148402 (Микропроцессорные системы управления АМТС)

Содержание

Введение

Микропроцессорные системы управления АМТС

Заключение

Список используемой литературы

Введение

К числу важнейших факторов, определяющих технический уровень современных автомобилей, относится степень их оснащенности электронными устройствами. Поэтому разработка электронных систем управления агрегатами автомобилей является весьма актуальной задачей для отечественного автомобилестроения.

В настоящее время накоплен значительный опыт применения электронной аппаратуры в автомобилях. Использование этого опыта является важным условием ускорения разработок новых, более совершенных электронных устройств для автомобилей.

Часть материала представляет собой примеры конкретной реализации электронных систем управления.

Микропроцессорные системы управления

Электронные системы управления, создаваемые на базе дискретных элементов и интегральных микросхем, выполняющих какую-либо определенную задачу управления, относятся к системам с жесткой логикой, т. е. алгоритм их функционирования определяется схемотехникой системы. У микропроцессорных систем такое ограничение отсутствует, т. е. при одной и той же структуре данные системы могут реализовывать различные алгоритмы управления вследствие соответствующего изменения записи команд в элементах памяти системы. Благодаря этому микропроцессорные системы образуют особый класс электронных систем управления и обладают рядом уникальных возможностей с точки зрения реализации самых сложных задач управления.

В микропроцессорной системе обработка информации ведется в двоичном цифровом коде. Поэтому все многообразие поступающих в систему сигналов должно быть сведено к единой двоичной кодовой структуре, т. е. структуре вида «логический О» или «логическая 1». Сигналы, поступающие в систему управления, можно условно разделить на следующие группы:

сигналы от контактных или других датчиков, имеющие только два возможных состояния — открыт («логическая 1») и закрыт («логический О»);

сигналы от терминального устройства, т. е. от элементов системы, на которые воздействует водитель для корректирования действия системы управления (например, датчик положения педали управления подачей топлива либо контроллер управления). К этой группе могут быть отнесены и различные запросы на индикацию состояния тех или иных элементов системы управления;

информация о режимах работы агрегатов автомобиля (температура узлов, их нагрузочный режим, напряжение бортовой сети, частоты вращения валов двигателя и трансмиссии и др.).

Преобразование различных сигналов в требуемый их вид (цифровой код) для последующей обработки центральным процессором (ЦПУ) выполняют предварительные устройства, к которым можно отнести аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи, преобразователи частоты в напряжение (ПЧН). АЦП применяют для преобразования непрерывного линейного сигнала датчиков температуры, давления, напряжения в цифровой код, а ЦАП — для обратного преобразования. Преобразование частот вращения валов в код может происходить как через промежуточный ПЧН с последующим преобразованием напряжения в код, гак и путем непосредственного преобразования частоты в код. Для контактных датчиков преобразования не требуется, так как их выходной сигнал имеет уровень, соответствующий или состоянию «логического О», или «логической 1». Сигналы терминального устройства уже, как правило, имеют необходимую для обработки процессором структуру и поэтому дальнейшего преобразования не требуют.

Все сигналы от внешних источников, преобразованные к единому виду, поступают на интерфейс ввода-вывода, который может входить в состав микросхемы процессора или выполняться в виде отдельных элементов. Устройство ввода-вывода обеспечивает совместную работу ЦПУ и всех других устройств системы, являющихся по отношению к ЦПУ внешними.

Работа с внешними устройствами выполняется либо по методу периодического опроса их состояния, либо посредством организации системы прерываний от них. При работе микропроцессора с реализацией системы прерываний в нем осуществляется следующий порядок действий:

1) в момент, когда одно из внешних устройств готово выдать или принять очередную информацию или оказать воздействие на функционирование системы управления, оно посылает в ЦПУ сигнал готовности (запрос на прерывание);

2) получив сигнал готовности от внешнего устройства, ЦПУ вначале заканчивает выполнение текущей команды, а затем приостанавливает выполнение действий, предусмотренных основной программой, и выдает сигнал готовности начать работу, связанную с возникшим прерыванием (разрешение прерывания);

3) при наличии обоих указанных сигналов готовности происходит обработка прерывания, т. е. выполнение подпрограммы, предусмотренной запросом данного внешнего устройства;

4) если во время решения ЦПУ текущей задачи сигнал готовности прислали несколько внешних устройств, то первой будет принята для обработки или выдана информация внешнему устройству со старшим приоритетом. Уровень приоритетности внешних устройств задается либо при проектировании системы, либо закладывается в программу.

Далее обрабатывается информация внешних устройств с очередностью, определяемой старшинством их приоритета. Число градаций старшинства приоритетов (так называемая глубина прерываний) зависит от типа микропроцессора. Она колеблется от 2 до 8 и более.

Для обеспечения работы микропроцессорной системы управления в реальном масштабе времени, т. е. с выдачей необходимых команд в определенные периоды времени, в ее состав вводят таймер, который обычно выполняют в виде отдельной интегральной микросхемы. Получив управляющую команду (управляющее слово), таймер формирует определенную последовательность временных сигналов. К числу таких, например, относится деление тактовой частоты, формирование единичных импульсов (режим одновибратора), а также различных комбинаций импульсов. Сигналы от таймера наряду с сигналами от других внешних устройств поступают в ЦПУ, где в соответствии с заложенными алгоритмами происходят все необходимые преобразования и вычисления и выдается решение. Таким решением может быть, например, номер включаемой передачи, требование выключения сцепления, степень открытия дроссельной заслонки.

Для работы ЦПУ постоянно требуются дополнительные сведения, различные константы, а также необходимо временное хранение промежуточной информации. Эти данные ЦПУ получает от запоминающих устройств (ЗУ) системы. Для приема, хранения и выдачи всевозможных промежуточных данных, а также сведений о текущем состоянии элементов, т. е. всей той информации, которая изменяется в процессе работы микропроцессорной системы управления, используется оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).

Для хранения информации, которая не изменяется при работе микропроцессора, а также записи алгоритма функционирования системы применяются постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) различного типа. Наиболее низкую стоимость имеют ПЗУ (ROM), программа в которые записывается при их изготовлении. Такие устройства применяются при массовом изготовлении микропроцессорных систем.

В программируемые запоминающие устройства ППЗУ (PROM) запись программы может быть осуществлена и после их изготовления на заводе. Поэтому данные устройства целесообразно применять при изготовлении относительно небольших серий микропроцессорных систем управления, особенно если в процессе их выпуска может возникнуть необходимость корректирования алгоритма управления.

В репрограммируемые запоминающие устройства РПЗУ (EPROM) программа может быть записана несколько раз. Однако эти устройства имеют более высокую стоимость, чем ПЗУ и ППЗУ. Поэтому РПЗУ в основном целесообразно применять только на стадии отладочных работ по микропроцессорным системам.

Для связи между выходами микропроцессора и исполнительными устройствами системы управления используются усилители сигналов или коммутационные элементы (силовые цепи).

Микропроцессорные системы отличаются большим разнообразием с точки зрения примененных типов устройств и их характеристик. Так, разрядность слова, т. е. число одновременно обрабатываемых разрядов, составляет 4 — 16 бит, тактовая частота — от одного до нескольких мегагерц, число уровней прерывания 2 — 8, объем ОЗУ — от 128 байт до нескольких килобайт, объем ПЗУ и ППЗУ — несколько килобайт. Например, объем ПЗУ системы управления двигателем и трансмиссией «Тойота» составляет 7,5 кбайт, объем ППЗУ системы управления сцеплением «Фиат» — 2 кбайт. В качестве ЦПУ могут использоваться как специальные микропроцессоры (например, в системе «Тойота»), так и серийные.

Особо перспективным является применение в системах управления агрегатами автомобилей однокристальных ЭВМ. В состав такой ЭВМ, выполненной в виде одной интегральной схемы, входят центральный процессор, генератор тактовых импульсов, ОЗУ, интерфейс ввода-вывода, таймер, контроллер прерываний, а также какое-либо из постоянных запоминающих устройств (ПЗУ, ППЗУ или РПЗУ с ультрафиолетовой системой стирания программы). Часто в составе одной серии однокристальных ЭВМ выпускают модификации с различными вариантами ПЗУ. Основным преимуществом применения однокристальной ЭВМ является возможность значительного сокращения числа интегральных микросхем, образующих систему управления. Однокристальная ЭВМ в зависимости от структуры микропроцессорной системы управления может заменить 5 — 10 корпусов интегральных микросхем, что помимо уменьшения размеров аппаратуры управления обеспечивает и существенное повышение ее надежности в результате сокращения внешних соединений между корпусами микросхем.

Рисунок 1. Структурная схема микропроцессорной системы автоматического управления переключением передач (на базе комплекта микросхем серии КР580)

На рисунке 1, приведена структурная схема системы автоматического управления переключением передач, основанная на применении микросхем, входящих в состав микропроцессорного комплекта серии КР580.На вход системы подаются сигналы от датчиков скорости автомобиля и частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры двигателя, загрузки автомобиля и др., а также команды, поступающие от аппаратуры управления, на которые воздействует водитель (например, датчик положения педали управления подачей топлива, контроллер управления, запросы на индикацию состояния тех или иных устройств управления или показателей двигателя и коробки передач).

Перед поступлением в собственно микропроцессорную систему управления все эти сигналы обязательно преобразуются в числовой код с помощью соответствующих преобразователей (например, аналого-цифровых преобразователей, преобразователей частота — код и т. д.), входящих в состав блока ввода. Информация от блока ввода поступает в схему интерфейса. Причем в случае большого объема информации таких схем интерфейса может быть несколько.

ЦПУ рассматриваемой микропроцессорной системы состоит из трех микросхем. Большая интегральная схема микропроцессора типа КР580ИК80А обрабатывает всю информацию. Ее связь с шинами управления и данных осуществляется через системный контроллер — шинный формирователь, а формирование тактовых последовательностей импульсов, необходимых для работы БИС микропроцессора, происходит с помощью генератора, стабилизированного кварцевым резонатором. В зависимости от вырабатываемых ЦПУ сигнала на шине управления и кода на шине адреса в работу с ним включается то или иное устройство микропроцессорной системы. Например, когда ЦПУ выдает на шину адреса код, требуемый для активизации соответствующего канала интерфейса, а на шину управления подает сигнал ввода, информация от данного канала интерфейса поступает в ЦПУ для последующей обработки.

В случае необходимости аналогичным образом осуществляется подача команд на обмен информации между ЦПУ и другими элементами микропроцессорной системы. При этом для работы с запоминающими устройствами ЦПУ выдает на адресную шину адрес ячейки памяти, а на шину управления команду «чтение» или «запись».

Для функционирования системы автоматического управления переключением передачи необходимо предусмотреть быстрое изменение режимов работы системы в зависимости от некоторых факторов. К числу таких факторов можно, например, отнести отказы тех или иных датчиков, приводящие к созданию аварийной ситуации, наличие юза при торможении автомобиля, непредусмотренные изменения напряжения питания системы.

Для того чтобы микропроцессорная система оперативно реагировала на указанные отклонения от нормальной работы, в ней используется система прерываний, реализуемая с помощью контроллера прерываний. К каждому входу или к части входов контроллера прерываний подводятся сигналы от внешних устройств. При появлении на каком-либо из входов контроллера сигнала с уровнем, соответствующим состоянию «логической 1», он посылает по линии запроса в ЦПУ запрос на прерывание его работы по основной программе. В зависимости от того, на какой из входов контроллера поступает сигнал с уровнем, соответствующим «логической 1», контроллер подготавливает информацию ЦПУ о том, на какую из подпрограмм ему следует перейти. Если сигналы с уровнем, соответствующим «логической 1», будут поданы одновременно на несколько входов контроллера, то он подготавливает для ЦПУ информацию о переходе на подпрограмму, предусмотренную сигналом внешнего устройства с самым старшим приоритетом.