Лекция 5 Бортовые микропроцессоры и микро-ЭВМ

Основными сдерживающими факторами развития автоматических автомобильных систем, до последнего времени являлись большие масса, объем и стоимость необходимой аппаратуры. В особенности это относилось к вычислительным (решающим) устройствам. Достижения микроэлектроники коренным образом изменили это положение.

Отечественная и зарубежная промышленность выпускает микропроцессоры и микро-ЭВМ, которые, приближаясь по производительности к малым ЭВМ, обладают малыми массой, габаритами, низкой стоимостью, высокой надежностью и незначительной потребляемой мощностью. Микропроцессоры и микро-ЭВМ вытесняют малые ЭВМ в тех областях, где не требуется обработка больших объемов информации.

Использование микропроцессоров и микро-ЭВМ позволяет создавать компактные и дешевые автоматические бортовые системы.

Исходя из принципа работы любая электронная вычислительная машина (в том числе и микропроцессор, и микро-ЭВМ) может быть представлена состоящей из четырех основных устройств (рис. 74): арифметико-логического; запоминающего; управления; ввода-вывода информации.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) служит для выполнения арифметических и логических операций над числами, представленными определенными кодами. Эти числа отображают команды, определяющие действия машины времени и обрабатываемую информацию в течение некоторого отрезка. Числа, в той или иной системе счисления представляются электрическими импульсами. Наибольшее применение получила двоичная система, в которой любое число характеризуется двумя цифрами: нулем и единицей.

Запоминающее устройство (ЗУ) служит для приема и хранения поступающей информации, хранения команд и результатов промежуточных вычислений, хранения и выдачи выходных данных. ЗУ представляет собой набор одинаковых ячеек. Порция памяти, хранящаяся в ячейке, представляет собой машинное слово. Номера, присваиваемые ячейками, называются адресами. Основными характеристиками ЗУ являются емкость и быстродействие.

По назначению ЗУ бывают двух видов:

- постоянные запоминающие устройства (ПЗУ);

- оперативные запоминающие устройства (ОЗУ).

ПЗУ предназначены для хранения вводимой заранее и не изменяющейся информации. Оно обычно хранит программы и непосредственно связано с АЛУ. ПЗУ, как правило, обеспечивает быстрое чтение данных.

В ОЗУ обычно записывается обрабатываемая и обработанная информация, которая в процессе работы обновляется. ОЗУ обладает большой емкостью и может не обладать высоким быстродействием.

Устройство управления обеспечивает определенную последовательность выполнения операций по программе, а также управление при выполнении отдельных операций.

Устройство ввода-вывода данных служит для преобразования вводимых данных в необходимый код, передачи кода в ЗУ, а также для съема и фиксации выходных данных, характеризующих результаты вычислений по заданной программе.

В управляющих ЭВМ, предназначенных для обработки информации, которая поступает от датчиков, измеряющих параметры управляемых объектов, устройства ввода и вывода обычно представляют собой каскады, связывающие ОЗУ и АЛУ соответственно с блоками памяти аналого-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Различают универсальные ЭВМ с программным управлением, реализующим различные алгоритмы решения задач, и специализированные ЭВМ с жестким программным управлением, рассчитанные на выполнение одного или нескольких определенных алгоритмов.

В микропроцессорах и микро-ЭВМ используется жесткое программное управление. Каждая операция выполняется машиной под действием специального управляющего сигнала-команды. В общем случае команда, как группа символов, делится на несколько подгрупп. Одна подгруппа является кодом операции и определяет, что должна сделать машина – характер или вид операции; остальные подгруппы указывают адреса ячеек, откуда надо взять числа для выполнения операции и куда направить результат операции. Команды программы для ввода в машину кодируются в виде чисел и хранятся в ячейках памяти таким же образом, как и обычнее числа.

Последовательность команд образует программу работы машины. Программа составляется заранее для каждой задачи и хранится в памяти ЭВМ вместе с необходимыми данными. По каждой команде выбранные из памяти в соответствии с адресами команд числа поступают в АЛУ, в котором над ними производится операция, определяемая кодом операции; результат операции посылаете обратно в ячейку памяти, номер которой указан в соответствующем адресе команды. Выполнение данной команды заканчивается записью результата операции в ЗУ. Затем устройство управления извлекает из ЗУ следующую команду. Помимо арифметических и логических операций, АЛУ выполняет команды, необходимые для автоматической работы ЭВМ.

Разработанные в последние годы микропроцессоры и микро-ЭВМ строятся на больших интегральных микросхемах (БИС). Под БИС понимают кристалл, содержащий более сотни элементов. Современная полупроводниковая технология позволяет создавать большую плотность элементов (десятки тысяч) на одном кристалле, при их высоком быстродействии и малой потребляемой мощности.

Микропроцессор создается на одной или нескольких БИС, содержит арифметическое и логическое устройство, (АЛУ), обрабатывает по определенной адресной программе поступающую информацию.

Микро-ЭВМ представляет собой малую дискретную систему, создаваемую вокруг микропроцессора на одной или нескольких печатных платах и содержащих ОЗУ, ПЗУ, устройство ввода-вывода, связывающее микропроцессор с внешними устройствами, пульт управления и др.

Современные микро-ЭВМ содержат десятки БИС. Группа БИС микропроцессора является основной составной частью любой микро-ЭВМ, остальные БИС (ПЗУ, ОЗУ и др.) могут сочетаться различными способами в зависимости от назначения микро-ЭВМ.

Особенностями микропроцессоров являются:

- высокая технологичность изготовления, обусловливающая их малую стоимость и высокую надежность;

- широкое использование микропроцессорного управления, позволяющего микропроцессору выполнять функции, которые раньше осуществлялись программными средствами;

- возможность создания автономных миниатюрных систем обработки.

Основные параметры микропроцессоров, плотность размещения элементов на кристалле, быстродействие, рассеиваемая мощность определяются технологией их изготовления. Имеется более 20 различных схемно-технологических методов, используемых для изготовления БИС. Разработанные миниатюрные БИС выполняют функции АЛУ, ЗУ, АЦП, ЦАП или объединяют несколько функций. Основным «кирпичиком» современных БИС обычно является транзистор.

Наибольшие успехи в области полупроводниковой технологии достигнуты при разработке БИС (кристаллов), создаваемых на МОП-транзисторах или на биполярных приборах. МОП-транзисторы являются униполярными (т.е. с носителями одного типа) приборами. В р -канальных МОП-транзисторах носителями заряда являются дырки, в n -канальных – электроны.

МОП-транзисторы имеют большое входное сопротивление (10¹² – 10¹⁴ Ом), что позволяет создавать интегральные схемы, не содержащие резисторов, конденсаторов и диодов.

БИС, создаваемые, на биполярных приборах, как правило, дороже МОП-схем, но имеют большее быстродействие. Биполярные ИС делятся на насыщенные, ненасыщенные и схемы с ограниченным насыщением.

Наибольшее распространение получили насыщенные схемы типа транзистор – транзисторные логические схемы (ТТЛ-схемы). Они обладают высоким быстродействием (задержка на элемент – 10 – 20 нс.), высокой нагрузочной способностью (к выходу подключается 10 – 30 аналогичных схем) и низкой стоимостью.

Разработанные однокристальные 16-разрядные микропроцессоры на ТТЛ-схемах содержат от 1000 до 3000 схем или 10⁴ бит памяти.

В микрокомпрессорах также находят применение приборы с зарядовой связью (ПЗС), представляющие собой цепочку близкорасположенных МОП-транзисторов на общей полупроводниковой подложке с общим слоем диэлектрика. Металлические электроды, на которые подается напряжение передачи заряда, подсоединяются к шинам токового питания.

ПЗС используются, как ЗУ большой емкости, логические схемы, процессоры для обработки аналоговых сигналов и т.д. ПЗС компактны, имеют большое быстродействие, малую потребляемую мощность и стоимость.

Недостатком ПЗС ЗУ, как и других полупроводниковых ЗУ, является потеря информации при отключении напряжения питания.

Описанные выше элементы позволяют создавать ЗУ различного типа: как оперативные, так и постоянные. Оперативные ЗУ в микропроцессорах хранят поступающую информацию, результаты промежуточных и конечных вычислений. Они могут быть статическими и динамическими.

Статические ЗУ представляют собой прямоугольную матрицу из запоминающих ячеек, расположенных на кристалле. В отличие от ферритовых ЗУ на кристалле наряду с ячейками памяти располагаются адресные дешифраторы, усилители чтения и другие каскады. В качестве базовых элементов в основном используются триггеры.

Для построения оперативной N-разрядной памяти с большой емкостью применяют несколько блоков памяти, соединенных параллельно. Каждый блок содержит N параллельно включенных матриц. Если в каждой матрице содержится k ячеек, то общая память имеет емкость, равную Nkr_nразрядных слов, где r_n– число блоков памяти.

В динамической памяти код хранится в виде заряда паразитной емкости, которая со временем разряжается. Поэтому подобная память требует непрерывного восстановления кода в матрице и, следовательно, использования дополнительных схем управления и источников питания. В целом динамические ЗУ при той же памяти содержат меньшее число активных элементов и потребляют меньшую мощность, чем статические.

В связи с ограниченным доступом к внешним устройствам и необходимостью получения компактной вычислительной системы в современных микропроцессорах и микро-ЭВМ широко используют ПЗУ, предназначенные для хранения программ, необходимых цифровых данных, микроинструкций, таблиц для принятия решений, адресов подпрограмм, логики приоритетного прерывания и т.п. логических операций.

Содержимое в ПЗУ обычно хранится в виде жестко зашитой предварительно отлаженной программы, получаемой в процессе изготовления и не изменяемой в дальнейшем. В матрице, состоящей из диодов или транзисторов в соответствии с заданной маской, не реализуется часть соединений, что позволяет получать нули. Однако для повышения технологичности, уменьшения стоимости в ряде случаев целесообразно изготовлять единую маску, приспосабливая ее в дальнейшем для различных программ и потребностей. В последние годы разработаны и применяются так называемые программируемые и перепрограммируемые ПЗУ. Программируемые ПЗУ изготовляют в виде полуфабрикатов. Требуемая информация записывается с помощью специального прибора-программатора. В дальнейшем эта программа не изменяется.

Известны два типа матриц программируемых ПЗУ: с плавкими предохранителями и на основе «взрывных диодов».

Матрицы с плавкими предохранителями содержат диоды, которые присоединяются к шинам при помощи соединений из легкого плавкого материала. При изготовлении, выполняют все соединения в матрице, и поэтому при включении напряжения питания на всех выходах устанавливается уровень напряжения, соответствующий логическому нулю. В процессе программирования матрицы через диоды пропускают токи такой величины, чтобы расплавить там, где это нужно, плавкие соединения, оставив невредимыми диоды. В результате в матрице получается необходимое распределение единиц и нулей. На программирование одной матрицы емкостью 1024 бит требуется 1 – 10 мс.

Второй тип программируемого ПЗУ основан на матрицах взрывных диодов. Матрицы такой памяти состоят из обычных биполярных транзисторов, у которых переходы база – коллектор замкнуты накоротко на корпус с помощью перехода база – эмиттер. Программирование матрицы сводится к подаче на заданные переходы база – эмиттер относительно высокого напряжения, размыкающего соответствующий переход. На программирование такого ПЗУ требуется меньше времени. Оба типа программируемых ПЗУ имеют тот существенный недостаток, что в них невозможно последующее изменение записанной программы.

В связи с этим более перспективными считаются перепрограммируемые ПЗУ, позволяющие в процессе эксплуатации изменять программы. Разработаны ПЗУ, в которых стирание ранее записанной программы осуществляется с помощью ультрафиолетовых лучей.

Для записи новой программы на контакты БИС подаются электрические сигналы с программатора. Такой тип перепрограммируемого ПЗУ используется, например, в микро-ЭВМ, выпускаемых фирмой «Intel». К недостатку такого типа памяти относится необходимость использования специального источника ультрафиолетовых лучей и импульсов относительно высокого напряжения (30 – 40 В). Программирование и перепрограммирование ПЗУ производится потребителем микропроцессоров исходя из решения конкретных задач.

Рис. 75. Восьмиразрядный однокристальныймикропроцессор

Микропроцессор выполняет арифметические и логические операции в соответствии с кодом операций над данными, поступающими от ЗУ или другого входного устройства, и отправляет результаты на внешнее устройство. Он содержит такие функциональные узлы, как арифметико-логическое устройство, устройство управления, ОЗУ, ПЗУ, тактовый генератор, устройство ввода-вывода. В современных микропроцессорах широко используются регистры, позволяющие временно хранить несколько слов, полученных из ОЗУ или ПЗУ, что обеспечивает быстрый обмен данными, высокую оперативность. Команды направляются в регистр команд, данные – в регистры данных.

Большинство микропроцессоров являются однокристальными, т.е., полностью реализуются на одной БИС (рис. 75). Они дешевы, но обладают малой гибкостью. Для расширения возможностей в ряде случаев при создании микропроцессоров используют дополнительные интегральные схемы.

Основными параметрами микропроцессора являются длина машинного слова и время выработки команд, определяющие его тип и назначение.

Микропроцессоры также характеризуются такими параметрами, как типом технологии, числом и типом БИС, количеством и типом дополнительных интегральных схем, плотностью размещения логических элементов на кристалле, числом фаз управления циклами выполнения команды, методом связи с внешними устройствами, числом выводов и вводов, типом корпуса, номиналом напряжения питания и т.д.

Сложность и архитектура микропроцессора в основном определяется числом разрядов.

Наиболее простыми являются одно-, двух- и четырехразрядные микропроцессоры. Из-за ограниченной длины слова адресация ОЗУ осуществляется косвенно или при помощи специальных «удлиненных команд». Для расширения внешних связей часто применяют мультиплексорные выходные шины. В этом случае одна и та же шина в различные моменты времени используется при передаче функционально различных сигналов, что, однако, снижает скорость обмена данными с ОЗУ и другими внешними устройствами. Кроме информационных сигналов на внешние выводы микропроцессора, подают также тактовые сигналы, импульсы прерывания, напряжение питания и т.д.

Операции в подобных микропроцессорах могут выполняться как в двоичном, так и в двоично-десятичном коде. Для выполнения сложных операций (умножение, деление и др.) применяют подпрограммы и микропрограммный способ выполнения операций. Для уменьшения числа обращений в ЗУ широко используют дополнительные регистры.

Более универсальными являются 8-разрядные микропроцессоры, оснащаемые более развитой системой команд. Они обычно имеют раздельные шины для передачи данных и адресов от центрального процессора (ЦП) к ЗУ и внешним устройствам. Для уменьшения числа обращений к ЗУ и гибкого управления используется большое число регистров общего назначения (несколько десятков), которые также могут выполнять арифметические и логические операции, использоваться в качестве регистров адресов, счетчиков команд и быстродействующего местного ЗУ. При необходимости в качестве регистров используется часть ЗУ.

Двенадцати- и шестнадцати разрядные микропроцессоры имеют архитектуру, близкую к современным малым ЭВМ.

Перечисленные выше микропроцессоры построены по определенной архитектуре, которую практически невозможно изменять для расширения функциональных возможностей или изменения длины машинного слова.

Этих недостатков лишены секционированные микропроцессоры, состоящие, как правило, из нескольких БИС различной структуры и назначения. В одном из первых микропроцессоров использовались два комплекта БИС. Один из них являлся АЛУ, выполняющий четыре операции над числами в дополнительном коде. Второй комплект содержал устройство управления и управляющее ПЗУ. Используя комплект этих БИС, строят микропроцессоры с длиной слов, кратной четырем.

Важным элементом микропроцессора, определяющим его возможности, является устройство ввода-вывода, характеризуемое способом обмена данными с внешними устройствами, форматом команд ввода-вывода; структурой магистрали ввода-вывода, способом обращения к памяти.

Находят применение три способа обмена данными с внешними устройствами.

Первый способ – программный без прерывания, используемый в простейших микропроцессорах. Программный канал, соединяющий микропроцессор с внешним устройством, состоит из шин ввода и вывода данных, адресных шин (для передачи от АЛУ кода адреса) и шин, по которым передаются строб - импульсы.

Для передачи числа АЛУ посылает во внешнее устройство специальную команду, которая расшифровывается соответствующим селектором. При этом проверяется наличие информации в регистре внешнего устройства. Если информация есть, она поступает в АЛУ и обрабатывается, если ее нет, то микропроцессор находится в режиме ожидания.

Вторым способом обмена данными является программный способ с прерываниями, позволяющий микропроцессору переключаться на решение задачи по текущей программе на время, пока внешнее устройство не готово к обмену данными. При поступлении сигнала запроса на прерывание прекращается исполнение текущей команды, запоминается состояние и происходит переход к подпрограмме, обслуживающей устройство, пославшее вызов. По окончании подпрограммы продолжается выполнение прерванной программы.

Третьим способом обмена данными с внешними устройствами является обмен массивами данных по каналу прямого доступа в память. При этом используется как программный, так и канал прямого доступа в память. Программный канал обеспечивает подключение прямого канала, связывающего ОЗУ с внешним устройством. Обмен данных при этом происходит автоматически.

Подключение внешних устройств к микропроцессору производится по одному из трех способов.

При гирляндном способе подключения система ввода-вывода имеет один выход и один вход, к которым подключаются внешние устройства. Если в системе ввода-вывода микропроцессора имеется схема обработки запросов на прерывание, то внешнее устройство, которое находится ближе к микропроцессору, имеет более высокий приоритет.

При радиальном способе каждое внешнее устройство подключается к системе ввода-вывода параллельно.

Третий способ – использование единого канала ввода-вывода. В этом случае имеется единая магистраль передачи данных, состоящая из сигнальных шин, по которым передаются числа адреса, синхроимпульсы, сигналы прерывания от внешних устройств. Все блоки, включая ОЗУ, АЛУ и внешние устройства, подключаются к каналу параллельно, могут обращаться друг к другу и к ОЗУ и управляются одним набором сигналов.

В современных условиях получили широкое распространение микропроцессоры корпорации Atmel Corp., серийное производство которых началось в 1996 году. Эти микропроцессоры под общей маркой AVP, включают микроконтроллеры общего назначения RISK и семейство микропроцессоров "tiny","classic"и"mega".

Микропроцессоры "tiny" используются в интеллектуальных автомобильных датчиках различного назначения, материнских платах персональных компьютеров, разнообразных пультах дистанционного управления и других устройствах. Микропроцессоры "classic" используются в спутниковых навигационных системах для определения местоположения автомобилей на трассе, сложной бытовой технике, пультах дистанционного управления, сетевых картах, материнских платах компьютеров, сотовых телефонах нового поколения, а также в различных и разнообразных промышленных системах контроля и управления.

К сожалению, корпорация Atmel не выпускает микропроцессоры AVR для работы в температурных диапазонах (-40С...+125С), характерных для условий эксплуатации автомобильного транспорта.

Широко развиты линии PIC-контроллеров фирмы Microchip, микроконтроллеры H8/300 фирмы Hitachi и Dallas Semiconductor, обеспечивающие высокую производительность при небольшом энергопотреблении.

Ведущими производителями микропроцессоров является компании Analog Device, Texas Instruments, Motorola, NEC, AT&T, продукция которых применяется на автомобильном транспорте. Эти компании производят DSP процессоры, (Digital Signal Processor - цифровой сигнальный процессор).

Широкое внедрение электронных устройств в автомобиле, каждое из которых выполняет только определенные функции и не связано с другими, приводит к значительному увеличению объема и стоимости оборудования, снижению надежности и частому дублированию отдельных устройств и узлов.

Разработка дешевых компактных микропроцессоров и микро-ЭВМ позволила приступить к реализации программы комплексной электронизации автомобилей. Эта программа предусматривала объединение отдельных устройств в единую централизованно управляемую систему, которая может быть приспособлена к различным маркам автомобилей. В такой системе отдельные узлы, датчики, блоки могут быть использованы для решения различных задач.

Работа над единой микропроцессорной системой автомобиля ведется в двух направлениях. Одно из этих направлений заключается в создании систем, управляемых отдельными микропроцессорами, каждый из которых выполняет определенные функции (например, оптимальное регулирование двигателя, управление антиблокировочной системой, системой экстренного торможения, диагностической системой и т.д.). Эти периферийные микропроцессоры, как правило, устанавливаются вблизи управляемого органа. Управление отдельными микропроцессорами осуществляется при помощи центрального процессора, который также обеспечивает необходимой информацией водителя.

Другое направление заключается в использовании одного центрального процессора, содержащего программы для всех отдельных функций и последовательно управляющего системами автомобиля.

Использование одного центрального микропроцессора удешевляет систему, снижает объем электронного оборудования. Эти преимущества особенно проявляются с ростом числа выполняемых функций.

В настоящее время более широкое применение получило первое «направление», обеспечивающее более высокую надежность, облегчающее модернизацию системы.

Одной из первых микропроцессорных автомобильных систем была система, разработанная фирмой General Motors (США) система Alpha I. Она состоит из центрального и четырех периферийных процессоров, обеспечивающих управление подачей топлива, антиблокировочной системой, автоматической коробкой передач и тестером психологического состояния водителя. Система Alpha I изготовлялась из дискретных элементов.

В последнем варианте системы (Alpha V), использующей восьмиразрядные микропроцессоры, осуществляется также управление системами поддержания заданной скорости, контроля установки главного света, регулятора напряжения, таксометра, наполняемыми пневматическими подушками, стеклоочистителями, противоугонной системой. Благодаря резерву в объеме памяти, процессор может обеспечивать и ряд дополнительных функций. Вся система Alpha V выполнена на пяти интегральных схемах.

Японская микропроцессорная система, разработанная для автомобиля MAZDA R´4, состоит из центрального процессора и локальных единиц, расположенных в различных местах автомобиля, вблизи исполнительных устройств и датчиков. Каждая локальная единица состоит из микропроцессора, усилителей управляющих сигналов, системы, перерабатывающей информацию от датчиков, а также устройств, сигнализирующих о повреждениях. Кроме основных функций по управлению датчиком, автоматической коробкой скоростей, система обеспечивает 10 дополнительных функций: контроль очистки продуктов сгорания, прерывный режим работы стеклоочистителей, внутреннюю диагностику и т. д.

Испытания систем Alpha I – Alpha V и других, проведенные на опытных автомобилях, показали, что при разработке автоматических систем микропроцессоры не являются ограничивающим фактором по стоимости, надежности, точности, быстродействию, параллельной работе операционных каналов, возможности по резервированию и другим параметрам.

В автомобильных управляющих системах, используемых в США, наибольшее применение получили восьмиразрядные микропроцессоры 8048 и 8049-б. Микропроцессор 8049-б имеет вдвое большую память, чем ранее выпущенный микропроцессор 8048 и объединяет до 30000 транзисторов в одной БИС. Он содержит АЛУ, ПЗУ, ЗУ с произвольным обращением, устройство ввода-вывода, прерыватель и счетчик-синхронизатор.

Внешняя шина обеспечивает быстродействующую связь с внешними устройствами или дополнительной памятью до 2 кбит. Микропроцессор допускает отклонение питающего напряжения на ±10% и работу в широком температурном диапазоне, что делает его пригодным для установки в автомобиле для реализации автоматических систем, требующих быстрых и точных вычислений.

Микропроцессор 8049-б используется для управления работой двигателя, цифрового дисплея, создания АЦП и т.д.

При использовании микропроцессора 8049-б для управления работой двигателя с АЦП в него вводят данные о давлении, температуре воздуха, температуре двигателя и др. При помощи программированного табличного поиска и непрерывной интерполяции, вычисляют оптимальные величины, необходимые для управления моментом возникновения искры зажигания, определения оптимального отношения воздух – топливо.

Наряду с восьмиразрядными микропроцессорами большой производительности в автомобильной промышленности используются и более простые, характеризуемые значительно меньшей памятью и соответственно стоимостью. Примером может являться микропроцессор 8021 с программируемым ПЗУ. Он содержит центральное восьмиразрядное АЛУ, блок памяти с произвольным обращением на 64 бита, ПЗУ объемом 1 кбит, 21-канальное устройство ввода-вывода и счетчик-синхронизатор. Подобный процессор может работать при изменении питающего напряжения в широких пределах (4,5 – 6,5 В).

Применение программируемого ПЗУ позволяет использовать одну и ту же БИС для решения различных задач и устанавливать микропроцессор в разных марках автомобилей. Микропроцессор 8021 программировался для решения таких вычислительных задач, как быстрое определение расхода топлива, контроль времени задержки возникновения искры зажигания, функционирование противоугонного устройства, профилактический контроль исправности различных устройств и подтвердил свою высокую эффективность. Все вышеперечисленные микропроцессоры являются универсальными и могут использоваться в различных областях науки и техники.

В связи с предстоящим массовым потреблением микропроцессоров автомобильной промышленностью целесообразна разработка и производство специализированных автомобильных микропроцессоров, предназначенных для выполнения конкретных задач. В этом случае многие электронные автомобильные системы будут уменьшены до размеров микромодуля с минимальным числом внешних компонент.

Анализ показал, что для автомобильной промышленности целесообразно выпускать три типа микропроцессоров:

- высокоэффективные с большим объемом памяти и широкими операционными возможностями, но обладающие простым, универсальным устройством ввода-вывода;

- дешевые, сохраняющие универсальность обычной микропроцессорной структуры, с малой памятью;

- специализированные микропроцессоры, обладающие устройством ввода-вывода, приспособленные для выполнения конкретной задачи.

Эти микропроцессоры могут использоваться совместно или раздельно.

В первых разработках микропроцессоры устанавливали в пассажирском салоне сзади приборной панели. При этом, однако, увеличивалась длина кабелей, снижалась надежность, как кабелей, так и различного рода соединений.

В последних моделях место установки микропроцессоров выбиралось исходя из обеспечения необходимых температурных условий, минимизации длины кабелей и числа соединений.

В современных условиях, в связи с возрастающим уровнем автомобилизации общества повышается объем информации, которую должен учитывать водитель в процессе управления автомобилем, что приводит к снижению безопасности движения. Это обстоятельство привело к необходимости локализации информационного потока за счет создания бортовых информационных терминалов, которые включают в себя, в том числе и микрокомпьютеры.

Рис. 5.1. Микропроцессорная система легкового автомобиля: а – размещение элементов: 1 – управление двигателем; 2 – управление антиблокировочной системой; 3 – управление силовой передачей; 4 – контроль нагрузки и память; 5 – профилактический контроль исправности; б – расположение блоков на передней панели: 6 – цифровая панель управления; 7 – мультиплексорный контроль; 8 – контроль настройки радиоприемника; 9 – контроль воздуха и диагностика; 10 – контроль скорости

Информационные терминалы содержат центральный дисплей или монитор с блоками управления, связанные с различными системами: помощи в управлении автомобилем; связи; контроля и др., см. рис. 5.2.

Для сведения к минимуму влияния неисправностей электронных систем зарубежные производители автомобилей исходят из того, что при отказе микропроцессора или другого электронного блока автомобиль должен оставаться работоспособным. При такой постановке надежность используемых микропроцессоров, преобразователей, датчиков, усилителей и других электронных блоков оказывается вполне достаточной.

Рис. 5.2. Схема информационного терминала

Конкурентная борьба заставляет производителей АТС – усиленно внедрять вычислительную технику. Настоящий период является периодом освоения и опытной эксплуатации. Микропроцессоры применяются лишь в ряде моделей автомобилей, оцениваются их технические и эксплуатационные данные в реальных условиях, определяются возникающие непредвиденные проблемы.

Залогом широкого внедрения вычислительной техники в перспективных автомобилях является упрощение управления, повышение эффективности основных автомобильных систем и безопасности движения при наличии тенденции неуклонного снижения стоимости, объема и повышения надежности электронных компонент.

Дата добавления: 2014-01-05