo ricomincia.
I dati richiesti per caricare dati come i tempi di accensione vengono caricati dalla memoria ROM. Il processore si avvia dalla memoria ROM e copia i dati dalla ROM alla RAM. Dopo l'avvio, la CPU recupera tutti i dati e i comandi dalla veloce memoria RAM. Per la memorizzazione temporanea dei dati e dei valori intermedi calcolati è necessaria una memoria RAN relativamente piccola.
La CPU è collegata alla memoria tramite un bus indirizzi e un bus dati.
- Impostato: i bit vengono memorizzati nella RAM
- Abilita: i bit vengono recuperati dalla RAM
Bit e byte di dati nella RAM possono includere:
- numeri: dati dai sensori / dati dagli attuatori / calcoli
- indirizzi dei sensori (ingresso) e degli attuatori (uscita)
I dati presenti nella RAM possono essere:
- lettere: codici ASCII, numeri, lettere, simboli
- istruzioni: set di istruzioni del processore
Il processore funziona secondo la cosiddetta ISA (Instruction Set Architecture) o un set di istruzioni. L'ISA è un elenco di istruzioni programmate dal produttore e utilizzate dal processore. L'ISA varia in base al processore e dipende fortemente dall'applicazione per la quale viene utilizzato il processore. Di seguito sono riportati alcuni esempi:
- LOAD il processore recupera un valore dalla memoria RAM
- STORE il processore memorizza un valore nella memoria RAM
- ADD il processore somma due numeri insieme
- CLR il processore cancella un valore nella memoria RAM
- CONFRONTA il processore confronta due numeri tra loro
- JUMP SE il processore salta ad un indirizzo di memoria specifico nella RAM (condizione da confronto)
- OUT il processore invia informazioni a un'uscita
- IN il processore richiede informazioni da un input
Affinché un processore possa funzionare alla massima velocità di clock, utilizza la memoria RAM interna. Questi sono chiamati “registri”. I registri sono blocchi funzione particolarmente importanti in molti sistemi digitali. Sono costituiti da una raccolta di circuiti flip-flop che possono contenere temporaneamente (e quindi ricordare) un numero binario. I diversi tipi di registri sono:
- Registro A: registro per l'ingresso A in ALU
- Registro B: registro per l'ingresso B in ALU
- Registro di lavoro: scopo generale, per la memorizzazione dei risultati (provvisori).
- Registro istruzioni: qui viene memorizzata l'istruzione corrente da eseguire per il processore
- Registro indirizzi (contatore del programma): contiene l'indirizzo della successiva istruzione da eseguire
- Registro flag: il numero (dopo un calcolo) è: zero, negativo, positivo, troppo grande, pari o dispari
- Registro a virgola mobile: numero con cifre dopo la virgola decimale
- Registro a scorrimento: memoria in cui i dati scorrono di un bit durante ogni impulso di clock
- Registro dati di memoria: buffer tra CPU e RAM per i dati di memoria
- Registro indirizzo memoria: buffer tra CPU e RAM per l'indirizzo di memoria
L'ALU (Arithmetic Logic Unit) esegue tutte le operazioni aritmetiche e logiche (AND, OR, NOT, ecc.).
- 2 ingressi per ALU: A e B
- 1 input: quale operazione deve eseguire la ALU
- 1 uscita: R (Risultato) va a un registro
- 1 uscita: registro flag
1. L'ALU vuole inviare 01010101
2. Per prima cosa l'Unità di Controllo deve creare il set “1”.
3. Il registro è completato
4. Successivamente, viene abilitato "1".
5. I dati dell'ALU vengono inseriti su un bus
La CPU vuole recuperare i dati dalla RAM:
1. La CPU invia un indirizzo alla RAM (01001001)
2. La CPU desidera ricevere informazioni; “abilita” = 1
3. La RAM invia i dati dall'indirizzo 01001001 alla CPU
4. La CPU elabora le informazioni
La CPU vuole memorizzare i dati nella RAM:
1. La CPU invia un indirizzo alla RAM (01001011)
2. La CPU vuole memorizzare informazioni; “impostato” = 1
3. La CPU invia i dati (00111100) all'indirizzo 01001011 nella RAM.
I dati nella RAM vengono ora sovrascritti da: 11111001 a: 00111100
Memoria ROM:
ROM è l'abbreviazione di: Read Only Memory. Questa memoria è stata programmata dal produttore. Il circuito di memoria è organizzato con connessioni fisse. L'ECU avvia il programma software (avvio) dalla memoria ROM. La memoria ROM è una memoria lenta. Durante l'avvio i dati vengono copiati dalla ROM alla RAM.
Di seguito sono riportati quattro esempi di lettura della ROM.
