АТ1001 / Лаб 6 МК

Министерство образования РФ

Тольяттинский государственный университет

Кафедра «Электрооборудование автомобилей»

Лабораторная работа № 5

МАРШРУТНЫЙ КОМПЬЮТЕР МК 12.3857

Методические указания

Тольятти 2005

УДК: 629.114.5.001.42

В данных методических указаниях рассмотрен

маршрутный компьютер МК 12.3857,

приведено его описание и принцип работы.

Для студентов специальности 180800

Составитель: к.т.н., доцент Ермаков В.В.

Научный редактор: Петинов О.В.

ТГУ 2005 г

В отличие от традиционных электронные приборные панели представляют собой единую систему. Вместо разобщенных измеритель­ных каналов от датчиков к индикаторам они содержат однокристаль­ную микроЭВМ, либо микропроцессор, подключенный через входные преобразователи к датчикам и пульту управления водителя, а через выходные преобразователи - к электронному дисплею. Последний за­меняет традиционные стрелочные индикаторы и вместе с пультом уп­равления размешается на лицевой стороне приборной панели.

1. Kpaткие теоретические сведения.

Автомобильный маршрутный компьютер (АМК) относится к информа­ционным измерительным системам автомобиля и предназначен для представления дополнительной сервисной информации водителю о ре­жимах движения и состоянии автомобиля. ДМК позволяет контролиро­вать следующие параметры:

- текущий (мгновенный) расход топлива;

- средний расход топлива за поездку;

- суммарный расход топлива;

- пробег автомобиля за поездку;

- среднюю скорость автомобиля за поездку;

- время поездки;

- текущее время суток и календарь.

Маршрутный компьютер МК 12.3857 состоит из следующих блоков (Рис.1):

- датчика скорости;

- датчика расхода топлива;

- входных формирователей;

- 8-разрядной однокристальной микроЭВМ;

- специализированной БИС;

- клавиатуры матричного типа;

- буферных усилителей;

- ключей знакомест;

- светодиодного дисплея и индикаторов режима работы МК;

- источников стабилизированного напряжения.

Датчик скорости ПС-10 23.3843 индуктивного типа предназначен для получения информации о скоростном режиме движения автомобиля. Датчик устанавливается на приводе спидометра коробки переключения передач вместо гибкого вала спидометра, а сам гибкий вал присое­диняется к верхней резьбовой части датчика скорости. Датчик имеет двухпроводную схему подключения напряжения питания и сопротивле­ния нагрузки (Рис.2).

Конструктивно датчик состоит из следующих основных элементов:

- корпуса с присоединительными резьбовыми соединениями;

- приводного валика с 10-и полюсным магнитом;

- катушки индуктивности, закрепленной на статоре датчика;

- печатной платы с электронными компонентами;

- двухконтактного разъема.

Датчик преобразует вращательное движение приводного валика с 10-и полюсным магнитом в электрический сигнал - последователь­ность прямоугольных импульсов. Функция преобразования датчика скорости имеет вид

(Гц)

где f - частота выходных импульсов датчика;

k - число полюсов датчика ( k = 10 );

n - частота вращения приводного валика, [ мин^-1].

Датчик расхода топлива ТОР-16 11.3858 турбинного типа пред­назначен для измерения объемного расхода топлива. Он выполнен из алюминиевого сплава и имеет три присоединительных штуцера (вход, выход и обратный слив) для подключения "к топливной магистрали. Датчик устанавливается в разрыв между топливным насосом и карбю­ратором, таким образом, чтобы он находился выше уровня топлива в поплавковой камере карбюратора.

В топливном канале датчика находится турбина из бензомаслостойкой пластмассы, которая приводится во вращение потоком топли­ва. Частота вращения турбины фиксируется фототранзистором. Датчик работает на принципе прерывания светового потока (Рис.3).

Фототранзистор подключен к усилительному каскаду на операци­онном усилителе, выход которого является выходом датчика расхода топлива. Датчик имеет трехпроводную электрическую схему подключения. Выходным сигналом датчика является последовательность прямоугольных импульсов со скважностью 2. Функция преобразования датчика расхода топлива имеет вид:

(Гц)

где f - частота выходных импульсов датчика;

Q - расход топлива, (л/ч);

К - коэффициент преобразования для расхода 10 л/ч, (К = =16000).

В лабораторном стенде, для удобства работы, датчик скорости и датчик расхода топлива с имитированы электронными средствами. Значение скорости движения задается с помощью R1, а величина рас­хода топлива - R2.

Входные формирователи предназначены для согласования уровней сигналов датчиков с сигналами ОмЭВМ. Все формирователи идентичны и включают в себя фильтр низкой частоты первого порядка и ключе­вой согласующий каскад. Фильтр имеет частоту среза 700 Гц и пред­назначен для гашения высокочастотных помех датчиков АМК. Ключевой каскад каждого из датчиков выполнен на одном транзисторе и подк­лючен непосредственно к ОмЭВМ.

Специализированная БИС, структурная схема которой представ­лена на рис.4, выполнена по КМОП-технологии и включает в себя:

генератор, счетчик - делитель, схему программирования счетчиков, счетчики секунд, минут, часов, дней и месяцев, схему сброса, мультиплексор, регистр данных, матрицу - накопитель ОЗУ, регистр адреса, схему управления и трехстабильный двухнаправленный буфер адреса/данных.

Генератор специализированной БИС тактируется внешним кварце­вым генератором Z1 с частотой 4194 КГц. Эта частота подается на вход 22-х разрядного счетчика-делителя с выхода которого получают секундные импульсы, т.е. импульсы с частотой следования 1 Гц. Летчики секунд и минут имеют коэффициент деления 60, счетчик ча­сов - 24, счетчик дней - 31, счетчик месяцев - 12. ^: Схема программирования счетчиков предназначена для коррекции "оказании минут, часов, дней и месяцев. При работе схемы, показания уменьшаются или увеличиваются на две цифры в секунду, в зави­симости от выбранного режима коррекции.

Выходы счетчиков подключены через мультиплексор и регистр данных к матрице-накопителю ОЗУ статического типа с информацион­ной емкостью 256*8 Бит. ОЗУ предназначено для хранения данных о временных параметрах и режимах движения автомобиля.

Схема управления предназначена для управленца специализиро­ванной БИС с помощью подачи 4-х внешних сигналов.

При наличии на входе SSX (состояние ведомого) сигнала низко­го уровня (отключено зажигание автомобиля) схема управления БИС переключает двунаправленный буфер адреса/данных в третье состоя­ние (высокий импеданс), отключая внешние линии ввода/вывода АЮ...AD7. В это время БИС работает автономно. Данные о режимах движения автомобиля сохраняются в ОЗУ микросхемы. Счетчики се­кунд, минут, часов, дней и месяцев продолжают работать в режиме счета. Выходные коды счетчиков постоянно переписываются в ОЗУ, т.о. временные параметры АМК изменяются и при отключенном выклю­чателе зажигания.

Поскольку шина адреса и данных специализированной БИС муль­типлексированная (по одним и тем же линиям передаются комбинации сигналов как адреса, так и данных), то для разделения сигналов используется регистр адреса, адресная комбинация в который может быть записана только при наличии на входе AS (строб адреса) сиг­нала высокого уровня. Если на входе AS низкий уровень, то регистр адреса находится в режиме хранения информации, фиксируя адрес выбранной ячейки памяти матрицы-накопителя ОЗУ.

Данные могут быть записаны или считаны из ОЗУ только при на­личии на входе DS (строб данных) специализированной БИС сигнала высокого уровня (Рис.5). Запись информации в ОЗУ БИС осуществля­ется в том случае, если на входе RD/WR сигнал низкого уровня, а считывание - при высоком уровне сигнала.

Работой АМК управляет 8-и разрядная однокристальная микроЭВМ, выполненная по НМОП-технологии (высококачественной n-каналь­ной МОП-технологии с пропорциональным масштабированием размеров кристалла). Структурная схема ОмЭВМ приведена на Рис.6 и содержит Центральное процессорное устройство, ОЗУ данных, многоканальный интерфейс ввода/вывода параллельной информации, таймер-счетчик, систему прерываний, блок программной памяти, устройство управления и синхронизации.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) ОмЭВМ представляет собой параллельное 8-и разрядное устройство, позволяющее выполнять арифметические и логические операции, а также обрабатывать данные, представленные в двоично-десятичном коде.

Блок программной памяти предназначен для хранения и считывания команд которые поступают в процессор и управляют процессом обработки информации. Блок состоит из встроенного ПЗУ, счетчика команд, дешифратора адреса, регистра и дешифратора команд. В ОмЭВМ используется встроенное ПЗУ емкостью 3776 байт, представляющее собой электрически программируемое .устройство со стиранием информации ультрафиолетовым излучением. Счетчик команд предназначен для формирования текущего адреса команды программой памяти. Он имеет разрядность равную 12. Содержимое счетчика увеличивается после выбора каждого байта команды из памяти программ, но может изменятся и скачкообразно, при выполнении команд условных, безусловных переходов и вызова подпрограмм. Регистр и дешифратор команд предназначены для хранения и декодирования команд, поступаю­щих из программой памяти. На выходе дешифратора формируются управляющие сигналы, осуществляющие выполнение команд.

Оперативное запоминающее устройство статического типа ОмЭВМ предназначено для хранения изменяемых параметров, получаемых при обработке информации. Емкость встроенного ОЗУ - 112 байт.

Устройство ввода/вывода информации служит для организации обмена данными между ОмЭВМ и периферийными устройствами АМК. ОмЭВМ имеет 32 линии ввода/вывода информации, объединенные в четыре 8-и разрядных порта.

Обмен информацией между ОмЭВМ и специализированной БИС осу­ществляется через двунаправленный восьмиразрядный порт PC ОмЭВМ. Поскольку шина адреса и данных спец.БИС мультиплексированная, то для обмена информацией с ОмЭВМ, через ее двунаправленный порт PC необходимо вначале передать адресную комбинацию того байта, к которому будет идти обращение, а затем уже непосредственно считать или записать данные из/в внутреннее ОЗУ данных специализированной БИС.

Три линии порта РВ (РВО. ..РВ2), настроенного на вывод, пред­назначены для управления обменом информацией между ОмЭВМ и специалиэированной БИС.

Для обращения к любому байту, хранящемуся во внутреннем ОЗУ специализированной БИС, необходимо подать адресную комбинацию на линии порта PC ОмЭВМ и сопроводить ее стробом адреса (лог.1),

формируемым на линии РВ2. Строб адреса, поступающий на схему уп­равления спец.БИС производит фиксацию адресной комбинации во внутреннем регистре адреса БИС, которая хранится там до следующей подачи строба адреса AS.

После выставления адреса, через двунаправленный порт PC ОмЭВМ можно передать данные. Направление передачи данных определяется уровнем сигнала на линии РВ1 ОмЭВМ (сигнал RD/WR). При наличии на выходе РВ1 единичного уровня производится считывание информации из спец.БИС в ОмЭВМ, а при уровне нуля - передача данных в БИС.

Для получения доступа ко внутреннему ОЗУ спец.БИС передавае­мо или принимаемые данные необходимо сопровождать стробом данных (лог.1 по линии РВО) ОмЭВМ. При поступлении строба данных на схемy управления спец.БИС происходит разблокирование внутреннего ре­гистра данных и матрица-накопитель статического ОЗУ спец.БИС подключается к внешним линиям ввода/вывода ADO...AD7.

Порт РА, настроен на вывод информации и предназначен для формирования кода знака полупроводникового дисплея и включены индикаторов режимов работы АМК. Поскольку максимальная нагрузочная способность порта ОмЭВМ не превышает 1,6 мА, то подключение юрта РА к индикаторам и дисплею производится через 8 буферных элементов DD4 и DD5.

Дисплей построен на основе четырех одноразрядных семисегментных цифро-буквенных индикаторах, выполненных на светодиодных структурах с общими анодами. Катоды индикаторов всех четырех знакомест параллельно объеденены в группы, общие аноды каждого из индикаторов дисплея через буферные элементы подключены к пяти лнииям порта РВ (РВЗ...РВ7), настроенного на вывод информации. Эти линии порта РВ производят сканирование знакомест светодиодного индикатора.

Управление дисплеем осуществляется методом динамической индикации (мультиплексное управление). ОмЭВМ производит установку кода знака на линиях порта РА и одновременно на одной из линий порта РВЗ...РВ7 выставляется логическая единица (на остальных уровень нуля). Уровень лог. единицы вызывает насыщение одного из транзисторов VT7...VT11, коммутирующих знакоместа полупроводникового дисплея. В результате на дисплее включается только одно знакоместо, на котором отображается цифра, соответствующая коду формируемого на линиях порта РА. Время включенного состояния знакоместа определяется как

где: k - количество знакомест дисплея,

f - частота сканирования дисплея.

В АМК сканирование светодиодного дисплея производится с частотой 512 Гц. По истечении времени t на линиях порта РА и порта РВ устанавливается новая информация. Таким образом производится последовательное сканирование всех индикаторов дисплея. Однако в каждый определенный момент времени горит только одно знакоместо дисплея. Поскольку частота сканирования дисплея намного превышает критическую частоту мелькания для зрения человека (60 Гц), то глаз воспринимает информацию на дисплее как неподвижную. Режим динамической индикации поддерживается подпрограммой обслуживания

дисплея, которая хранится в ПЗУ однокристальной микроЭВМ.

При движении автомобиля в темное время суток, необходимо уменьшить яркость свечения дисплея АМК, чтобы не отвлекать водителя от управления транспортным средством. Уменьшение яркости дисплея происходит при включении наружного освещения автомобиля В этом случае частота сканирования дисплея становится равной f =4096 Гц, т.е. в восемь раз уменьшается время включенного состо­яния одного знакоместа, и таким образом уменьшается сила света индикаторов.

Клавиатура АМК выполнена по матричному типу и имеет 9 кла­виш, включенных между пятью линиями сканирования и двумя линиями

возврата. Для сканирования клавиатуры используются сигналы выбора знакоместа светодиодного дисплея АМК (линии РВЗ...РВ7). Линии возврата клавиатуры подключены к порту PD (PDO и PD1), настроен­ного на ввод информации. Поскольку смена сигналов выбора знако­места дисплея происходит с частотой f - 512 Гц, то с этой же час­тотой ведется определение кода нажатой кнопки клавиатуры. Работа клавиатуры поддерживается подпрограммой обслуживания клавиатуры, хранящейся в ПЗУ однокристальной микроЭВМ.

ОмЭВМ формирует на выходах РВЗ...РВ7 различные уровни лог.сигналов, предназначенные для управления дисплеем АМК. Если произошло нажатие какой-либо из кнопок клавиатуры, то одна из линий сканирования, к которой подключена данная кнопка, соединяется с одной из линий возврата (PDO или PD1). Каждое состояние выходов РВ3...PB7 (линий сканирования) временно запоминается в ОмЭВМ. В линиях возврата постоянно проверяются уровни лог.сигналов. В случае, если на каком либо из входов PDO или PD1 появляется уровень лог.нуля, то по состоянию, на данный момент времени, выходы РВЗ...PB7 ОмЭВМ определяет код нажатой клавиши и передает управление АМК соответствующей программе его функционирования.

АМК имеет 7 основных программ функционирования, а именно программы контроля :

- текущего расхода топлива;

- среднего расхода топлива за поездку;

- суммарного расхода топлива;

- величины пробега автомобиля за поездку;

- средней скорости автомобиля за поездку;

- время поездки;

Если на входах PDO и PD1 присутствуют уровни лог.единицы, то ни одна из кнопок клавиатуры не была нажата, и АМК продолжает работать по ранее выбранной программе функционирования.

АМК имеет два источника стабилизированного напряжения. Один из которых параметрического типа, а другой – компенсационного. Параметрический стабилизатор, выполнен на стабилитроне VD10 и осуществляет питание специализированной часовой БИС ( U - 5 В, I=5 мА ). Стабилизатор подключается непосредственно к плюсу АКБ (клемма 30), что обеспечивает работу электронных часов и хранение информации о режимах движения автомобиля при отключении выключателя зажигания. Компенсационный стабилизатор напряжения, собран­ный на ИМС стабилизатора DA2 и регулирующем транзисторе VT3, осуществляет питание датчиков и всех остальных электронных компонентов схемы АМК (Uп=5В, Iн=0,5A). Стабилизатор напряжения подключается к выключателю зажигания (клемма 87).

На элементах VT6, VT7, VD7 собрана схема инициализации ОмЭВМ. При включении выключателя зажигания, напряжение бортовой сети подается на компенсационный стабилизатор напряжения. Как только напряжение на выходе стабилизатора достигнет 4,7В пробива­ется стабилитрон VD7, транзистор VT6 переходит в режим «насыщения» а VT7 – в отсечку. Высокий уровень напряжения на входе сброса (RESET) подготавливает к работе ОмЭВМ и разблокирует мультиплек­сированную шину адреса/данных специализированной БИС.

Схема сброса, собранная на элементах С15, R29,срабатывает в момент подачи напряжения питания на спец.БИС. Работа схемы основана на принципе заряда конденсатора в интегрирующей цепи R29, 15. В течении времени заряда С13 (Тз - 2,5 мкс) в специадизированной БИС происходит сброс счетчиков секунд, минут, часов, дней месяцев, а кроме этого очистка содержимого ОЗУ микросхемы.

2. Порядок включения маршрутного компьютера и выбор его режима работы.

Маршрутный компьютер индицирует в цифровой форме значения одного из восьми параметров автомобиля и имеет три режима работы.

Режим 1.

При включение выключателя зажигания компьютер осуществляет тестирование всех сегментов дисплея и индикаторов работы (около 5 секунд). Автоматически переходит к индикации текущего времени ( 00 час. 00 мин.), и в зависимости от выбранного параметра (при зажатии соответствующей кнопки) выводит на индикацию его текущее значение.

Режим 2.

При выключение замка зажигания маршрутный компьютер выключа­ет индикацию информации на дисплее и сигнализаторах индицируемого параметра, при этом сохраняя значения параметров:

- суммарный расход топлива за поездку "L" ( л );

- средний расход топлива за поездку "L/100"[л/100км];

• пробег автомобиля за поездку "КМ"[км];

• время поездки"!"[час. мин.];

и функционирование параметра текущего времени "Н".

Режим 3.

При повторном включении замка зажигания работа АМК аналогична "Режиму 1" с отличием в том, что при переходе к индикации нa дисплее индицируется значение одного из параметров, индицируемого до выключения замка зажигания.

Индикация выбранного параметра происходит при нажатии соот­ветствующей кнопки на передней панеле АМК (Рис.8).

При нажатии кнопки:

1 "START" ( красного цвета )- и удержании в течении около 3 сек (происходит включение индикации на время 0,5 сек. ), уста­навливает все параметры, кроме "h" и "Н" в нулевое состояние;

2 "Т", индицируется "время поездки" в часах и минутах, при том время остановки или стоянки, при выключении замка зажигания, не учитывается;

3 "КМ/Н", индицируется "средняя скорость поездки" в км/ч, при стоянке автомобиля с выключенным зажиганием значение средней скорости не изменяется, при стоянке с включенным зажиганием зна­чение уменьшается;

4 "KM", индицируется "пробег поездки", км;

5 "L", индицируется "суммарный расход топлива поездки", л;

6 "L/100", индицируется "средний расход топлива за поездку", /100 км; .

7 "(L)", индуцируется " текущий (мгновенный) расход топлива", /100 км. При скорости движения автомобиля менее 10 км/ч измеряется в л/час.;

8 "Н", индицируется текущее "время суток" в часах и минутах, повторное нажатие индицирует "календарь", где месяц отображается разрядах часов, число месяца в разрядах минут .

9 "h-m". корректирует показания текущего времени суток при следующей последовательности действий:

1) нажать кнопку "Н" (вывод на дисплей текущего значения времени суток);

2) нажать кнопку "h-m", на дисплее должны быть включены разряды часов;

3) нажать кнопку управления "Т", показание часов уменьша­тся на две цифры в секунду;

4) повторно нажать кнопку "h-m", на дисплее включены только разряды минут;

5) нажать кнопку управления "Н", показания минут увеличиваются на две цифры в секунду;

6) нажать кнопку управления "Т", показания минут уменьшаются на две цифры в секунду;

7) третий раз нажать кнопку управления "h-m", на дисплее включены разряды часов и минут, и должен начаться отсчет вновь остановленного значения текущего время суток.

10 Кнопка "h-m" корректирует показание календаря при следующей последовательности действий:

1) повторно нажать кнопку "Н" ( вывод на дисплей текущего качения календаря );

2) нажать кнопку "h-m", на дисплее включаются разряды часов которых отображается значение месяца года;

3) нажатием кнопки "Т" или "Н" корректируется показание месяца;

4) повторно нажать кнопку "h-m", на дисплее включены только разряды минут, в которых отображается день месяца;

5) нажатием кнопки "Н" или "Т" корректируется значение дня;

6) третий раз нажать кнопку управления "h-m", на дисплее сличается календарь.

Во время индикации числа и номера месяца, если не производится настройка, то через 5 сек. компьютер снова выходит на индикацию текущего времени.

В МК предусмотрено две градации яркости свечения индикаторов дисплея. При включение габаритных огней автомобиля яркость свечения индикаторов дисплея уменьшается.

3. Порядок выполнения работы.

1. Перед включением стенда переключатель SA2 перевести в состояние ВЫКЛ и установить движки резисторов R1 и R2 имитаторов датчика расхода топлива и датчика скорости в крайнее левое положение.

2. Включить питание стенда и не отключать его до окончательного выполнения всей работы (необходимо полностью имитировать ра­боту АМК в бортсети автомобиля с аккумуляторной батареей).

3. Включить переключатель компьютера и прохождения им фазы тестирования дисплея и индикаторов работы он высветит 00 час. 00 мин.

4. Установить на АМК текущее время суток. Для этого необходимо воспользоваться последовательностью действий описанных выше в п.8 и п.9.

5. Установить на АМК значение текущего числа и месяца, воспользовавшись п.10.

6. Включить режим измерения мгновенного расхода топлива на­итием на АМК кнопки"(L)".

7. В выключенном состоянии SA2 (скорость автомобиля равна нулю) резистором R2 установить частоту генератора-имитатора датчика исхода топлива fт - 27...29 Гц и в течении 4-5 минут просмотреть последовательность изменения суммарного расхода топлива за поездку "L" и мгновенного расхода топлива "(L)".

8. Построить графики изменения параметров во времени (не менее 8 точек).

9. Включить переключатель SA2 и резистором R1 установить

частоту fт = 54...56 Гц (частота имитатора датчика расхода Гт=28 ц). В течении 4-5 минут просмотреть последовательность изменения

параметров:

- средняя скорость поездки "КМ/Н";

- пробег за поездку "КМ";

- суммарный расход топлива за поездку "L";

- средний расход топлива за поездку "L/100";

• мгновенный расход топлива "(L)".

Снять значение данных параметров с дискретностью 1 мин и занести их в таблицу.

10. Повторить п.9 для частот генератора-имитатора скорости движения fc = 110; 165; 220; 275 и 330 Гц (частота имитатора датчика расхода топлива fт = 28 Гц).

11. Последовательно переключать следующие режимы работы АМК записать параметры :

- время поездки "Т";

- суммарный расход топлива за поездку "L";

- средний расход топлива за поездку "L/100";

- пробег за поездку "КМ";

- текущие время "Н".

12. Отключить на 1-2 минуты переключатель SA1 "Выключатель зажигания " (не выключая стенда),а затем вновь включить SA1.

13. После повторного включения АМК зафиксировать параметры Т","L","L/100","КМ" и "Н" и определить их изменение.

14. Построить графики изменения параметров по пп.9 и 10 во времени (не менее 25 точек каждого графика).

4. Содержание отчета.

- цель работы;

- структурная схема маршрутного компьютера МК 12.3857 и краткое описание работы;

- программа работы;

- таблицы измерения параметров и графики изменения парамет­ров "КМ", "КМ/Н", "L". "L/100". "(L)" во времени;

11

122

23