第八章 汽车微机基础

1. 第八章 汽车微机基础 本章主要介绍的内容有： 　　● 单片机的组成和分类 　　● 汽车电脑原理 ● 课题实验　　　

2. 第一节　单片机的组成和分类 本节主要介绍的内容有： ● 什么是单片机 ● 单片机的组成 ● 单片机的分类

3. 一、什么是单片机 单片机是将中央处理器CPU（Central Processing Unit）、 存储器（Memory）、定时器/计数器、输入/输出（I/O）接口电 路等主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机， 基本结构如图8-1-1（a）所示。虽然单片机只是一块芯片，但 其已经具有微型计算机的组成与功能，故称之为单片微型计算机， 简称单片机或微机。目前，汽车电控系统采用的单片机均为数字 式单片机。

5. 中央处理器（CPU）是具有译码指令和数据处理能力的电子部件，是汽车电子控制单元的核心，基本结构如图8-1-1（b）所示，由运算器（Calculator）、寄存器（Register）和控制器（Controller）组成。中央处理器（CPU）是具有译码指令和数据处理能力的电子部件，是汽车电子控制单元的核心，基本结构如图8-1-1（b）所示，由运算器（Calculator）、寄存器（Register）和控制器（Controller）组成。 　　运算器是计算机的运算部件，用于实现数学运算和逻辑运算。汽车上各种电控系统（燃油喷射系统EFI、防抱死制动系统ABS、安全气囊系统SRS、自动变速器ECT控制系统）ECU内部的数据运算与逻辑判断都在这里进行。 　　寄存器用于暂时存储数据或程序指令。 　　控制器是计算机的指挥控制部件，其功用是按照监控程序和应用程序使计算机各部分动协助调工作。 二、单片机的组成 1．中央处理器（CPU）

6. 　　在单片机或微型计算机中，存储器是用来存储程序指令和数据的部件。存储器是由许多具有记忆功能的存储电路构成的，每个记忆存储电路存储1个二进位信息（0或1），称为存储器的存储位（Bit）。每8个记忆存储电路构成存储器的一个基本单元，存储8位二进制信息，称为存储字节（Byte）。　　在单片机或微型计算机中，存储器是用来存储程序指令和数据的部件。存储器是由许多具有记忆功能的存储电路构成的，每个记忆存储电路存储1个二进位信息（0或1），称为存储器的存储位（Bit）。每8个记忆存储电路构成存储器的一个基本单元，存储8位二进制信息，称为存储字节（Byte）。 　　存储器按读写操作原理可分为：只读存储器ROM（Read Only Memory）和随机存取储存器RAM（Random Access Memory）。按功能可分为程序存储器和数据存储器。按构成材料可分为半导体存储器和磁质存储器。 　　（1）只读存储器（ROM） 　　① 掩膜ROM 　　② 可编程ROM（即PROM） 　　③ 可改写ROM（即EROM） 　　（2）随机存储器（RAM）　　 2．存储器（Memory）

7. I/O（Input/Output）接口是CPU与传感器或执行器之间进行数据交换和下达控制指令的通道。由于传感器和执行器种类繁多，它们的信号速度、频率、电平、功率和工作时序等都不可能与CPU完全匹配，因此必须根据CPU的指令，通过I/O接口进行协调和控制。I/O（Input/Output）接口是CPU与传感器或执行器之间进行数据交换和下达控制指令的通道。由于传感器和执行器种类繁多，它们的信号速度、频率、电平、功率和工作时序等都不可能与CPU完全匹配，因此必须根据CPU的指令，通过I/O接口进行协调和控制。 　　总线是微机内部传递信息的电路连线。在单片机内部，CPU、ROM、RAM与I/O接口之间的信息交换都是通过总线来实现。按传递信息不同，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线三种。 　　数据总线主要用于传送数据与指令。 　　地址总线用来传递地址数码。 　　微机中的器件都与控制总线连接，CPU可通过控制总线随时掌握各个器件的状态，并根据需要随时向某个器件发出控制指令。 3．输入输出（I/O）接口 4．总线（BUS）

8. 　　输出回路是单片机与执行器之间的中继站，其功用是根据微机发出的指令，控制执行器动作。微机对采样信号进行分析、比较、运算后，由预定的程序形成控制指令并通过输出端子输出。下图8-1-2所示为MCS-51单片机的基本结构。　　输出回路是单片机与执行器之间的中继站，其功用是根据微机发出的指令，控制执行器动作。微机对采样信号进行分析、比较、运算后，由预定的程序形成控制指令并通过输出端子输出。下图8-1-2所示为MCS-51单片机的基本结构。 5．输出回路

9. 　　单片机分为通用型单片机和专用型单片机，我们通常所说的单片机就是指通用型单片机。从基本操作处理的数据来看，单片机又可分为4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。目前汽车上用的主要是8位单片机和16位单片机，也有一些轿车上开始使用32位单片机。　　单片机分为通用型单片机和专用型单片机，我们通常所说的单片机就是指通用型单片机。从基本操作处理的数据来看，单片机又可分为4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。目前汽车上用的主要是8位单片机和16位单片机，也有一些轿车上开始使用32位单片机。 1．4位单片机 2．8位单片机 3．16位单片机 4．32位单片机 三、单片机的分类

10. 第二节　汽车电脑原理 本节主要介绍的内容有： ● 汽车电脑控制系统概述 ● 发动机电控系统　

11. 　　汽车电脑作为控制系统的核心，在硬件结构上一般可分为三部分：外部传感器、汽车电脑和执行机构，如图8-2-1所示。汽车电脑一般被称为ECU（Electronic Control Unit）。ECU主要由输入接口、微处理器和输出接口组成。 一 、汽车电脑控制系统概述 1．汽车电脑控制系统的组成

12. 　　（1）具有高的工作可靠性。 　　（2）具有良好的抗振性。 　　（3）能在温度大范围变化的情况下正常工作。 　　（4）具有抗强电磁干扰的能力。 　　（5）能在电压波动较大的情况下正常工作。 　　（6）具有较强的抗腐蚀、抗污染的能力。 2．汽车电脑控制系统的特点

13. 　　发动机电脑控制系统主要包括电控汽油喷射系统、电控汽油点火系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、汽油机进气控制系统、气缸变排量控制系统、可变压缩比系统，柴油机电控系统等。　　发动机电脑控制系统主要包括电控汽油喷射系统、电控汽油点火系统、发动机怠速控制系统、废气再循环控制系统、汽油机进气控制系统、气缸变排量控制系统、可变压缩比系统，柴油机电控系统等。 　　① 电控汽油喷射系统 　　② 电控汽油点火系统 　　③ 怠速控制 　　④ 排放控制 　　⑤ 进气控制 3．汽车电脑控制系统的应用 （1）汽车发动机电脑控制系统

14. 　　底盘电控系统包括防抱死制动系统（ABS）、电子防滑系统（ASR）、悬挂系统控制、电子控制动力转向、四轮转向控制、巡航控制系统等。　　底盘电控系统包括防抱死制动系统（ABS）、电子防滑系统（ASR）、悬挂系统控制、电子控制动力转向、四轮转向控制、巡航控制系统等。 　　① 防抱死制动系统和电子防滑系统 　　② 电控自动变速器 　　③ 电控悬挂系统 　　④ 电控动力转向系统 　　⑤ 电控巡航系统 （2）汽车底盘电控系统

15. 　　汽车车身电控系统包括车用空调控制、车辆信息显示、风窗玻璃的刮水器控制、灯光控 制、汽车门锁控制、汽车车窗控制、电动座椅控制、安全气囊与安全带控制、防撞与防盗安 全系统等。 　　① 汽车空调控制系统 　　② 信息显示系统 　　③ 汽车电子灯光控制系统 　　④ 安全气囊控制系统 （3）汽车车身电控系统

16. 　　汽车信息传递系统通常包括多路信息传递、汽车导航和蜂窝式移动电话三部分。　　汽车信息传递系统通常包括多路信息传递、汽车导航和蜂窝式移动电话三部分。 　　① 多路信息传递系统 　　② 汽车导航系统 　　③ 移动通讯系统 （4）汽车信息传递

17. 　　其系统构成如图8-2-2所示。 二、发动机电控系统 1．发动机电控系统的构成

18. 　　发动机微机控制系统的控制功能，视发动机的生产年份、制造商、发动机类型等有很大的差异。一般而言，生产年份较早的发动机，控制功能相对较少，而近年生产的发动机，电控系统的控制功能已有很大的扩展。主要控制功能如下：　　发动机微机控制系统的控制功能，视发动机的生产年份、制造商、发动机类型等有很大的差异。一般而言，生产年份较早的发动机，控制功能相对较少，而近年生产的发动机，电控系统的控制功能已有很大的扩展。主要控制功能如下： 　　（1）燃油喷射控制 　　（2）点火控制 　　（3）怠速控制 　　（4）排气净化控制 　　（5）进气控制 　　（6）故障自诊断和带故障运行控制 2．发动机电控系统的主要控制功能

19. 　　叶片式空气流量计基于力学原理对发动机进气量进行测量，其工作原理如图8-2-3所示，电路原理图见图8-2-4。发动机工作时，ECU给电位计电阻提供一个标准电源电压VB，使其电流保持恒定，此位置产生的电压信号Us（或UB-Us）输送给ECU，以确定发动机进气量的大小。　　叶片式空气流量计基于力学原理对发动机进气量进行测量，其工作原理如图8-2-3所示，电路原理图见图8-2-4。发动机工作时，ECU给电位计电阻提供一个标准电源电压VB，使其电流保持恒定，此位置产生的电压信号Us（或UB-Us）输送给ECU，以确定发动机进气量的大小。 3．燃油喷射系统中的传感器 （1）空气流量计（MAF） ① 叶片式空气流量计

21. 电路原理图见图8-2-4。发动机工作时，ECU给电位计电阻提供一个电路原理图见图8-2-4。发动机工作时，ECU给电位计电阻提供一个 标准电源电压VB，使其电流保持恒定，此位置产生的电压信号Us（或UB -Us）输送给ECU，以确定发动机进气量的大小。

22. 　　热式空气流量计的主要元件是热线电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。　　热式空气流量计的主要元件是热线电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。 ② 热式空气流量计

23. 　　热线式空气流量计的工作原理如图8-2-6所示。　　热线式空气流量计的工作原理如图8-2-6所示。

24. 　　光学式卡门旋涡空气流量计的结构如图8-2-7所示。　　光学式卡门旋涡空气流量计的结构如图8-2-7所示。 ③ 卡门旋涡式空气流量计

25. 　　传感器的结构如图8-2-8所示，主要由绝对真空室、硅片和IC放大电路组成。　　传感器的结构如图8-2-8所示，主要由绝对真空室、硅片和IC放大电路组成。 （2）进气管绝对压力传感器（IMAPS） ① 压敏电阻式进气管绝对压力传感器

26. 　　传感器结构示意图如图8-2-9所示，位于传感器壳体内腔的弹性膜片用金属制成，弹性膜片上、下两个凹玻璃的表面也均有金属涂层，这样在弹性膜片与两个金属涂层之间形成两个串联的电容。　　传感器结构示意图如图8-2-9所示，位于传感器壳体内腔的弹性膜片用金属制成，弹性膜片上、下两个凹玻璃的表面也均有金属涂层，这样在弹性膜片与两个金属涂层之间形成两个串联的电容。 ②电容式进气管绝对压力传感器

27. 　　此类型的节气门位置传感器是一个由节气门轴驱动的电位计，如图8-2-10所示。　　此类型的节气门位置传感器是一个由节气门轴驱动的电位计，如图8-2-10所示。 （3）节气门位置传感器（TPS） ①电位计式节气门位置传感器

28. 　　此传感器主要由一个滑动触点和两个固定触点组成，如图8-2-11所示。　　此传感器主要由一个滑动触点和两个固定触点组成，如图8-2-11所示。 ②触点式节气门位置传感器

29. 　　进气温度传感器如图8-2-12所示，传感器壳体内装有一个热敏电阻，进气温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化。　　进气温度传感器如图8-2-12所示，传感器壳体内装有一个热敏电阻，进气温度变化时，热敏电阻的阻值发生变化。

30. 　　冷却液温度传感器的结构和电路如图8-2-13和图8-2-14所示，其工作原理与进气温度传感器相同。　　冷却液温度传感器的结构和电路如图8-2-13和图8-2-14所示，其工作原理与进气温度传感器相同。 （4） 冷却液温度传感器（ECTS）

32. 　　凸轮轴位置传感器（CMPS）给ECU提供曲轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。曲轴位置位置传感器（CKPS）有时称为转速传感器，用来检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制制信号。　　凸轮轴位置传感器（CMPS）给ECU提供曲轴转角基准位置（第一缸压缩上止点）信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制信号。曲轴位置位置传感器（CKPS）有时称为转速传感器，用来检测曲轴转角位移，给ECU提供发动机转速信号和曲轴转角信号，作为燃油喷射控制和点火控制的主控制制信号。 （5）凸轮轴/曲轴位置传感器（CPS）

33. 　　按喷油口的结构不同，喷油器可分为轴针式和孔式两种，如图8-2-15所示。喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀与衔铁制成一体。轴针式喷油器的针阀下部有轴针伸入喷口。　　按喷油口的结构不同，喷油器可分为轴针式和孔式两种，如图8-2-15所示。喷油器主要由滤网、线束连接器、电磁线圈、回位弹簧、衔铁和针阀等组成，针阀与衔铁制成一体。轴针式喷油器的针阀下部有轴针伸入喷口。 　　喷油器不喷油时，回位弹簧通过衔铁使针阀紧压在阀座上，防止滴油。当电磁线圈通电时，产生电磁吸力，将衔铁吸起并带动针阀离开阀座，同时回位弹簧被压缩，燃油经过针阀并由轴针与喷口的环隙或喷孔中喷出。当电磁线圈断电时，电磁吸力消失，回位弹簧迅速使针阀关闭，喷油器停止喷油。在喷油器的结构和喷油压力一定时，喷油器的喷油量取决于针阀的开启时间，即电磁线圈的通电时间。回位弹簧弹力对针阀密封性和喷油器断油的干脆程度会产生影响。 4．燃油喷射系统中的执行器 （1）喷油器的构造与工作原理

35. （2）喷油器的驱动方式 　　喷抽器的驱动方式可分为电流驱动和电压驱动两种方式，如图8-2-16所示。电流驱动方式只适用于低阻值喷油器，电压驱动方式对高阻值和低阻值喷油器均可使用。

36. 　　在采用电流驱动方式的喷油器控制电路中，不需附加电阻，低阻喷油器直接与蓄电池连接，通过ECU中的晶体三极管对流过喷油器线圈的电流进行控制，电路图见图8-2-17。　　在采用电流驱动方式的喷油器控制电路中，不需附加电阻，低阻喷油器直接与蓄电池连接，通过ECU中的晶体三极管对流过喷油器线圈的电流进行控制，电路图见图8-2-17。 　　低阻喷油器采用电压驱动方式时，必须加入附加电阻。因为低阻喷油器线圈的匝数较少，加入附加电阻，可减小工作时流过线圈的电流，以防止线圈发热而损坏。附加电阻与喷油器的连接方式有三种。 　　电压驱动方式中的喷油器驱动电路较简单，但因其回路中的阻抗大，喷油器的喷油滞后时间长。其中，电压驱动高阻喷油器的喷油滞后时间最长，电压驱动低阻喷油器次之，电流驱动的喷油器最短。 ① 电流驱动方式 ② 电压驱动方式

37. 第三节　课题实验本田电喷发动机控制功能检测第三节　课题实验本田电喷发动机控制功能检测 一、实习目的 1．了解电喷发动机各系统的功能及在不同工况下，ECU控制的异同点； 2．掌握相关经验数码、参数。 二、实验器材 　　本田雅阁发动机实验台、数字示波器、万用表、电阻。。 三、注意事项 1．保证数字示波器规范性的操作； 2．避免蓄电池正极与实验台架短路。

38. 　　●实验步骤： 1．打开点火开关，起动发动机，待怠速稳定后，将示波器的两通道表笔连接到面板上，通道1的表笔连接1缸喷油信号测试端子，通道2的表笔连接CYP传感器的信号测试端子（B11），接地夹搭铁。得到1缸喷油时刻和CYP转子齿轮的位置关系波形图。 2．将通道1的表笔依接2、3、4缸喷油信号的测试端子A3、A5、A2，分别有2、3、4缸喷油时刻和CYP转子齿轮位置关系的波形图。 　　●实验分析：每一缸的喷油时刻对比CYP的转子齿轮的位置都不一样。相反，ECU根据此信号等来控制各缸的喷油时刻。 四、燃油喷射正时与喷油量的控制 实验A　燃油喷射正时

39. 　　●实验步骤： 1．打开点火开关、起动发动机，待怠速稳定后，将示波器的通道1的测试探头连接到面板的“A1”处，接地夹搭铁。冷车起动时和起动后水温上升时的喷油波形，ECU控制的脉冲占空比是不一样的。 2．点火开关OFF，拔掉进行温度传感器接头，在接头的两端子间接一个3000Ω的电阻，让ECU误以为进气温度比较低，待怠速稳定后，观察示波器显示的喷油信号脉宽。 　　●实验分析：发动机在刚起动后，由于发动机本身的温度较低，一部分的燃油沾附在进气歧管和气缸壁上，这时ECU将根据温度传感器的信号，适当地控制喷油时间的占空比，增加喷油量。当温度传感器的阻值下降，发动机温度上升时，将适当的减小喷油量，以控制空燃比趋于理论值14.7:1附近。 实验B 喷油量的控制

40. 1．思考题 　　（1）如何理解喷油时刻？ 　　（2）发动机根据哪些信号来调喷油时刻？ 2．记录所测相关数据 　　记录实验B步骤2所得的实测波形，并标注有效脉宽在图8-3-1中。 3．实验体会 五、实验报告