Temos:
- Įvadas
- Tranzistoriaus tranzistoriaus logika (TTL)
- Analoginių jutiklių įtampų konvertavimas į skaitmeninį pranešimą
- Impulsų generatoriaus signalo konvertavimas į skaitmeninį pranešimą
- Išvesties signalai
Įvadas:
Daugeliu atvejų jutiklių elektriniai signalai turi būti sureguliuoti prieš pateikiant juos procesoriui. Pavaros valdomos kitoje kompiuterio pusėje. Tai dažnai indukcinės grandinės, kurios dažnai perjungia dideles sroves. Aparatinė įranga jutiklių signalams ir pavaros srovėms reguliuoti vadinama sąsajos grandinėmis. Sąsajos grandinė užtikrina analogo pavertimą skaitmenine įtampa.
- Jutikliai perduoti įtampą maža srove. Sąsajos grandinė paverčia įtampą į skaitmeninę reikšmę (0 arba 1).
Su jutiklio signalu srovės intensyvumas yra mažas; - Pavaros reikalauja didesnės srovės.
Į valdymo pavaros, yra ECU tranzistorių arba FET (derinio) pavidalu, kurie taip pat vadinami „tvarkyklėmis“. Išsamiau tai aptarsime skyriuje „Išvesties signalai“.
Žemiau esančiame paveikslėlyje pavaizduoti (benzininio) variklio valdymo sistemos jutikliai ir pavaros. Aukščiausia jutiklių grupė (nuo akceleratoriaus pedalo padėties jutiklio iki lambda jutiklių) patenka į „analoginę“ kategoriją. Tai reiškia, kad įeinančios jutiklio įtampos pirmiausia turi būti suskaitmenintos ADC (analoginiame – skaitmeniniame keitiklyje). Apatinė jutiklių grupė (alkūninio veleno padėties jutiklis transporto priemonės greičio jutikliui) jau teikia savo signalą skaitmeniniu būdu. Įjungimo ir išjungimo signalai arba blokų įtampa yra tiesiogiai perduodami CPU.
Dešinėje esančios pavaros valdomos išėjimo pakopa. Išėjimo pakopa, dar vadinama tvarkykle, susideda iš kelių tranzistorių grandinės, kuri generuoja naudojamą įtampą ir srovę iš kompiuterio valdymo impulso, kad būtų galima valdyti pavarą.
Tranzistorių tranzistorių logika (TTL):
Procesorius veikia su 5 voltų įtampa. Todėl įvesties ir išėjimo įtampa ribojama nuo 0 iki 5 voltų (TTL lygis, sutrumpintai iš Transistor Transistor Logic). Signalams, kurie nukrypsta nuo šio įtampos lygio, koregavimas vyksta sąsajos grandinėje.
Toliau pateiktuose paveikslėliuose parodyta, kaip iš jungiklio padėties susidaro 1 arba 0. Patraukimo rezistoriaus pagalba 5 voltų įtampa suteikia a logiška 1 procesoriaus įvestyje, kai atidaromas jungiklis. Tada įtampa per ištraukimo rezistorių nėra prijungta prie žemės.
Kai jungikliai užsidaro, traukimo rezistoriuje nukrenta įtampa. 0 voltų įtampa procesoriaus įėjime matoma kaip logiška 0.
Atvirų ir uždarų jungiklių derinys sukuria vienetų ir nulių seriją. Paveiksle 8 bitų pranešimas procesoriui yra: 00101001.
Naudojant 8 bitų procesorių, aštuoni bitai skaitomi vienu metu per ciklą. Per kitą ciklą, kuris vyksta kito laikrodžio „tiksėjimo“ metu (žr sistemos magistralė puslapyje apie ECU veikimą) seka aštuonių naujų bitų seka.
Analoginių jutiklių įtampų konvertavimas į skaitmeninį pranešimą:
Skaitmeninius įvesties signalus tiesiogiai apdoroja procesorius. Analoginiai signalai pirmiausia konvertuojami į skaitmeninį signalą A/D keitiklyje. Kaip pavyzdį paimame analoginę turbo slėgio jutiklio įtampos kreivę:
- tuščiąja eiga įtampa yra maždaug 1,8 volto;
- greitėjant įtampa pakyla beveik iki 3 voltų.
Įtampos pokytis negali būti apdorotas tiesiogiai procesoriuje. Pirma, išmatuota įtampa turi būti konvertuojama į dešimtainę reikšmę (nuo 0 iki 255).
Diapazonas nuo 0 iki 5 voltų ir dešimtainė reikšmė nuo 0 iki 255 (taigi, 256 galimybės). Paprastas skaičiavimas rodo, kad padalijus 5 voltus per 256 galimybes, galima padaryti 19,5 mV (0,0195 volto) žingsnius.
Aukščiau pateiktame pavyzdyje parodyta turbo slėgio jutiklio įtampos raida, palyginti su laiku. Temperatūros jutiklio ir akceleratoriaus pedalo padėties jutiklio įtampos kreivė yra ta pati, tik skirtingame laiko intervale: aušinimo skysčio šildymas trunka ilgiau nei turbo sukimas.
Anksčiau šiame skyriuje yra paveikslėlis, kuriame rodoma analoginių signalų kategorija. Tai, be kita ko, rodo temperatūros jutiklį ir akceleratoriaus pedalo padėties jutiklį. Analoginė įtampa A/D keitiklyje konvertuojama į 8 bitų informacijos vienetą. Daugelis procesorių su keliais įvesties kaiščiais turi tik vieną A/D keitiklį. Keli analoginiai signalai sujungiami į vieną signalą naudojant multipleksavimą.
Šiame pavyzdyje matome A/D keitiklį su aštuoniais įėjimais. 0 kaištyje yra 2 voltų įtampa. Kaiščiai E1–E7 gali būti tiekiami su įtampa tuo pačiu metu. Jie po vieną konvertuojami į skaitmeninį pranešimą, naudojant multipleksavimą.
2 voltų įtampa paverčiama dvejetaine verte. Naudodami šią formulę galime konvertuoti analoginę įtampą į dešimtainę reikšmę, o tada konvertuoti ją į dvejetainę reikšmę:
2v / 5v * 255d = 102d
Čia įvesties įtampą (2v) padaliname iš didžiausios įtampos (5v) ir padauginame iš didžiausios dešimtainės reikšmės (255).
Atlikę tam tikrus skaičiavimus arba atlikdami tvarkingą triuką, dešimtainį skaičių 255d galime konvertuoti į dvejetainę reikšmę 01100110.
Apie tai žiūrėkite puslapį: dvejetainis, dešimtainis, šešioliktainis.
Šioje lentelėje parodytos dešimtainės, dvejetainės ir šešioliktainės reikšmės, susietos su skirtingomis įtampomis.
Skaitant tiesioginius duomenis, gali būti rodoma jutiklio signalo dešimtainė, dvejetainė arba šešioliktainė reikšmė.
- <0,5 volto (025d) įtampos signalas laikomas trumpuoju jungimu į žemę;
- Jei signalas pakyla virš 4,5 volto (220d), kompiuteris tai paverčia trumpuoju jungimu su teigiamu.
Impulsų generatoriaus signalų konvertavimas į skaitmeninį pranešimą:
Signalai iš impulsų generatorių, įskaitant indukcinį alkūninio veleno padėties jutiklį, iš tikrųjų yra įjungimo ir išjungimo signalai, atsirandantys po to, kai impulsinio rato dantys pasislenka pro jutiklį. Prieš perduodant signalą procesoriui, jutiklio kintamoji įtampa turi būti konvertuojama į kvadratinės bangos įtampą.
Paveiksle matome sinusinę kintamąją įtampą kairėje sąsajos pusėje. Sąsajos elektronikoje ši kintamoji įtampa paverčiama kvadratinės bangos įtampa. Tada šią bloko įtampą nuskaito laikmačio / skaitiklio blokas: kai impulsas yra didelis, skaitiklis pradeda skaičiuoti ir nustoja skaičiuoti, kai impulsas vėl tampa didelis. Skaičių skaičius yra laikotarpio laiko matas. signalo dažnis.
Žemiau esančiame paveikslėlyje matome signalą iš indukcinio alkūninio veleno jutiklio su raudonais taškais viršutiniuose šonuose. Raudoni taškai nustatomi į įtampą, kuri padidina (loginė 1) arba sumažina (loginė 0) bloko įtampą. Paaiškinimas tęsiamas po šiuo paveikslėliu.
Tačiau jutiklio įtampa niekada nėra visiškai gryna. Visada bus nedidelis įtampos profilio svyravimas. Tokiu atveju sąsajos elektronika gali neteisingai tai nurodyti kaip loginį 0, nors iš tikrųjų tai turėtų būti 1.
Toliau pateiktas taikymo srities vaizdas buvo įrašytas jį paleidžiant BMW Megasquirt projektas. Spektaklio paveikslėlyje parodytas indukcinio alkūninio veleno signalo skaitmeninimas (geltonas) (raudonas). Nuotraukoje aiškiai matyti, kad geltonojo bloko signale trūksta impulsų, tuo tarpu alkūninio veleno signale nepraeina nė vienas trūkstamas dantis.
Siekiant užtikrinti, kad nedideli įtampos profilio svyravimai nesukeltų neteisingo ECU interpretacijos, buvo įmontuota vadinamoji histerezė. Histerezė – tai skirtumas tarp kylančių ir besileidžiančių įtampos profilio kraštų. Žemiau esančiame paveikslėlyje matome, kad raudoni taškai ant kylančių kraštų yra aukštesnės įtampos nei raudoni taškai ant krentančių kraštų. Taip galime būti tikri, kad nedideli signalo svyravimai neturi įtakos skaitmeninei konversijai.
Pirmoje pastraipoje, kur mes pradėjome apie impulsinio signalo konvertavimą į skaitmeninį signalą, jau buvo minėta, kad signalo dažnis nustatomas pagal laiką tarp dviejų kylančių kvadratinio signalo kraštų. Šiuose pavyzdžiuose galima aiškiai daryti išvadą, kad histerezė daro įtaką kvadratinio signalo pločiui, bet neturi įtakos laikui tarp kylančių kraštų ir todėl neturi įtakos signalo dažniui.
Esant tinkamai nustatytai histerezei, sinusoidinis signalas tinkamai konvertuojamas į naudingą kvadratinės bangos įtampą, o tose vietose, kur praeina trūkstamas dantis, yra tik keli loginiai.
Atkreipkite dėmesį, kad nustatant „MegaSquirt ECU“ buvo pakeisti nustatymai, įskaitant suaktyvinimą kylančiose ir krintančiose linijose. Dėl to pirmajame pavyzdyje praleidžiant trūkstamą dantį, įtampa yra 0 voltų, o aprėpties paveikslėlyje žemiau – 5 voltai.
Išvesties signalai:
Išvesties signalai susideda iš skaitmeninių įjungimo/išjungimo impulsų, kurių įtampos diapazonas yra nuo 0 iki 5 voltų (TTL lygis) su labai maža srove. Tačiau pavaras reikia valdyti su aukštesniais įtampos lygiais ir srovėmis.
Įjungimo / išjungimo signalai gali būti moduliuojami impulso pločio (TIM), kur impulso plotis gali kisti pastoviu dažniu.
Toliau pateiktame paveikslėlyje parodyta kvadratinės bangos įtampa TTL lygyje kaip laiko funkcija. The darbo ciklas šio PWM signalo yra 50 proc.
Vairuotojai reikalingi pavaroms valdyti. Su skaitmeniniu išvesties signalu reikiamą srovę galima pasiekti su tvarkykle. Kitame skyriuje aptarsime vairuotojus.
Tvarkykles randame kiekviename ECU ir kai kuriose pavarose, pavyzdžiui, DIS uždegimo ritėse. Vairuotojas taip pat vadinamas išėjimo pakopa arba galios tranzistoriumi. Vairuotojas leidžia konvertuoti išvesties signalus TTL lygiu: nuo 0 iki 5 voltų, esant žemai 1 mA srovei iš ECU į įtampą iki 14 voltų ir srovę iki maždaug 10 A.
Vairuotojas gali sujungti kelis tranzistoriai turėti. Tokį tranzistorių vadiname "Darlingtono tranzistorius“. Toliau pateiktuose paveikslėliuose pavaizduotos šios grandinės:
- Darlington grandinės su dviem tranzistoriais uždegimo ritės valdymui schema (šaltinis: duomenų lapas BU941ZR).
- Du tranzistoriai, kiekvienas su Darlington grandine (BU941ZR)
- Tvarkyklės IC su Darlington grandinėmis ir papildoma elektronika, be kita ko, apsaugai nuo temperatūros ir grįžtamojo ryšio į mikroprocesorių.
Puslapyje: pavarų valdymo būdai plačiau aptariamas pasyviųjų, aktyvių ir išmaniųjų pavarų valdymas naudojant (galios) tranzistorių arba FET.
