Предметы:
- введение
- Транзисторно-транзисторная логика (TTL)
- Преобразование аналогового напряжения датчика в цифровое сообщение
- Преобразование сигнала генератора импульсов в цифровое сообщение
- Уитгангссигнален
Инлейдинг:
В большинстве случаев электрические сигналы датчиков необходимо корректировать до того, как они будут представлены процессору. Приводы управляются с другой стороны компьютера. Часто это индуктивные цепи, которые часто коммутируют большие токи. Аппаратное обеспечение для регулировки сигналов датчиков и токов исполнительных механизмов называется интерфейсными схемами. Схема интерфейса обеспечивает перевод аналогового напряжения в цифровое.
- датчиков передавать напряжение с малым током. Схема интерфейса преобразует напряжение в цифровое значение (0 или 1).
Сила тока низкая при сигнале датчика; - Приводы требуют более высокого тока.
Ом де исполнительные механизмы управления, расположены в ЭБУ в виде (комбинации) транзисторов или полевых транзисторов, которые еще называют «драйверами». Подробнее об этом мы поговорим в разделе «Выходные сигналы».
На изображении ниже показаны датчики и исполнительные механизмы системы управления (бензиновым) двигателем. Верхняя группа датчиков (от датчика положения педали акселератора до лямбда-зондов) относится к категории «аналоговые». Это означает, что поступающие напряжения датчика должны сначала быть оцифрованы в АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Нижняя группа датчиков (от датчика положения коленчатого вала до датчика скорости автомобиля) уже передает свой сигнал в цифровом виде. Сигналы включения-выключения или напряжения блокировки подаются непосредственно на ЦП.
Исполнительные механизмы справа управляются выходным каскадом. Выходной каскад, также называемый драйвером, состоит из схемы из нескольких транзисторов, генерирующих полезное напряжение и ток на основе управляющего импульса от компьютера для управления исполнительным механизмом.
Транзисторно-транзисторная логика (TTL):
Процессор работает с напряжением 5 вольт. Поэтому входное и выходное напряжение ограничено диапазоном от 0 до 5 В (уровень ТТЛ, сокращенно от Transistor Transistor Logic). Для сигналов, отклоняющихся от этого уровня напряжения, регулировка происходит в схеме интерфейса.
На изображениях ниже показано, как формируется цифра 1 или 0 из положения переключателя. С помощью подтягивающего резистора напряжение 5 Вольт обеспечивает логическая 1 на входе процессора при размыкании ключа. В этом случае напряжение на подтягивающем резисторе не соединяется с землей.
При замыкании переключателей на подтягивающем резисторе происходит падение напряжения. Напряжение 0 Вольт на входе процессора рассматривается как логическая 0.
Комбинация разомкнутых и замкнутых переключателей дает серию единиц и нулей. На рисунке 8-битное сообщение процессору: 00101001.
В 8-битном процессоре восемь бит считываются одновременно за такт. Во время следующего цикла, который происходит во время очередного «тикания» часов (см. системная шина на странице о работе ЭБУ) следует последовательность с восемью новыми битами.
Преобразование аналогового напряжения датчика в цифровое сообщение:
Цифровые входные сигналы обрабатываются непосредственно процессором. Аналоговые сигналы сначала преобразуются в цифровой сигнал в аналого-цифровом преобразователе. В качестве примера возьмем аналоговую кривую напряжения датчика давления турбонаддува:
- на холостом ходу напряжение примерно 1,8 вольта;
- при ускорении напряжение поднимается почти до 3 вольт.
Изменение напряжения не может быть обработано непосредственно в процессоре. Сначала измеренное напряжение необходимо преобразовать в десятичное значение (от 0 до 255).
С диапазоном от 0 до 5 вольт и десятичным значением от 0 до 255 (то есть 256 возможностей). Простой расчет показывает, что если мы разделим 5 вольт на 256 возможностей, можно сделать шаг в 19,5 мВ (0,0195 вольт).
В приведенном выше примере показано изменение напряжения датчика давления турбонаддува в зависимости от времени. Кривая напряжения датчика температуры и датчика положения педали акселератора одинакова, только в другом временном интервале: нагрев охлаждающей жидкости занимает больше времени, чем раскрутка турбины.
Ранее в этом разделе было изображение, показывающее категорию аналоговых сигналов. Здесь показаны, среди прочего, датчик температуры и датчик положения педали акселератора. Аналоговое напряжение преобразуется в 8-битную единицу информации в аналого-цифровом преобразователе. Многие процессоры с несколькими входными контактами имеют только один аналого-цифровой преобразователь. Несколько аналоговых сигналов объединяются в один сигнал с помощью мультиплексирования.
В этом примере мы видим аналого-цифровой преобразователь с восемью входами. На выводе 0 напряжение 2 вольта. На контакты E1–E7 можно одновременно подавать напряжение. Они преобразуются одно за другим в цифровое сообщение с помощью мультиплексирования.
Напряжение 2 В преобразуется в двоичное значение. С помощью следующей формулы мы можем преобразовать аналоговое напряжение в десятичное значение, а затем преобразовать его в двоичное значение:
2В/5В * 255д = 102д
Здесь мы делим входное напряжение (2 В) на максимальное напряжение (5 В) и умножаем его на максимальное десятичное значение (255).
Проделав некоторые вычисления или применив хитрый трюк, мы можем преобразовать десятичное число 255d в двоичное значение 01100110.
Смотрите страницу для этого: двоичный, десятичный, шестнадцатеричный.
В следующей таблице показаны десятичные, двоичные и шестнадцатеричные значения, связанные с различными напряжениями.
При считывании данных в реальном времени может отображаться десятичное, двоичное или шестнадцатеричное значение сигнала датчика.
- Сигнал напряжения <0,5 В (025d) считается коротким замыканием на землю;
- Если сигнал поднимается выше 4,5 вольт (220д), компьютер интерпретирует это как короткое замыкание на плюс.
Преобразование сигналов генератора импульсов в цифровое сообщение:
Сигналы от генераторов импульсов, в том числе от индуктивного датчика положения коленвала, на самом деле представляют собой двухпозиционные сигналы, возникающие после прохождения зубьев импульсного колеса мимо датчика. Переменное напряжение датчика сначала должно быть преобразовано в напряжение прямоугольной формы, прежде чем сигнал будет представлен процессору.
На рисунке мы видим синусоидальное переменное напряжение с левой стороны интерфейса. В интерфейсной электронике это переменное напряжение преобразуется в напряжение прямоугольной формы. Это напряжение блока затем считывается блоком таймера/счетчика: когда импульс высокий, счетчик начинает считать и прекращает считать, когда импульс снова становится высоким. Количество отсчетов является мерой периода времени. частота сигнала.
На изображении ниже мы видим сигнал индуктивного датчика коленвала с красными точками в верхних боках. Красные точки установлены на напряжение для увеличения (логическая 1) или уменьшения (логический 0) напряжения блокировки. Объяснение продолжается под этим изображением.
Однако напряжение датчика никогда не бывает полностью чистым. Всегда будут небольшие колебания профиля напряжения. В этом случае электроника интерфейса может неправильно указать это как логический 0, тогда как на самом деле это должно быть 1.
Изображение прицела ниже было записано во время его работы. Проект BMW Megasquirt. Изображение осциллографа показывает оцифровку (желтый) индуктивного сигнала коленчатого вала (красный). На изображении хорошо видно, что в сигнале желтой колодки отсутствуют импульсы, при этом в сигнале коленвала в этот момент не проходит ни один пропущенный зубец.
Чтобы небольшие колебания профиля напряжения не вызывали неправильной интерпретации ЭБУ, встроен так называемый гистерезис. Гистерезис — это разница между нарастающим и спадающим фронтами профиля напряжения. На изображении ниже мы видим, что красные точки на нарастающих фронтах находятся под более высоким напряжением, чем красные точки на спадающих фронтах. Таким образом, мы можем быть уверены, что небольшие колебания сигнала не повлияют на цифровое преобразование.
В первом параграфе, где мы начали о преобразовании импульсного сигнала в цифровой сигнал, уже упоминалось, что частота сигнала определяется на основе времени между двумя нарастающими фронтами прямоугольного сигнала. Из этих примеров можно ясно сделать вывод, что гистерезис влияет на ширину прямоугольного сигнала, но не влияет на время между нарастающими фронтами и, следовательно, не влияет на частоту сигнала.
При правильно установленном гистерезисе синусоидальный сигнал правильно преобразуется в полезное прямоугольное напряжение, причем в местах прохождения отсутствующего зубца имеется только несколько логических единиц.
Обратите внимание, при настройке ЭБУ MegaSquirt были изменены настройки, в том числе срабатывание по восходящей и нисходящей линиям. В результате при прохождении отсутствующего зуба в первом примере напряжение составляет 0 вольт, а на изображении эндоскопа ниже напряжение составляет 5 вольт.
Выходные сигналы:
Выходные сигналы состоят из цифровых импульсов включения/выключения с диапазоном напряжения от 0 до 5 В (уровень ТТЛ) с очень низким током. Однако приводы требуют управления с более высокими уровнями напряжения и тока.
Сигналы включения/выключения могут иметь широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), где ширина импульса может меняться при постоянной частоте.
На следующем рисунке показано напряжение прямоугольной волны на уровне TTL как функция времени. рабочий цикл этого сигнала ШИМ составляет 50%.
Для управления исполнительными механизмами необходимы драйверы. Благодаря цифровому выходному сигналу необходимый ток может быть достигнут с помощью драйвера. В следующем разделе мы обсудим драйверы.
Мы находим драйверы в каждом ЭБУ и в некоторых исполнительных механизмах, таких как катушки зажигания DIS. Драйвер также называют выходным каскадом или силовым транзистором. Драйвер позволяет преобразовывать выходные сигналы на уровне TTL: от 0 до 5 Вольт с низким током 1 мА от ЭБУ в напряжения до 14 Вольт и токи примерно до 10 А.
Драйвер может подключить несколько транзисторы содержать. Мы называем такой транзистор «Транзистор Дарлингтона«. На следующих изображениях показаны следующие схемы:
- Схема схемы Дарлингтона с двумя транзисторами управления катушкой зажигания (источник: даташит BU941ZR).
- Два транзистора, каждый по схеме Дарлингтона (BU941ZR).
- Микросхемы драйверов со схемами Дарлингтона и дополнительной электроникой, среди прочего, для защиты от перегрева и обратной связи с микропроцессором.
На странице: методы управления исполнительными механизмами более подробно обсуждается управление пассивными, активными и интеллектуальными исполнительными механизмами с помощью (силового) транзистора или полевого транзистора.
