车辆电子控制系统控制器ECU培训讲义课件

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车辆电子控制系统

－控制器ECU收集信息的传感器

信息处理器(ECU)控制部件的执行器输入输出

3车辆电子控制系统

－控制器ECU收13.3.2ECU的基本结构

功用决定结构功用（1）:将来自传感器的输入信号进行转换，使其成为能够处理和分析的信息。功用（3）：将运算结果转换成驱动执行机构工作的信号。输入接口微机功用（2）:根据控制要求进行算术运算或逻辑运算。输出接口1.ECU的基本结构3.3.2ECU的基本结构功用决定结构功用（1）:将来自23.3.2

ECU的基本结构（1）

输入接口（2）

微机（3）

输出接口将传感器输出的信号转换成由微机进行运算的数字电路。能够自动进行算术运算、逻辑运算等数据处理。用于放大微机的输出信号，并使执行器进行工作。3.3.2ECU的基本结构（1）输入接口（2）微机（333.3.2ECU的基本结构－输入接口（1）输入接口2.ECU的构造祥解

功用：将传感器输出的信号转换成由微机进行运算的数字电路。3.3.2ECU的基本结构－输入接口（1）输入接口2.43.3.2ECU的基本结构－输入接口传感器输出信号的形式不同。为什么ECU需要包含输入接口？频率量模拟量开关量ECU只能处理数字信号。输入接口3.3.2ECU的基本结构－输入接口传感器输出信号的形式不53.3.2ECU的基本结构－输入接口

ECU的输入接口主要包括两部分：A／D转换器(模／数转换器)：模/数转换和数/模转换的概念：能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模转换器，简称D/A转换器或DAC；能将模拟量转换为数字量的装置称为模/数转换器，简称A/D转换器或ADC。

DAC和ADC是联系数字系统和模拟系统的“桥梁”，也可称之为两者之间的接口。3.3.2ECU的基本结构－输入接口ECU的输入接口主要63.3.2ECU的基本结构－输入接口模/数和数/模转换的原理框图：模/数和数/模转换的原理框图模拟控制传感器模拟信号ADCDAC数字计算机数字控制数字信号3.3.2ECU的基本结构－输入接口模/数和数/模转换的原73.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近型ADC工作原理：逐次逼近型ADC的原理框图顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器DAC电压比较器输出数字量输入电压UiUA3.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近型ADC工作原83.3.2ECU的基本结构－输入接口

转换过程：

转换开始时，将寄存器置“0”；顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲首先将寄存器的最高位置“1”；经数/模转换器转换为相应的模拟电压UA，并送入比较器与待转换的输入电压Ui进行比较；3.3.2ECU的基本结构－输入接口转换过程：93.3.2ECU的基本结构－输入接口若UA>Ui，将1去除；若UA<Ui：将1保留，且置次高位为1；逐次比较下去，一直到最低位为止。寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压Ui的输出数字量。3.3.2ECU的基本结构－输入接口若UA>Ui，将1去103.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近过程设定试探值D/A输出电压VO/VVO/Vi比较结果100000002.5VO>Vi，D7=00010000001.25VO<Vi，D6=164011000001.875VO<Vi，D5=164+32=96011100002.1875VO<Vi，D4=196+16=112011110002.3438VO<Vi，D3=1112+8=120011111002.4219VO>Vi，D2=0112+8=120011110102.3828VO<Vi，D1=1120+2=122011110112.4023VO=Vi，D0=1122+1=1233.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近过程设定试探值113.3.2ECU的基本结构－输入接口输入接口模拟量转换过程示例：3.3.2ECU的基本结构－输入接口输模拟量转换过程示例：123.3.2ECU的基本结构－输入接口数字输入调理器（或称数字输入缓冲器）：

对频率量的处理：输入接口放大、限幅、整形数字输入调理器频压转换3.3.2ECU的基本结构－输入接口数字输入调理器（或称数133.3.2ECU的基本结构－输入接口

对开关量的处理：

光电隔离器输入接口整形输入接口3.3.2ECU的基本结构－输入接口对开关量的处理：143.3.2ECU的基本结构－微机组成：微型电子计算机的简称，它是由算术逻辑单元（ALU）、控制器、存储器、输入通道、输出通道、地址总线和数据总线等部分组成。（2）微机功用：自动进行算术运算、逻辑运算等数据处理。3.3.2ECU的基本结构－微机组成：微型电子计算机的简称153.3.2ECU的基本结构－微机输入设备存储器算术逻辑单元ALU(ALU)输出设备控制器数据总线控制总线地址总线微机结构图3.3.2ECU的基本结构－微机输入设备存储器算术逻辑输出163.3.2ECU的基本结构－输出接口功用：常用于放大微机的输出信号，并使执行器进行工作。举例（3）输出接口0V5V3.3.2ECU的基本结构－输出接口功用：常用于放大微机173.3.2ECU的基本结构ECU的基本结构

数字输入缓冲器输入接口存储器CPU执行器电磁线圈驱动电路电动机驱动电路显示装置驱动电路继电器驱动电路输出接口模/数（A/D）转换器1100101传感器

输入接口微机（硬件）输出接口3.3.2ECU的基本结构ECU的基本结构数字输入缓冲器18微控制器介绍：在通用计算机CPU的基础上集成一些输入、输出、存储器、定时器/计数器以及I/O接口电路等的控制芯片称为微控制器MCU，有时也称为单片机。

MCU为工业测控而设计，具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。1.微控制器概述微控制器介绍：在通用计算机CPU的基础上集成一些输入、输出19微控制器介绍：微控制器控制的一般模式：微控制器用于测量控制系统原理示意图微控制器介绍：微控制器控制的一般模式：微控制器用于测量控制20微控制器介绍：传感器－把现场物理量测量出来，并转换为电信号；量程放大器－把传感器信号放大到模数转换器能接收的统一电平；微控制器介绍：传感器－把现场物理量测量出来，并转换为电信号21微控制器介绍：

A/D转换－把模拟量变成数字量送入计算机。控制－进入微控制器的信号经过处理后，根据测试控制要求，控制相应执行机构。多路开关－通常要监测和控制的现场信号很多，并且它们的变化较为缓慢，所以所有信号占用一个A/D转换器，并占有一条与计算机的通道。多路开关用一条通道来监视现场多路信号，开关转换受计算机控制；微控制器介绍：A/D转换－把模拟量变成数字量送入计算机。22微控制器介绍：2.微控制器常用术语：

运算器：用来进行加、减、乘、除等算术运算及逻辑运算的器件。

存储器：用来存储原始数据、计算步骤、运算的中间和最终结果的器件(常分为内存和外存两部分，内存采用半导体存储器，外存常用磁盘和磁带)。

控制器：用来控制微控制器各部件按预先规定的计算步骤(即程序)自动执行指定操作的器件。微控制器介绍：2.微控制器常用术语：运算器：用来进行加、23微控制器介绍：

输入设备：把原始数据和程序输入微控制器的设备。例如常用的键盘等。

输出设备：输出计算结果的设备。例如常用的打印机、CRT显示器等。

硬件：组成计算机的运算器、存储器、控制器、输入和输出设备。

字长：CPU并行处理二进制的数据位数。微控制器介绍：输入设备：把原始数据和程序输入微控制器的设备24微控制器介绍：根据MCU的运算和处理能力，MCU总的来说可以分为8位机、16位机和32位机。8位、16位和32位通常是指MCU寄存器的位数，位数越多也就意味着MCU的数据处理能力更强大。3.微控制器的种类：无论是8位计算机还是32位计算机，其基本工作原理是相同的。微控制器介绍：根据MCU的运算和处理能力，MCU总的来说可以25微控制器介绍－功能结构：在微控制器的芯片上，集成的主要部分有CPU、时钟发生模块、复位与中断模块、系统操作正常监视模块、低电压禁止模块、存储器模块、输入输出I/O口、定时器，各部分之间通过内部总线相连。4.微控制器功能结构：微控制器介绍－功能结构：在微控制器的芯片上，集成的主要部分26微控制器介绍－功能结构：（1）CPU（CentralProcessingUnit）：

8位微处理器MC68HC08：

8位的CPU08结构：算术逻辑单元控制单元寄存器组CPU08的结构微控制器介绍－功能结构：（1）CPU（CentralPro27微控制器介绍－功能结构：

CPU08的特性：

4Kb程序/数据存储器空间；

8MHz的CPU内部总线频率，16种寻址方式；可扩展的内部总线，用于寻址超过64KB的地址空间；用于指令操作的16位变址寄存器；

16位堆栈指针和相应栈操作指令；微控制器介绍－功能结构：CPU08的特性：4Kb程序/数28微控制器介绍－功能结构：

CPU08的寄存器：

CPU08内部寄存器A累加器701587变址寄存器HX0堆栈指针SPH1587SPL0程序计数器PCH1587PCL0保存操作数及运行结果。一般表示操作数的地址，也可以暂时存储数据。数据入栈时SP减小，数据出栈时SP增加，永远指向下一个可用的单元。内容是下一条指令或下一个操作数的地址。包含一个控制位和5个记录指令执行结果特征的标志位。条件码寄存器CCR07微控制器介绍－功能结构：CPU08的寄存器：CPU08内29微控制器介绍－功能结构：

32位微处理器MC68300：

32位的CPU32的结构：CPU32的内部结构框图指令预取和译码单元总线控制器序列器控制单元执行单元1624数据总线控制总线地址总线微控制器介绍－功能结构：32位微处理器MC68300：330微控制器介绍－功能结构：

CPU32的特性：

32位内部数据总线和算术运算硬件单元；

24位外部地址总线和16位外部数据总线；

8个32位通用数据寄存器；

7个32位通用地址寄存器；微控制器介绍－功能结构：CPU32的特性：32位内部数据31微控制器介绍－功能结构：

CPU32的寄存器：数据寄存器151687031D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6地址寄存器151687031151687031A7用户堆栈指针151687031PC程序计数器条件码寄存器CCR15870微控制器介绍－功能结构：CPU32的寄存器：数据寄存器1532微控制器介绍－功能结构：数据寄存器（D0-D7）

32位,可用于存放位、8位字节、16位字、32位长字、64位4字操作数和16位或32位地址。所有数据寄存器都是通用寄存器，没有特别规定功能，也可以用作变址寄存器或计数器。微控制器介绍－功能结构：数据寄存器（D0-D7）32位,33微控制器介绍－功能结构：地址寄存器（A0-A6、A7）存放操作数的地址；程序计数器PC含有CPU32要执行的下一条指令的地址。在指令执行或异常处理期间，CPU32自动将PC的内容加1或将新的值放入PC中。程序计数器PC微控制器介绍－功能结构：地址寄存器（A0-A6、A7）存34微控制器介绍－功能结构：

16位，分为系统字节和用户字节。状态标志寄存器SRT1T0S00121110000XNZVC1514131211109876543210系统字节用户字节（CCR）中断允许位扩展位符号位零标志位溢出位进位位微控制器介绍－功能结构：16位，分为系统字节和用户字节。35微控制器介绍－功能结构：（2）时钟发生模块：MCU用时钟发生模块产生时钟信号或产生系统时钟。典型的CPU总线时钟为8MHz，即CPU作一次总线读或写操作的时间是125ns。即CPU以8MHz的总线频率一拍一拍地运行着。时钟发生模块包括晶振电路、基本时钟电路等。微控制器介绍－功能结构：（2）时钟发生模块：MCU用时钟发生36微控制器介绍－功能结构：（3）复位与中断模块：复位是指系统开始工作之前所处的状态，或在系统出现故障后重新加载程序的过程。典型中断源包括计数器满、外部中断、ADC转换结束、串口中断等。复位方式：上电复位、低电压禁止复位、非法指令码和非法地址等。微控制器介绍－功能结构：（3）复位与中断模块：复位是指系统开373

车辆电子控制系统

－控制器ECU收集信息的传感器

信息处理器(ECU)控制部件的执行器输入输出

3车辆电子控制系统

－控制器ECU收383.3.2ECU的基本结构

功用决定结构功用（1）:将来自传感器的输入信号进行转换，使其成为能够处理和分析的信息。功用（3）：将运算结果转换成驱动执行机构工作的信号。输入接口微机功用（2）:根据控制要求进行算术运算或逻辑运算。输出接口1.ECU的基本结构3.3.2ECU的基本结构功用决定结构功用（1）:将来自393.3.2

ECU的基本结构（1）

输入接口（2）

微机（3）

输出接口将传感器输出的信号转换成由微机进行运算的数字电路。能够自动进行算术运算、逻辑运算等数据处理。用于放大微机的输出信号，并使执行器进行工作。3.3.2ECU的基本结构（1）输入接口（2）微机（3403.3.2ECU的基本结构－输入接口（1）输入接口2.ECU的构造祥解

功用：将传感器输出的信号转换成由微机进行运算的数字电路。3.3.2ECU的基本结构－输入接口（1）输入接口2.413.3.2ECU的基本结构－输入接口传感器输出信号的形式不同。为什么ECU需要包含输入接口？频率量模拟量开关量ECU只能处理数字信号。输入接口3.3.2ECU的基本结构－输入接口传感器输出信号的形式不423.3.2ECU的基本结构－输入接口

ECU的输入接口主要包括两部分：A／D转换器(模／数转换器)：模/数转换和数/模转换的概念：能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模转换器，简称D/A转换器或DAC；能将模拟量转换为数字量的装置称为模/数转换器，简称A/D转换器或ADC。

DAC和ADC是联系数字系统和模拟系统的“桥梁”，也可称之为两者之间的接口。3.3.2ECU的基本结构－输入接口ECU的输入接口主要433.3.2ECU的基本结构－输入接口模/数和数/模转换的原理框图：模/数和数/模转换的原理框图模拟控制传感器模拟信号ADCDAC数字计算机数字控制数字信号3.3.2ECU的基本结构－输入接口模/数和数/模转换的原443.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近型ADC工作原理：逐次逼近型ADC的原理框图顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器DAC电压比较器输出数字量输入电压UiUA3.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近型ADC工作原453.3.2ECU的基本结构－输入接口

转换过程：

转换开始时，将寄存器置“0”；顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲首先将寄存器的最高位置“1”；经数/模转换器转换为相应的模拟电压UA，并送入比较器与待转换的输入电压Ui进行比较；3.3.2ECU的基本结构－输入接口转换过程：463.3.2ECU的基本结构－输入接口若UA>Ui，将1去除；若UA<Ui：将1保留，且置次高位为1；逐次比较下去，一直到最低位为止。寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压Ui的输出数字量。3.3.2ECU的基本结构－输入接口若UA>Ui，将1去473.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近过程设定试探值D/A输出电压VO/VVO/Vi比较结果100000002.5VO>Vi，D7=00010000001.25VO<Vi，D6=164011000001.875VO<Vi，D5=164+32=96011100002.1875VO<Vi，D4=196+16=112011110002.3438VO<Vi，D3=1112+8=120011111002.4219VO>Vi，D2=0112+8=120011110102.3828VO<Vi，D1=1120+2=122011110112.4023VO=Vi，D0=1122+1=1233.3.2ECU的基本结构－输入接口逐次逼近过程设定试探值483.3.2ECU的基本结构－输入接口输入接口模拟量转换过程示例：3.3.2ECU的基本结构－输入接口输模拟量转换过程示例：493.3.2ECU的基本结构－输入接口数字输入调理器（或称数字输入缓冲器）：

对频率量的处理：输入接口放大、限幅、整形数字输入调理器频压转换3.3.2ECU的基本结构－输入接口数字输入调理器（或称数503.3.2ECU的基本结构－输入接口

对开关量的处理：

光电隔离器输入接口整形输入接口3.3.2ECU的基本结构－输入接口对开关量的处理：513.3.2ECU的基本结构－微机组成：微型电子计算机的简称，它是由算术逻辑单元（ALU）、控制器、存储器、输入通道、输出通道、地址总线和数据总线等部分组成。（2）微机功用：自动进行算术运算、逻辑运算等数据处理。3.3.2ECU的基本结构－微机组成：微型电子计算机的简称523.3.2ECU的基本结构－微机输入设备存储器算术逻辑单元ALU(ALU)输出设备控制器数据总线控制总线地址总线微机结构图3.3.2ECU的基本结构－微机输入设备存储器算术逻辑输出533.3.2ECU的基本结构－输出接口功用：常用于放大微机的输出信号，并使执行器进行工作。举例（3）输出接口0V5V3.3.2ECU的基本结构－输出接口功用：常用于放大微机543.3.2ECU的基本结构ECU的基本结构

数字输入缓冲器输入接口存储器CPU执行器电磁线圈驱动电路电动机驱动电路显示装置驱动电路继电器驱动电路输出接口模/数（A/D）转换器1100101传感器

输入接口微机（硬件）输出接口3.3.2ECU的基本结构ECU的基本结构数字输入缓冲器55微控制器介绍：在通用计算机CPU的基础上集成一些输入、输出、存储器、定时器/计数器以及I/O接口电路等的控制芯片称为微控制器MCU，有时也称为单片机。

MCU为工业测控而设计，具有三高优势(集成度高、可靠性高、性价比高)。1.微控制器概述微控制器介绍：在通用计算机CPU的基础上集成一些输入、输出56微控制器介绍：微控制器控制的一般模式：微控制器用于测量控制系统原理示意图微控制器介绍：微控制器控制的一般模式：微控制器用于测量控制57微控制器介绍：传感器－把现场物理量测量出来，并转换为电信号；量程放大器－把传感器信号放大到模数转换器能接收的统一电平；微控制器介绍：传感器－把现场物理量测量出来，并转换为电信号58微控制器介绍：

A/D转换－把模拟量变成数字量送入计算机。控制－进入微控制器的信号经过处理后，根据测试控制要求，控制相应执行机构。多路开关－通常要监测和控制的现场信号很多，并且它们的变化较为缓慢，所以所有信号占用一个A/D转换器，并占有一条与计算机的通道。多路开关用一条通道来监视现场多路信号，开关转换受计算机控制；微控制器介绍：A/D转换－把模拟量变成数字量送入计算机。59微控制器介绍：2.微控制器常用术语：

运算器：用来进行加、减、乘、除等算术运算及逻辑运算的器件。

存储器：用来存储原始数据、计算步骤、运算的中间和最终结果的器件(常分为内存和外存两部分，内存采用半导体存储器，外存常用磁盘和磁带)。

控制器：用来控制微控制器各部件按预先规定的计算步骤(即程序)自动执行指定操作的器件。微控制器介绍：2.微控制器常用术语：运算器：用来进行加、60微控制器介绍：

输入设备：把原始数据和程序输入微控制器的设备。例如常用的键盘等。

输出设备：输出计算结果的设备。例如常用的打印机、CRT显示器等。

硬件：组成计算机的运算器、存储器、控制器、输入和输出设备。

字长：CPU并行处理二进制的数据位数。微控制器介绍：输入设备：把原始数据和程序输入微控制器的设备61微控制器介绍：根据MCU的运算和处理能力，MCU总的来说可以分为8位机、16位机和32位机。8位、16位和32位通常是指MCU寄存器的位数，位数越多也就意味着MCU的数据处理能力更强大。3.微控制器的种类：无论是8位计算机还是32位计算机，其基本工作原理是相同的。微控制器介绍：根据MCU的运算和处理能力，MCU总的来说可以62微控制器介绍－功能结构：在微控制器的芯片上，集成的主要部分有CPU、时钟发生模块、复位与中断模块、系统操作正常监视模块、低电压禁止模块、存储器模块、输入输出I/O口、定时器，各部分之间通过内部总线相连。4.微控制器功能结构：微控制器介绍－功能结构：在微控制器的芯片上，集成的主要部分63微控制器介绍－功能结构：（1）CPU（CentralProcessingUnit）：

8位微处理器MC68HC08：

8位的CPU08结构：算术逻辑单元控制单元寄存器组CPU08的结构微控制器介绍－功能结构：（1）CPU（CentralPro64微控制器介绍－功能结构：

CPU08的特性：

4Kb程序/数据存储器空间；

8MHz的CPU内部总线频率，16种寻址方式；可扩展的内部总线，用于寻址超过64KB的地址空间；用于指令操作的16位变址寄存器；

16位堆栈指针和相应栈操作指令；微控制器介绍－功能结构：CPU08的特性：4Kb程序/数65微控制器介绍－功能结构：

CPU08的寄存器：

CPU08内部寄存器A累加器701587变址寄存器HX0堆栈指针SPH1587SPL0程序计数器PCH1587PCL0保存操作数及运行结果。一般表示操作数的地址，也可以暂时存储数据。数据入栈时SP减小，数据出栈时SP增加，永远指向下一个可用的单元。内容是下一条指令或下一个操作数的地址。包含一个控制位和5个记录指令执行结果特征的标志位。条件码寄存器CCR07微控制器介绍－功能结构：CPU08的寄存器：CPU08内66微控制器介绍－功能结构：

32位微处理器MC68300：

32位的CPU32的结构：CPU32的内部结构框图指令预取和译码单元总线控制器序列器控制单元执行单元1624数据总线控制总线地址总线微控制器介绍－功能结构：32位微处理器MC68300：367微控制器介绍－功能结构：

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