科目：
- はじめに
- トランジスタ トランジスタ ロジック (TTL)
- アナログセンサー電圧のデジタルメッセージへの変換
- パルスジェネレータ信号のデジタルメッセージへの変換
- ウィトガングの信号
導入：
ほとんどの場合、センサーからの電気信号は、プロセッサーに送信される前に調整する必要があります。 アクチュエータはコンピュータの反対側で制御されます。 これらは多くの場合、大電流をスイッチングする誘導回路です。 センサー信号やアクチュエーター電流を調整するハードウェアをインターフェース回路と呼びます。 インターフェース回路は、アナログ電圧をデジタル電圧に変換します。
下の画像は、(ガソリン) エンジン管理システムのセンサーとアクチュエーターを示しています。 上位のセンサー グループ (アクセル ペダル位置センサーからラムダ センサーまで) は、「アナログ」カテゴリに分類されます。 これは、入力センサー電圧を最初に ADC (アナログ - デジタル コンバーター) でデジタル化する必要があることを意味します。 下位グループのセンサー (クランクシャフト位置センサーから車速センサーまで) は、すでに信号をデジタルで提供しています。 オンオフ信号またはブロック電圧は CPU に直接適用されます。
右側のアクチュエーターは出力ステージによって制御されます。 ドライバーとも呼ばれる出力ステージは、コンピューターからの制御パルスから使用可能な電圧と電流を生成し、アクチュエーターを制御するいくつかのトランジスタの回路で構成されています。
トランジスタ トランジスタ ロジック (TTL):
プロセッサは 5 ボルトの電圧で動作します。 したがって、入力および出力電圧は 0 ～ 5 ボルト (TTL レベル、Transistor Transistor Logic の略) の範囲に制限されます。 この電圧レベルから逸脱する信号については、インターフェイス回路で調整が行われます。
以下の画像は、スイッチの位置から 1 または 0 がどのように形成されるかを示しています。 プルアップ抵抗により、5 ボルトの電圧が供給されます。 論理1 スイッチが開いているときのプロセッサの入力。 プルアップ抵抗の両端の電圧はグランドに接続されません。
スイッチが閉じると、プルアップ抵抗の両端に電圧降下が発生します。 プロセッサの入力における 0 ボルトの電圧は次のように表示されます。 論理0.
開いたスイッチと閉じたスイッチを組み合わせると、一連の 8 と 00101001 が生成されます。 この図では、プロセッサへの XNUMX ビット メッセージは XNUMX です。
8 ビット プロセッサでは、サイクルごとに XNUMX ビットが同時に読み取られます。 次のサイクル中、これはクロックの次の「ティック」の間に行われます (「 システムバス ECU の動作に関するページ) に XNUMX つの新しいビットを含むシーケンスが続きます。
アナログセンサー電圧のデジタルメッセージへの変換:
デジタル入力信号はプロセッサーによって直接処理されます。 アナログ信号は、まず A/D コンバータでデジタル信号に変換されます。 例として、ターボ圧力センサーのアナログ電圧曲線を取り上げます。
- アイドル時の電圧は約 1,8 ボルトです。
- 加速すると、電圧はほぼ 3 ボルトまで上昇します。
電圧変化はプロセッサーで直接処理できません。 まず、測定された電圧を 0 進数値 (255 ～ XNUMX) に変換する必要があります。
範囲は 0 ～ 5 ボルト、0 進数値は 255 ～ 256 (つまり 5 通りの可能性) です。 簡単な計算では、256 ボルトを 19,5 の可能性で分割すると、0,0195 mV (XNUMX ボルト) のステップを実行できることがわかります。
上の例は、ターボ圧力センサーの時間に対する電圧の変化を示しています。 温度センサーとアクセル ペダル位置センサーの電圧曲線は、時間枠が異なるだけで同じです。冷却液の加熱には、ターボをスプールするよりも時間がかかります。
このセクションの前半に、アナログ信号のカテゴリを示す画像があります。 これは、特に温度センサーとアクセル ペダル位置センサーを示しています。 アナログ電圧は、A/D コンバータで 8 ビットの情報単位に変換されます。 複数の入力ピンを備えた多くのプロセッサには、A/D コンバータが XNUMX つしかありません。 多重化を使用して、複数のアナログ信号を XNUMX つの信号に結合します。
この例では、0 つの入力を持つ A/D コンバーターが示されています。 ピン2には1ボルトの電圧があります。 E7～EXNUMXピンには同時に電圧を供給できます。 これらは多重化を使用して XNUMX つずつデジタル メッセージに変換されます。
2 ボルトの電圧はバイナリ値に変換されます。 次の式を使用すると、アナログ電圧を XNUMX 進数値に変換してから、XNUMX 進数値に変換できます。
2v / 5v * 255d = 102d
ここでは、入力電圧 (2v) を最大電圧 (5v) で割り、これに 255 進数の最大値 (XNUMX) を掛けます。
何らかの計算を行うか、巧妙なトリックを実行することで、255 進数の 01100110d を XNUMX 進数の XNUMX に変換できます。
これについては、次のページを参照してください。 XNUMX進数、XNUMX進数、XNUMX進数。
次の表は、さまざまな電圧に関連付けられた XNUMX 進数、XNUMX 進数、および XNUMX 進数の値を示しています。
ライブデータを読み取る場合、センサー信号の XNUMX 進数、XNUMX 進数、または XNUMX 進数の値が表示される場合があります。
- 0,5 ボルト未満の電圧信号 (025d) は、アースへの短絡とみなされます。
- 信号が 4,5 ボルト (220d) を超えると、コンピューターはこれをプラス側の短絡として解釈します。
パルスジェネレータ信号のデジタルメッセージへの変換:
誘導クランクシャフト位置センサーを含むパルス発生器からの信号は、実際には、パルスホイールの歯がセンサーを通過した後に発生するオン/オフ信号です。 センサーの交流電圧は、信号がプロセッサーに提供される前に、まず方形波電圧に変換される必要があります。
この図では、インターフェースの左側に正弦波交流電圧が見られます。 インターフェース電子機器では、この交流電圧が方形波電圧に変換されます。 次に、このブロック電圧はタイマー/カウンタ ブロックによって読み取られます。パルスが High になると、カウンタはカウントを開始し、パルスが再び High になるとカウントを停止します。 カウント数は周期時間の尺度です。 信号の周波数。
下の画像では、側面上部に赤い点が付いた誘導型クランクシャフト センサーからの信号が表示されます。 赤い点は、ブロック電圧を増加 (ロジック 1) または減少 (ロジック 0) する電圧に設定されます。 この画像の下に説明が続きます。
ただし、センサー電圧が完全に純粋であることはありません。 電圧プロファイルには常に小さな変動が存在します。 その場合、実際には 0 であるべきにもかかわらず、インターフェース電子機器がこれを誤って論理 1 として示す可能性があります。
下のスコープ画像は実行中に記録されたものです BMWメガスクワートプロジェクト。 スコープ画像は、誘導クランクシャフト信号 (赤) のデジタル化 (黄色) を示しています。 この画像は、黄色のブロック信号に欠落したパルスがあることを明確に示していますが、その瞬間、クランクシャフト信号には欠落した歯が通過していません。
電圧プロファイルの小さな変動によって ECU が誤った解釈を引き起こさないようにするために、いわゆるヒステリシスが組み込まれています。 ヒステリシスは、電圧プロファイルの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの差です。 下の画像では、立ち上がりエッジの赤い点の電圧が立ち下がりエッジの赤い点よりも高いことがわかります。 こうすることで、信号の小さな変動がデジタル変換に影響を与えないことを確認できます。
パルス信号からデジタル信号への変換について説明した最初の段落で、信号の周波数は方形信号の XNUMX つの立ち上がりエッジの間の時間に基づいて決定されるとすでに述べました。 これらの例では、ヒステリシスは方形信号の幅には影響しますが、立ち上がりエッジ間の時間には影響を及ぼさないため、信号の周波数には影響を及ぼさないことが明確に推測できます。
ヒステリシスを適切に設定すると、正弦波信号は使用可能な方形波電圧に適切に変換され、欠落した歯が通過する場所には複数の論理値のみが含まれます。
MegaSquirt ECU のセットアップ中に、上昇ラインと下降ラインでのトリガーなどの設定が変更されたことに注意してください。 その結果、最初の例では欠損した歯を通過するときの電圧は 0 ボルトですが、下のスコープ画像では電圧は 5 ボルトです。
出力信号:
出力信号は、0 ～ 5 ボルト (TTL レベル) の電圧範囲と非常に低い電流のデジタル オン/オフ パルスで構成されます。 ただし、アクチュエータには、より高い電圧レベルと電流による制御が必要です。
オン/オフ信号はパルス幅変調できます (PWM)、パルス幅は一定の周波数で変化します。
次の図は、TTL レベルの方形波電圧を時間の関数として示しています。 の デューティサイクル この PWM 信号の 50% です。
アクチュエーターを制御するにはドライバーが必要です。 デジタル出力信号を使用すると、必要な電流をドライバーで実現できます。 次のセクションでは、ドライバーについて説明します。
ドライバーはすべての ECU と DIS 点火コイルなどの一部のアクチュエーターにあります。 ドライバーは出力段またはパワートランジスタとも呼ばれます。 このドライバにより、出力信号を TTL レベル: 0 ～ 5 ボルト、ECU からの 1 mA の低電流で最大 14 ボルトの電圧と最大約 10 A の電流に変換することができます。
ドライバーは複数の接続が可能 トランジスタ 含む。 このようなトランジスタを「」と呼びます。ダーリントントランジスタ”。 次の図は、次の回路を示しています。
- 点火コイル制御用の 941 つのトランジスタを備えたダーリントン回路の回路図 (出典: データシート BUXNUMXZR)。
- トランジスタ941個、ダーリントン回路搭載（BUXNUMXZR）
- ダーリントン回路と、特に温度保護やマイクロプロセッサへのフィードバック用の追加電子機器を備えたドライバー IC。
ページ上: アクチュエータの制御方法 (パワー) トランジスタまたは FET によるパッシブ、アクティブ、およびインテリジェント アクチュエータの制御について詳しく説明します。
