Sujeten:
- Aféierung
- Transistor Transistor Logic (TTL)
- Konversioun vun Analog Sensor Spannungen op digital Message
- Konversioun vum Pulsgenerator Signal op digital Message
- Ausgangssignaler
Aféierung:
Am meeschte Fäll mussen d'elektresch Signaler vun de Sensoren ugepasst ginn ier se dem Prozessor presentéiert ginn. D'Actuatoren ginn op der anerer Säit vum Computer kontrolléiert. Dëst sinn dacks induktiv Kreesleef déi dacks grouss Stroum wiesselen. D'Hardware fir d'Sensorsignaler an d'Aktuatorstroum unzepassen gëtt Interface Circuits genannt. En Interface Circuit garantéiert d'Iwwersetzung vun engem Analog op eng digital Spannung.
- detektéieren eng Spannung mat engem nidderegen Stroum iwwerdroen. Den Interface Circuit konvertéiert d'Spannung an en digitale Wäert (0 oder 1).
Déi aktuell Intensitéit ass niddereg mat engem Sensorsignal; - Aktuatoren méi héije Stroum erfuerderen.
An den Kontroll actuators, sinn an der ECU an der Form vun (eng Kombinatioun vun) Transistoren oder FETs, déi och "Chauffeuren" genannt ginn. Mir wäerten dëst méi am Detail an der Rubrik "Output Signaler" diskutéieren.
D'Bild hei ënnen weist d'Sensoren an Aktuatoren vun engem (Bensin) Motormanagementsystem. Déi iewescht Grupp vu Sensoren (vum Gaspedal Positioun Sensor bis Lambda Sensoren) falen ënner der Kategorie "analog". Dëst bedeit datt déi erakommen Sensorspannungen als éischt am ADC (Analog - Digital Converter) digitaliséiert musse ginn. Déi ënnescht Grupp vu Sensoren (de Kurbelwellepositiounssensor zum Gefiergeschwindegkeetssensor) liwwert hiren Signal schonn digital. D'On-Off Signaler oder Spärspannungen ginn direkt op d'CPU applizéiert.
D'Actuatoren op der rietser Säit ginn duerch eng Ausgangsstuf kontrolléiert. Eng Ausgangsstuf, och e Chauffer genannt, besteet aus engem Circuit vu verschiddene Transistoren fir eng benotzbar Spannung a Stroum aus engem Kontrollimpuls vum Computer ze generéieren fir den Aktuator ze kontrolléieren.
Transistor Transistor Logic (TTL):
De Prozessor funktionnéiert mat Spannungen vu 5 Volt. D'Input- an d'Ausgangsspannungen sinn dofir limitéiert op eng Rei vu 0 bis 5 Volt (TTL-Niveau, ofgekierzt vun Transistor Transistor Logic). Fir Signaler, déi vun dësem Spannungsniveau ofwäichen, fënnt eng Upassung an engem Interface Circuit.
D'Biller hei ënnen weisen wéi en 1 oder en 0 aus enger Schalterpositioun geformt gëtt. Mat Hëllef vun engem Pull-up Resistor gëtt d'Spannung vu 5 Volt a logesch 1 op den Input vum Prozessor wann de Schalter opgemaach gëtt. D'Spannung iwwer de Pull-up Resistor ass dann net mam Buedem ugeschloss.
Wann d'Schalter zoumaachen, geschitt e Spannungsfall iwwer de Pull-up Resistor. D'Spannung vun 0 Volt um Input vum Prozessor gëtt als logesch 0.
Eng Kombinatioun vun oppenen a geschlossene Schalter produzéiert eng Serie vun Een an Nullen. An der Figur ass den 8-Bit Message un de Prozessor: 00101001.
Mat engem 8-Bit Prozessor ginn déi aacht Bits gläichzäiteg pro Zyklus gelies. Wärend dem nächsten Zyklus, deen während dem nächsten "Tick" vun der Auer stattfënnt (kuckt d' System Bus op der Säit iwwer d'Operatioun vun der ECU) eng Sequenz mat aacht neie Bits.
Konversioun vun Analog Sensor Spannungen op digital Message:
Digital Input Signaler ginn direkt vum Prozessor veraarbecht. Analog Signaler ginn als éischt an en digitale Signal am A/D Konverter ëmgewandelt. Als Beispill huelen mir d'analog Spannungskurve vun engem Turbo-Drocksensor:
- bei Idle ass d'Spannung ongeféier 1,8 Volt;
- beim Beschleunegung klëmmt d'Spannung op bal 3 Volt.
D'Spannungsännerung kann net direkt am Prozessor veraarbecht ginn. Als éischt muss déi gemoossene Spannung an en Dezimalwäert ëmgewandelt ginn (0 bis 255).
Mat enger Rei vun 0 bis 5 Volt an engem Dezimalwäert vun 0 bis 255 (also 256 Méiglechkeeten). Eng einfach Berechnung weist datt wa mir 5 Volt iwwer 256 Méiglechkeeten deelen, Schrëtt vun 19,5 mV (0,0195 Volt) kënne gemaach ginn.
Dat uewe genannte Beispill huet d'Spannungsentwécklung versus Zäit vun engem Turbo-Drocksensor gewisen. D'Spannungskurve vun engem Temperatursensor an dem Gaspedalpositiounssensor sinn d'selwecht, nëmmen an engem aneren Zäitframe: d'Heizung vum Kühlmëttel dauert méi laang wéi d'Spulle vum Turbo.
Fréier an dëser Sektioun gëtt et e Bild mat enger Kategorie vun Analog Signaler. Dëst weist ënner anerem den Temperatursensor a Gaspedalpositiounssensor. D'analog Spannung gëtt an eng 8-Bit Eenheet vun Informatioun am A/D Konverter ëmgewandelt. Vill Prozessoren mat multiple Input Pins hunn nëmmen een A / D Konverter. Multiple Analog Signaler ginn an ee Signal kombinéiert mat Multiplexing.
An dësem Beispill gesi mir en A/D Konverter mat aacht Inputen. Et gëtt eng Spannung vun 0 Volt um Pin 2. Pins E1 bis E7 kënne mat Spannungen zur selwechter Zäit geliwwert ginn. Dës ginn een nom aneren an eng digital Message ëmgewandelt mat Multiplexing.
D'2 Volt Spannung gëtt an e binäre Wäert ëmgewandelt. Mat der folgender Formel kënne mir d'analog Spannung an en Dezimalwäert ëmsetzen, an dann an e binäre Wäert ëmsetzen:
2v / 5v * 255d = 102d
Hei deele mir d'Input Spannung (2v) mat der maximaler Spannung (5v) a multiplizéieren dëst mam maximalen Dezimalwäert (255).
Andeems Dir e bësse Berechnung maacht oder e ordentleche Trick ausféiert, kënne mir d'Dezimalzuel vun 255d an de binäre Wäert vun 01100110 ëmsetzen.
Kuckt d'Säit fir dëst: binär, dezimal, hexadezimal.
Déi folgend Tabell weist d'Dezimal-, Binär- an Hexadezimalwäerter verbonne mat verschiddene Spannungen.
Wann Dir Live Daten liest, kann den Dezimal-, Binär- oder Hexadezimalwäert vum Sensorsignal ugewise ginn.
- E Spannungssignal vun <0,5 Volt (025d) gëtt als Kuerzschluss zum Buedem ugesinn;
- Wann d'Signal iwwer 4,5 Volt (220d) eropgeet, iwwersetzt de Computer dëst als Kuerzschluss mat positiven.
Konversioun vun Impulsgenerator Signaler zu engem digitale Message:
D'Signaler vun de Pulsgeneratoren, dorënner den induktiven Kurbelwelle-Positiounssensor, sinn tatsächlech On-Off Signaler déi entstinn nodeems d'Zänn vum Pulsrad laanscht de Sensor geplënnert sinn. D'Alternativspannung vum Sensor muss als éischt an eng Quadratwellespannung ëmgewandelt ginn, ier d'Signal dem Prozessor presentéiert gëtt.
An der Figur gesi mir eng sinusfërmeg ofwiesselnd Volt op der lénker Säit vun der Interface. An der Interfaceelektronik gëtt dës Ofwiesselungsspannung an eng Quadratwellespannung ëmgewandelt. Dës Spärspannung gëtt dann vum Timer / Konterblock gelies: wann de Puls héich ass, fänkt de Comptoir un ze zielen, a stoppt mat ze zielen wann de Puls erëm héich gëtt. D'Zuel vun den Zuelen ass eng Moossnam vun der Period Zäit. Frequenz vum Signal.
Am Bild hei drënner gesi mir e Signal vum induktiven Kurbelwellsensor mat roude Punkten an den ieweschte Flanken. Déi rout Punkte ginn op eng Spannung gesat fir d'Blockspannung ze erhéijen (Logik 1) oder erofzesetzen (Logik 0). D'Erklärung geet weider ënner dësem Bild.
Wéi och ëmmer, d'Sensorspannung ass ni komplett pur. Et gëtt ëmmer eng kleng Schwankung am Spannungsprofil. An deem Fall kann d'Interface-Elektronik dëst falsch als logesch 0 uginn, wärend et tatsächlech en 1 sollt sinn.
Den Ëmfangbild hei drënner gouf opgeholl wärend se lafen BMW Megasquirt Projet. Den Ëmfangbild weist d'Digitaliséierung (giel) vum induktive Kurbelwellsignal (rout). D'Bild weist kloer datt et Impulser am giele Blocksignal fehlt, während dee Moment kee fehlend Zänn am Kurbelwellesignal passéiert.
Fir sécherzestellen, datt kleng Schwankungen am Spannungsprofil keng falsch Interpretatioun vun der ECU verursaachen, gouf eng sougenannt Hysteresis agebaut. D'Hysteresis ass den Ënnerscheed tëscht den erop- a falende Kante vum Spannungsprofil. Am Bild hei drënner gesi mir datt d'roude Punkten op de Risekanten op enger méi héijer Spannung sinn wéi déi rout Punkten op de falende Kanten. Op dës Manéier kënne mir sécher sinn datt kleng Schwankungen am Signal net d'digitale Konversioun beaflossen.
Am éischten Abschnitt, wou mir ugefaang hunn iwwer d'Konversioun vum Pulssignal an d'digitale Signal, gouf scho gesot datt d'Frequenz vum Signal op Basis vun der Zäit tëscht zwee Risingkante vum Quadratsignal bestëmmt gëtt. An dëse Beispiller kann et kloer ofgeleent ginn datt d'Hysteresis d'Breet vum Quadratsignal beaflosst, awer keen Afloss op d'Zäit tëscht de Risekanten huet an dofir keen Afloss op d'Frequenz vum Signal huet.
Mat enger richteg gesater Hysteresis gëtt de sinusoidal Signal richteg an eng benotzbar Quadratwellespannung ëmgewandelt, mat nëmmen déi multiple logesch op de Plazen wou de fehlend Zänn passéiert.
Notéiert w.e.g., beim Ariichten vun der MegaSquirt ECU, goufen d'Astellunge geännert, dorënner d'Ausléisung op den erop- a falende Linnen. Als Resultat, wann Dir de fehlend Zänn am éischte Beispill passéiert, ass d'Spannung 0 Volt an am Ëmfangbild ënner der Spannung ass 5 Volt.
Ausgangssignaler:
D'Ausgangssignaler besteet aus digitalen On / Off Impulser mat engem Spannungsberäich tëscht 0 an 5 Volt (TTL Niveau) mat engem ganz nidderegen Stroum. Wéi och ëmmer, Aktuatoren erfuerderen Kontroll mat méi héije Spannungsniveauen a Stroum.
D'On/Off-Signaler kënne Pulsbreetmoduléiert ginn (PWM), wou d'Pulsbreet mat enger konstanter Frequenz variéiere kann.
Déi folgend Figur weist eng Quadratwellespannung um TTL Niveau als Funktioun vun der Zäit. Déi Flicht Zyklus vun dësem PWM Signal ass 50%.
Chauffeuren sinn néideg fir Aktuatoren ze kontrolléieren. Mat dem digitalen Ausgangssignal kann den erfuerderleche Stroum mat engem Chauffer erreecht ginn. An der nächster Rubrik wäerte mir d'Chauffeuren diskutéieren.
Mir fanne Chauffeuren an all ECU an an e puer actuators wéi DIS ignition coils. E Chauffer gëtt och eng Ausgangsstuf oder Kraafttransistor genannt. De Chauffer mécht et méiglech Ausgangssignaler um TTL Niveau ëmzewandelen: 0 bis 5 Volt, mat engem nidderegen Stroum vun 1 mA vun der ECU op Spannungen bis zu 14 Volt a Stréim bis ongeféier 10 A.
E Chauffer kann e puer verbannen transistoren enthalen. Mir nennen sou en Transistor "Darlington Transistor“. Déi folgend Biller weisen déi folgend Circuiten:
- Schema vun engem Darlington Circuit mat zwee Transistoren fir ignition coil Kontroll (Quell: Dateblatt BU941ZR).
- Zwee Transistoren, all mat engem Darlington Circuit (BU941ZR)
- Driver ICs mat Darlington Circuiten an zousätzlech Elektronik fir ënner anerem Temperaturschutz a Feedback op de Mikroprozessor.
Op der Säit: Kontrollmethoden vun Aktuatoren d'Kontroll vu passiven, aktiven an intelligenten Aktuatoren mat Hëllef vun engem (Power) Transistor oder FET gëtt méi detailléiert diskutéiert.
