第一课 电子控制系统概述
介 绍
内容
· 防抱死制动系统
· 电子速度控制
· 发动机电控装置
· 气候控制
· 转向和悬架系统
· 安全气囊系统
· 电子仪表
技术人员的目标
技术人员将：
· 熟悉各种电控部件和系统
· 能指明部件和系统的位置
· 熟悉系统的一般作用
概述
现代汽车具有许多电控系统，通常包括：
防抱死制动系统
电子速度控制
发动机电控装置
气候控制
转向和悬架系统
安全气囊系统
电子仪表(信息电脑)
上述系统的共同之处在于它们都是电子控制系统。 这些系统中的电子部件不断地向各种信号处理单元发出信息。这些处理器对信息进行“处理”，并在必要时调整信号并调整输出装置，以使汽车处于最佳工作状态。
图1
防抱死制动系统
防抱死制动系统在紧急制动时通过自动调节制动液压力可防止任何车轮出现抱死。典型的ABS系统通常由控制模块、防抱死传感器(车轮速度传感器)、液压控制单元（HCU）和连接导线组成。
防抱死制动系统的核心是电子控制器。控制器随时监视着系统的工作。对来自车轮上的速度传感器的数据进行处理。
踩下制动踏板后，当控制器感测到某车轮处于抱死状态时，控制器即向液压控制单元发出信号，对制动液压力进行调节。
电子速度控制
电子速度控制系统用于保持驾驶员所设定的车速。该系统包括伺服总成、速度传感器、控制模块及相关电气和真空部件。在某些车型上，速度控制系统是与发动机电控系统（EEC）集成在一起的；而另一些车型上，则是单独的控制模块。驾驶员打开电子速度控制系统后，控制模块对速度传感器信号进行频率监测。当速度传感器信号频率发生变化时，控制模块就起动伺服总成以保持恒定的车速。
发动机电控系统
发动机电控系统（EEC）是发动机控制系统的核心，它由动力总成控制模块（PCM），传感器、输出部件、接线和相关部件组成。
动力总成控制模块是一台微电脑，它不断地评估和处理来自发动机控制系统的输入信号，并向外输出最佳的控制指令。
动力总成控制模块通过发动机上的各种传感器随时监测发动机的工作，其中包括发动机冷却剂温度传感器（ECT）、歧管绝对压力（MAP）传感器、进气温度（IAT）传感器、车速传感器、爆震传感器以及不多见的废气氧传感器。
动力总成模块通过某些输出装置控制空气、燃料的混合比，点火正时和发动机的怠速。这些输出装置包括喷油器、点火模块、废气再循环阀（EGR）和怠速空气旁通阀（IAC）。
所有上述部件共同作用使发动机在发挥最佳效能的同时保持较低的废气排放。
电子控制变速器
另一种在汽车上出现的相关装置是电子控制变速器。
电子控制变速器阀体中的液流不再完全由机械阀和弹簧控制，而是由阀体上和阀体中的电磁阀控制。这些电磁线圈可对变速器的换档进行精确的控制。电磁阀受控于电子模块，电子模块接收车速、发动机负荷和节气门位置信号然后确定合适的档位。
气候控制系统
电子气候控制系统具有日照负荷传感器、车内传感器、外界环境传感器和发动机温度传感器等。气候控制系统可自动保持所选定的舒适的适于驾驶的温度，并在仪表板出风口、地板风道、风窗除霜口和侧窗除雾器之间变换出风方向。
将系统设置到“自动”（AUTO）模式并设定到所需的舒适温度后，气候控制系统可自动提供暖风或冷气。
图2
可变助力转向和主动悬架
现在有些车型采用一种可根据车速调节助力的可变助力式转向系统。该系统由方向盘传感器、控制模块和执行阀组成。可变助力转向系统通过车速传感器（装在变速器上）和方向盘传感器（装在转向柱上）来确定车速、方向盘转速和转过的角度。根据传感器送来的数据，系统通过转向机上的执行阀或液压泵对送往转向机的液流进行调节。在高速时只提供很小的液压助力，而在低速或泊车过程中提供较大的液压助力。
主动悬架系统利用控制模块、汽车行驶高度传感器和可调节减震器来控制汽车悬架的阻尼或汽车行驶高度。控制模块对传感器发出的数据进行监控，并根据情况起动空气弹簧的电磁阀，按汽车负荷（乘员、行李等）对汽车行驶高度进行调节。
图3
安全气囊系统
安全气囊的电子系统还包括诊断监测器，碰撞传感器和安全传感器等。它由两个子系统构成：
1. 气囊系统：包括驾驶员和乘客侧（或仅驾驶员侧）的气囊 和充气装置。
2. 电子系统：包括碰撞传感器和诊断监测器。
诊断监测器随时对系统的整备状态进行检查，它监测着碰撞传感器及其线路连接、仪表板上的气囊指示灯、气囊的供电以及气囊本身。
汽车前端布置着碰撞传感器和安全传感器，其作用是判 断碰撞的严重程度，如情况不严重则不让气囊展开，如很严重则令气囊充气。设计规定当汽车以45公里/小时（28英里/小时）的速度撞到另一辆同样大小的静止的汽车时，充气线路的地线将被接通（气囊展开）。
不过，系统在得到两个安全传感器中的一个发出的确认信号之前，并不会使气囊充气。只有当汽车的减速度达到触发气囊的条件时，安全传感器开关触点才会闭合。此时它与蓄电池的回路才沟通。因此，只有在至少一个碰撞传感器与一个安全传感器同时闭合时，气囊才会充气。
电子仪表板
我们所介绍过的绝大多数电子控制系统在工作时并不直接产生可见的结果。而从现代汽车的仪表板上，我们却可以清晰地看到电子系统的效果。电子仪表板由处理传感器数据和控制显示的电脑模块构成。显示包括车速/里程表、机油和冷却液温度表、汽油表、蓄电池电量指示表，有的汽车还包括信息中心。
第二课 传感装置
介 绍
内容
· 温度传感器
· 位置传感器电路
· 开关位置传感器
· 接地侧开关
· 电源侧开关
· 电磁感应传感器
· 氧传感器
· 频率发生器
· 霍尔效应装置
· 热线传感器
· 压电装置
· 爆震传感器
· 压电式压力传感器
· 光学传感器
技术人员的目标：
完成本课程后技术人员将做到：
· 指出各传感器的基本作用
· 叙述传感器输入的不同方式
· 将传感器输入与系统工作过程联系起来
术 语
放大器……………………用于增大信号电压或电流的电路或装置。
大气压力(BP)传感器……向处理器输出随实际气压变化的频率信号的传感器或信号电路。
电容………………………通过自身“容量”存贮电荷而使电压变化趋于平缓的特性。
电容器……………………一种可以存贮电荷，通常用于使电流不规则的脉冲平滑化的电子件。
限流电阻………………...装在电路中用于将电流限定在预定值的电阻器。
磁力线…………………...描绘磁力分布的曲线（等磁力线）。
频率—直流电压转换器…将变化的频率信号转换为直流模拟电压的转换器,它输出的直流电压值
与信号频率成正比。
接地侧开关………………一种用来接通接地回路的电气开关或电子开关。
爆震传感器………………固有频率与发动机爆震频率非常接近的一种传感元件，当发动机爆震
时向EEC提供爆震信息。
歧管绝对压力传感器……根据歧管真空度和歧管气压向处理器发送变化的频率信号的传感器或
信号电路。
空气质量流量传感器……通过热线式空气流量计及其电子电路测量空气质量流量的传感器。
开路………………………线路不完整，未构成电流回路的一种状态。
压电………………………受到机械压力后能产生电压的电子器件。
腔…………………………封闭区间，如进气歧管。
电源侧开关………………装在电源与负荷之间的电子或电气开关。
基准(参考)电压…………由电压调节器提供给电位器和其它传感器的作为电压基准的恒定电压.
变磁阻转子………………铁磁材料制成的齿盘，通过传感器的磁场时可产生表明转速的信号。
电阻………………………电流流动时受到的阻力，以欧姆为单位。
电阻器……………………装在电路中用以阻止或减小电流的器件。
饱和………………………描述磁场达到最高强度的术语。
施密特触发器……………一种将霍尔效应元件产生的信号“尖锐化”的装置。
半导体……………………由导电性可随外界条件改变的材料（如硅）所制成的晶体管、集成电
路等电子器件的统称。
信号………………………电子系统中用以传送特定数据的电压形态。
方波电压信号……………电压（直线）上升和（直线）下降的信号，在示波器上显示为矩形
波。
热敏电阻…………………阻值随温度改变的电阻。
变磁阻传感器……………利用变磁阻转子穿越造成磁场变化进行感测的器件。
可变电阻…………………阻值可改变的电阻。
分压电路…………………电阻与电压源串接时，串联电阻就起到分压器的作用。每个电阻
产生部分电压降，这些串联压降的总和等于电源电压。
电压降……………………电流经过器件时在其接线端之间产生的电压变化。
电阻式传感器
图4
温度传感器
汽车上最常用的传感器就是温度传感器。
在电子系统中，温度传感器用来监测各种部件、各种液体、气体的温度变化。发动机电控系统、变速器电子控制和电子仪表板就是应用温度传感器电路的例子。上述系统中温度传感器的电路是基本相同的。
调压器使电路中的电压恒定。发生的电压波动会被控制模块当成传感器信号的变化。提供的电压必须能使系统正常工作。
限流电阻是固定阻值的电阻，用以防止电路中电流超载，如控制模块与温度传感器之间发生接地短路，限流电阻可起到限流作用。
控制模块的电位计部分测出M点的电压。此电压值随温度传感器阻值的变化而变化。
温度传感器是一种可变电阻，当所监测的介质温度有变
化时，其阻值随之变化：温度下降时阻值增加。温度上升时
阻值减小。这种电阻称为热敏电阻。
温度传感器电路是分压电路的一种形式（图4）。电路中
限流电阻与可变电阻串联，因而热敏电阻上的电压降与热敏
电阻占电路总电阻值的百分比成正比。
图5
本例中计算分压电路M点电压的公式为：
Vm=(R2/Rt)(Vr
Vm是M点的电压，即被监测的电压。R2是温度传感器的阻值，Rt是R1与R2的电阻和。Vr等于调压器输出的参考电压。例如：
当Vr=5V,R1=10(，R=10(时，Vm=（图5）。
Vm=(10/20)(5
Vm=(5
Vm=
图6
如R2（热敏电阻）增加到40(，则Vm应增至4V（图6）。
Vm=(R2/Rt)(Vr
Vm=(40/50)(5
Vm=(5
Vm=4
图7
如R2（热敏电阻）降至1(，则Vm应降至
Vm=(R2/Rt)(Vr
Vm=(1/11)(5
Vm=(5
Vm=
正常工作状态下，当被监测的温度升高时，温度传感器的阻值下降，则M点的电压下降。反之，当监测的温度下降时，温度传感器的阻值升高，则M点的电压上升。控制模块以M点的电压为输入信号，确定应对系统采取哪些调整。本电路产生的是0－5V的模拟电压信号。
非正常电路状态，例如发生断路或短路时，电路不能为其监测的温度提供准确指示。任何超出电路设计的电阻值会影响M点的电压，使控制模块的输入不准确。
如传感器接地与控制模块之间发生断路，M点的电压将变为5V。如在控制模块与传感器之间发生对地短路，M点的电压将接近0V。如模块与传感器接地间的电阻值过大，M点的电压会高于正常值。电路中发生上述异常情况时，电路输入值就不能反映被监测的温度。
图8
位置传感器电路
许多电子控制系统要求对部件在整个行程上的位置进行监测。电子温度控制系统中就有一个这方面的例子，控制模块需要对风门的开度进行监测，要不断获得风门位置的反馈。风门位置数据由可变电阻位置传感电路产生。
与温度传感器电路类似，位置传感器电路也包括控制模块、传感器、引线和连接器（图8）。控制模块含有电压调节器、限流电阻和具有直流电压表功能的功能块。
虽然位置传感器也是可变电阻，但是它与温度传感器的原理不一样。位置传感器的电阻是机械改变的。它利用一个在固定电阻器上滑动的移动臂（电刷），电刷与被监测的部件有机械联接。
当部件的位置发生变化时，位置传感器的电阻值也随之变化。利用控制模块的电压表作用，可通过电刷上的电压确定出部件的位置。
图9
位置传感器电路也是分压电路，但与温度传感器不同，它是通过一个传感回路来监控传感器的电压（图9）。
尽管温度传感器和位置传感器电路都是分压电路，但位置传感器电路的总电阻是不变的，因此，信号电压的计算方法略有不同。
本例分压电路中确定M点电压的公式为：
Vm=(Rbc/Rt)(Vr
Vm为M点的电压，即被监测的电压。Rbc为B点和C点之间的电阻。Rt为R1与R2的阻值之和。Vr等于电压调节器处的基准电压。
例如：当Vr=5V,Rbc=50(,R1=10(且R2=100(时,那么：
Vm=（图）
Vm=(50(110)(5
Vm=(5
Vm=
图10
当Rbc增大100(，则Vm随之增大到（图10）。
Vm=(Rbc/Rt)(Vr
Vm=(100/110)(5
Vm=(5
Vm=
图11
当Rbc减小到10(，则Vm随之减小到(图11)。
Vm=(Rbc/Rt)(Vr
Vm=(10/110)(5
Vm=(5
Vm=
在正常工作过程中，当被监测的部件位置向其行程的一端移动时，位置传感器的阻值将增大或减小（取决于电路设计）。控制模块以被监测的电压为输入数据，确定系统应相应采取哪些变动。传感器阻值减小时，被监测电压将降低。本电路产生的模拟电压信号通常在0～5V之间。
如电路发生电阻过高或过低的情况，电路就没能按其设计要求准确监测部件的位置。如阻值超出电路设计范围，控制模块的输入数据就会不准确。
基准电压（VREF）或信号接线发生断路时，电压读数会降至0V。如传感器自身发生断路或VREF侧发生断路，电压读数也会降至0V。但当传感器接地侧或地线断路时，输入到模块的被监测电压将达到5V。基准电压线或信号线发生对地短路时，被监测电压会变为0V。如与模块相连的地线过早接地，模块输入不会受影响。
位置传感器电路中任何地方的电阻高于正常电阻时，都会影响模块输入的准确性。例如，当基准电路部分电阻高于正常值时，被监测的电压也会较正常状态高一些。
开关传感器
图12
ON/OFF开关位置传感器
有些场合只需知道被监测的部件或装置处于两个位置中的哪一个。
此时没有必要确定部件在整个行程上的位置，可以使用开关向控制模块提供信息（图12）。几乎所有的电控系统都至少有一个开关输入电路。
与提供模拟直流电压的可变电阻式位置传感器不同，开关输入电路仅提供高/低（HI/LO）或开/关（ON/OFF）信号。开关位置电路产生0V或外加电压信号。一般将这类开关电路称为电源侧或接地侧开关。
图13
接地侧开关
接地侧开关位置电路与温度传感器电路相似。最明显的区别在于与限流电阻串联的是一个开关而不是温度传感器（图13）。
正常状态下，开关打开时，电压调节器、R1和电压表构成完整回路。由于电压表的内阻比R1的电阻高10多倍，M点的电压几乎为5V。
图14
开关闭合时，由它构成接地回路，因全部电压由R1承受，M点电压为0。（图14）
控制模块与接地开关之间断路时，M点电压将保持在5V。而上述区间发生短路时，M点电压将接近于0V。
图15
电源侧开关
除了控制模块中没有电压调节器外，电源侧开关电路与接地侧开关电路的元件相同。本电路由外部电源如蓄电池或点火开关供电。限流电阻串接在开关与地线之间。
正常状态下，开关打开时，电路中没有电流，因而在电阻上没有电压降，电压表读数为0V（图15）。
图16
开关闭合时，电流流过电路，全部电压降出现在电阻上，此时M点的电压为电源电压（图16）。
在电源开关与控制模块间发生断路或短路时，M点电压将接近0V。注意：绝大多数情况下，短路会使开关供电线路上的电路保护装置动作，将供电线路断开。
实验1
发动机冷却液和进气温度传感器
目的：
观察汽车上的发动机冷却液温度传感器和进气温度传感器产生的电压信号。在发动
机进行热车时，观察传感器电阻与传感器电压之间的联系。本实验还提供了使用中断盒
和数字万用表检验电路性能的机会。
指导
步骤1
将点火开关置于关闭位置。
步骤2
将中断盒装到发动机控制线束上。此时先不要把PCM模块接到中断盒连接器
上。
步骤3
用欧姆表测量与汽车线束相连的中断盒上的芯脚， ______与______之间的电
阻。此电阻就是发动机冷却液温度传感器的电阻。
发动机冷却液温度传感器（ECT）（冷车时）的电阻值为_______(。
步骤4
测量芯脚______与______之间的电阻。此电阻是进气温度传感器的电阻。
进气温度传感器（IAT）（冷车时）的电阻值为______(。
步骤5
将动力控制模块（PCM）连接到中断盒上。
步骤6
将万用表转向电压挡，并将点火开关转到“运行”位置。
步骤7
测量芯脚______与______之间的电压。
发动机冷却液温度传感器（ECT）（冷车时）两端的电压为______V。
步骤8
测量芯脚______与______之间的电压。
进气温度传感器（IAT）（冷车时）两端的电压为______V。
步骤9
起动发动机使其处于怠速状态。热车后，测量芯脚____与___之间的电压。
发同冷却液温度传感器（ECT）（热车时）两端的电压为______V。
步骤10
测量芯脚______与______之间的电压。
进气温度传感器（IAT）（热车后）两端的电压为______V。
温度上升或下降时电压是否变化？______
步骤11
关闭点火开关，断开动力控制模块（PCM）。
步骤12
将万用表开关置入欧姆挡，趁发动机热车时测量芯脚______与______之间的发
动机冷却液温度传感器（ECT）的电阻。
发动机冷却液温度传感器（ECT）（热车后）的电阻为_____(.
步骤13
趁发动机热车时测量芯脚______与______之间的进气温度传感器（IAT）（热
车后）的电阻为______(.
温度升高时，传感器的电阻增大还是减小？__________
传感器电阻减小时，传感器电压升高还是降低？_________
上述实验过程的测量结果与下表是否相符？________
温度
发动机冷却液/进气温度传感器标准值
(F
(C
电压（V）
电阻（K(）
248
230
212
194
176
158
140
122
104
86
68
50
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
注意：表中数据不适用于Atech实验台。
步骤14
中断盒仍连接到汽车线束上，但不用接动力控制模块（PCM）。
实验2
测量节气门位置传感器信号输出
目标
实车观察节气门位置传感器产生的电压信号。观察节气门在其整个转动行程中传感器电压与电阻之间的关系。本实验还提供了使用中断盒和数字式万用表检验电路性能的机会。
指导
将动力控制模块（PCM）与中断盒断开。让中断盒留在汽车线束上。分别在节气门全开、半开和关闭位置，用欧姆挡测量芯脚______与______之间的传感器节气门电阻。
将其结果记录在下面：
1. 节气门全开时传感器的电阻是__________
2. 节气门半开时传感器的电阻是__________
3. 节气门关闭时传感器的电阻是__________
将中断盒接到动力控制模块上。
打开点火开关到“RUN”位置。
用电压挡测量节气门全开时芯脚______（信号线）与______（接地）之间的节气门
传感器输出电压。
在节气门半开和关闭位置对传感器重复上述试验，将结果记在下面：
4. 节气门全开时传感器的电压是__________
5. 节气门半开时传感器的电压是__________
6. 节气门关闭时传感器的电压是__________
7. 当电阻增大时电压如何变化？__________
8. 当电阻减小时电压如何变化？__________
实验3
制动开关
目标：
观察用于监测部件位置时开关产生的信号。本实验要求正确使用数字式万用表测量直流电压。
指导
步骤1
用数字电压表测量中断盒芯脚______与______（接地）之间的电压。
9. 电压读数为______V。
步骤2
让一位助手踩下制动踏板重复电压的测量过程
10. 电压读数为______V。
11. 仅根据上述两项试验，您能否说出本例是电源侧常开开关电路还是接地侧常闭开关电路？____________________
12. 假设开关在“静止”（常态）位置，下面哪幅电路图是符合步骤1和2的电压读数的正确电路？____________________
ATECH实验台 操作1
温度传感器电路
目标：
学习热敏电阻的工作原理及其在温度传感器电路中的作用。在改变温度时对电阻和电压进行若干测量。本实验同时涉及了异常工作状态。
正常工作状态：
电阻测量：
将Atech1830板装到1801实验台上，并在1830板上找到热敏电阻的位置。热敏电阻处标有Rt字样。
1. 热敏电阻有多少端脚？____________
2. 此时热敏电阻处于室温下（环境温度），测量一下热敏电阻的阻值。
3. 环境温度下热敏电阻阻值是__________(。
不要拆下欧姆表，用手指对热敏电阻慢慢加热。
4. 热敏电阻冷却时其阻值如何变化？_________________________________________
5. 补全下列叙述：当温度升高时，电阻_______,当温度降低时，电阻_______。
热敏电阻的工作过程与汽车中所用的热敏电阻相同，大多数热敏电阻都是这样工作的。
图1-1
电压测量
按图1-1连好电路。
注意电路中装的断路器的作用是防止元器件损坏。
测量调压器的输入电压。
6. 输入电压是多少？_________________________________________________________
测量调压器的输出电压。
7． 输出电压是多少？_________________________________________________________
汽车系统的工作电压是5V。调压器的任务就是提供无波动的5V稳定电压。
调压器还向车上的许多传感器，包括热敏电阻提供5V基准电压。
在电路中的M点测量热敏电阻的电压。
8. 环境温度下热敏电阻两端的电压是多少？_____________________________________
9. 热敏电阻加热时，其两端电压如何变化？_____________________________________
10. 热敏电阻冷却时，其两端电压如何变化？____________________________________
11. 补全下列叙述：
温度升高时，热敏电阻两端电压______，当温度下降时，该电压______。
12. 热敏电阻产生的是模拟信号(在0至5V间变化)还是数字信号(在0或5V间转换)？____________________________________________________________________________
非正常工作状态：
参照图1－1进行下述实验。这些实验在电路中设置了一些故障，以观察非正常工作状态下的变化并找出故障。
监测电路中M点的电压。
13. 环境温度下的电压是多少？________________________________________________
接地断开：
断开点1处的接地。
14. 测得M点的电压是多少？__________________________________________________
接好点1处的地线。
信号断开
断开电路中点2的信号线。
15. 测得M点的电压是多少？_______________________________________________
接好点2的信号线。
信号短路：
用另一根导线将点2接地短路。
16. M点的电压是多少？____________________________________________________
将短路连线自点2取下。
总结实验结果，填写下列表格：
故障形式
M点电压
接地断开
__________（大约）
信号断开
__________
信号短路
__________
正常工作情况下，热敏电阻两端的电压应在大约至之间。信号电压超出
此范围则说明出了故障。
17 .步骤15和16测得的信号电压是否超出了此范围？__________
ATECH实验台 操作2
位置传感器电路
目标：
研究电位器的工作原理及其在位置传感器电路中的应用。在位置变化时对电阻和电
压进行若干次测量，并涉及异常工作状态。
正常工作状态：
电阻测量：
在Atech1830实验板中央找到电位器，其符号为带箭头的电阻，并标有10K字样。
13. 电位器有多少接线端的电阻为________
14. 测得两个外侧接线端的电阻为_________(。
顺时针将电位器旋到头，同时测量其中间接线柱（信号）和下部接线柱（接地）间
的电阻。
15. 测得的电阻是__________(。
16. 开始逆时针转动旋钮（电刷），进行下列测量：
旋钮位置
阻值
1/4行程
____________（大约）
1/2行程
____________
3/4行程
____________
全部行程
____________
17. 旋钮（电刷）________________的变化会导致测得的电阻发生变化。
上述电位器的工作原理与汽车发动机控制系统中用来确定节气门位置的电位器的原
理一样。
图2-1
电压测量
按图2-1连好电路。
18. 提供给传感器的稳定电压是多少？__________________________________
顺时针将电位器旋到头，同时测量M点电压。电压符号表示电脑对电位器信号的监
测点。
19. 测得的电压是____________V。
20. 逆时针转电位器旋钮，进行下列测量：
旋钮位置
M点电压
1/4行程
___________（大约）
1/2行程
___________
3/4行程
___________
全部行程
___________
补全下列叙述：
21. 旋钮（电刷）位置的变化会导致电刷测点__________的变化。
22. 电位器产生的是模拟信号（在0至5V之间变化）还是数字信号（在0或5V跳变）？________________________________________________________________
非正常工作状态：
参照图2-1进行下述实验。这些实验在电路中设置了一些故障，以观察非正常工作
状态下的变化并找出故障。
监测电路中的M点的电压。
调节旋钮，直到电压读数约为，它代表节气门位置传感器在节气门半开时的电
压。
接地断开：
断开点1处电位器的接地。
23. 在点M处的测得的电压为______V。
重新接好1处的接地。
基准电压断开：
在电路中点2处断开信号电压。
24. 在点M处测得的电压为______V。
重新接好点2点处的基准电压。
信号断开：
在电路中点3处断开信号电压线。
25. 在点M处测得的电压为________V。
重新接好点3处的信号线。
信号短路
用另一根电线使点3处接地。
26. 在点M处测得的电压为________V。
拆下点3处的接地线。
总结实验结果，填写下列表格：
故障形式
M点电压
接地断开
_________
参考电压断开
_________
信号断开
_________
信号短路
_________
正常工作情况下，电位器电压应在至之间。信号电压超出此范围则说明出
了故障。
27. 在14记录中的电压是否超出了上述范围？__________
ATECH实验台 操作3
接地侧开关
目标：
研究接地侧开关的工作原理及其在开关传感电路中的应用，并涉及非正常工作状
态。
图3-1
正常工作状态
电压测量：
按图3-1接好电路。
打开扳把开关（向上位置）并测量点M处的电压。
电压表符号表示该点是电脑对开关信号的监测点。
28. 测得的电压为________V。
现在合上扳把开关。
29. 测得的电压为_________V。
正常工作状态下，测得的电压应为5V（开关打开）或0V（开关闭合）。在此范围
之外的信号电压则表明发生了故障。
来回扳动扳把开关，观测电路中M点处电压的变化。
30. 描述点M处的电压：
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
31. 在两个电压（本例中为0和5V）间进行转换的信号类型是什么？
_______________________________________________________________________
非正常工作状态：
参照图3-1进行下述实验。这些实验在电路中设置了一些故障，以观察与正常工作
状态相比的变化并找出故障：
接地断开：
断开点1处开关接地。
然后，来回扳动扳把开关，观察M点电压的变化。
32. 描述点M点处的电压变化：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
重新接好点1处的接地。
断开信号：
在电路中点2处断开信号电压线。
来回扳动开关，观察点M处电压的变化。
33. 描述点M处的电压变化：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
重新接好点2处的信号电压线。
信号短路：
用另一根导线将点2接地。
来回扳动开关，观察点M处电压的变化。
34. 描述点M处的电压的变化。
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
拆下点2处的接地线。
总结实验结果，填写下列表格：
故障形式：
M点电压
接地断开
_________（大约）
信号断开
_________
信号短路
_________
35. 上述测量过程中扳把开关的位置是否对电压产生影响？__________
ATECH实验台 操作4
电源侧开关
目标：
研究电源侧开关的工作原理及其在开关传感电路中的应用，并涉及非正常工作状
态。
图4-1
正常工作状态
电压测量：
按图4-1接好电路。
36. 断开扳把开关（向上位置）并测量点M处的电压。
电压表符号表示该点是电脑对开关信号的监测点。
测得的电压为________V。
37. 现在，合上扳把开关。
测得的电压为_________V。
正常工作状态下，测得的电压应为0V（开关断开）或12V（开关闭合）。
38. 上述结果与接地侧开关有何不同：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
非正常工作状态：
参照图4-1进行下述实验。这些实验在电路中设置了一些故障，以观察与正常工作
状态的不同之处并找出故障：
蓄电池断开（﹢）：
在电路中点1处将电源线断开。
来回扳动扳把开关，观察点M处电压的变化。
39. 描述点M处的电压变化：
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
重新接好点1处的电源线。
断开信号：
在电路中点2处断开信号电压线。
来回扳动开关，观察点M处电压的变化。
40. 描述点M处的电压变化：
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
重新接好点2处的信号电压线。
信号短路：
由于在点2处使信号短路会导致12V电源发生短路，故跳过此项实验。
41. 如果点2处短路，点M处测得的电压将如何？
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
总结实验结果，填写下列表格：
故障形式：
M点电压
电源断开
_________
信号断开
_________
信号短路
_________
7.
上述测量过程中扳把开关的位置是否对电压产生影响？__________
信号发生器
图17
电磁感应传感器
电磁感应传感器电路一般用于系统工作信号包含有转速信号的电子系统中。无分电器式电子点火系统和防抱死制动系统都使用电磁感应电路。各种系统所使用的电磁感应电路基本相同。
本电路由控制模块、电磁感应传感器、变磁阻转子、引线和连接器组成。控制模块包含一个限流电阻和与之串联的相当于电压表的信号处理部分。电磁感应传感器是一个变磁阻传感器（图17）。变磁阻传感器的磁场可以变化。当铁磁材料制成的齿盘（变磁阻转子）穿过传感器磁场时，磁场就会发生变化。
图18
电磁感应传感器向控制模块发送正弦信号。每当转子的凸齿经过传感器时，就会产生信号。其过程是：当转子的凸齿接近传感器时传感器磁场即开始扭曲，在电磁感应传感器的线圈感应出正向电压。磁场变化越大，感应电压值越高。转子凸齿从传感器离开时，磁场发生相反的变化，在电磁感应传感器的线圈中感应出负向电压，到转子齿沟与传感器凸出部分对正时，由于不再有磁场变化，也就不产生感应电压。
图19
本电路产生的这些信号可从示波器上看到。电磁感应传感器电路正常的示波器波形是如图19上方所示的修正的正弦波。
电路中的电阻高于正常值时，感应电压的峰值会有所降低。此时，送到控制模块的信号电压下降。反映在示波器上可以看到正弦波峰值较正常状态下的峰值低。如传感器与转子的相对位置有偏差，也会发生上述情况。如位置偏差过大，磁场强度的变化将没有位置正常时那样大，感应出的电压就比较低，产生的信号较弱。
线路发生对地短路或断路时，将不会向控制模块输入信号。
图20
氧传感器
另一种专门用于发动机电控系统的专用传感器是氧传感器。该部件安装在排气气流中，向控制模块提供废气中氧含量的信号。
氧传感器电路包括控制模块、氧传感器、连接器和引线。传感器由串联在一起的可变电压源和电阻构成（图20）。电压源向控制模块产生零至某电压之间的模拟电压信号。电阻的作用是在传感器与控制模块间发生对地短路时，防止传感器过流。
图21
氧传感器主要是由外面包有薄薄一层铂的二氧化锆陶瓷套管组成的。当套管内表面充满富氧的外界空气，而套管外表面暴露在贫氧的废气中时，传感器中就会发生化学反应，如同电池中的两种不同金属会产生电压一样。受热时，由于被监测气流与外界空气的含氧量不同，传感器就会发生化学反应（图21）。
· 被监测气流的含氧量变化时，输出电压就会变化。
· 含氧量下降时，输出电压提高
含氧量提高时，输出电压下降电路中发生任何异常状况都会影响控制模块输入的准确性。如果在控制模块与传感器间发生断路或接地短路，控制模块从传感器输入的信号将保持为0。如传感器与控制模块连接不良，会使电路中电阻过大。传感器产生的信号电压的一部分就会在连接处损耗掉。控制模块输入的信号电压就会比传感器输出的信号电压低。
本电路除对电路电阻十分敏感外，对由次级高压点火线产生的外界电脉冲或充电系统的电压波动也十分敏感。因此，控制模块与传感器间的连线必须是屏蔽线。
图22
频率发生器
发动机电控系统采用了一种特别的传感器来测量发动机歧管气压和大气压力。这一装置通常称为歧管绝对压力（MAP）传感器或大气压力（BP）传感器。这些传感器输出信号的变化与我们前面见过的所有传感器都不一样，不是向控制模块输出模拟直流电压信号，而是输出一种电压在0V与5V之间不断转换的信号，这种转换很象开关电路的开关过程所产生的信号。但最大的区别是，这些传感器的输出信号的频率是变化的。
本电路由控制模块、歧管绝对压力传感器（MAP）、连接器和引线（图22）组成。控制模块包括电压调节器、限流电阻、频率－电压转换器和一个起电压表作用的信号处理器。电压调节器向电路提供恒定的电压。必须对供电电压进行调节，以使系统正常发挥作用。电路中的限流电阻可防止控制模块与传感器间发生接地短路时，电路中产生过大的电流。传感器对压力变化做出反应并给控制模块发送频率信号。（控制模块内的）频率－电压转换器将来自传感器的输入信号转化为模拟电压信号。
图23
歧管绝对压力（MAP）传感器由可变电容器和一个频率发生器组成。压敏电容器有两个相对的电极，每个电极都装在一个电容板上。两个电容板之间是真空室。真空的压力变化时，电容板就会被吸近或拉开。电容器的电容随着电容板间距离的变化而变化。频率发生器监测到电容量的变化，并向控制模块输出信号。信号频率的变化正比于传感器电容量的变化。
电路中发生任何异常状况都会影响对控制模块输入的准确性。如果在控制模块与传感器之间发生断路或接地短路，电压表的读数将保持为0。如传感器与控制模块连接不良，会使电路电阻过大。控制模块输入的信号就会因过高的电阻而减弱，而信号达不到一定强度时就不能被频率-电压转换器所识别。
ATECH实验台 操作5
电磁感应传感器电路
实验目的：
研究电磁拾感器即变磁阻传感器（VRS）的工作原理及其如何用于监测速度信号。
同时也讨论非正常工作状态。
正常工作状态
电阻测量：
在ATECH1830板上找到变磁阻传感器(VRS)，它在板子右下角的直流电动机旁边。
42. 变磁阻传感器有几个接线端？________________
在点1和2之间测量可变磁阻传感器的电阻。
43. 测得的电阻是多少__________(?
此电阻是传感器内部线圈的电阻。
现在，用曲别针碰一下传感器端部的螺纹。
44. 您看到了什么？___________________________________________________
45. 此传感器是永磁的还是电磁的？_____________________
图5-1
电压波形测量
按图5-1接好电路。
确认直流电动机是关闭的。
按下列参数设置好示波器：
－ 第一通道：直流档，
－ 触发：CH1（通道一）
－ 时间基准（TIMEBASE）：自触发，上升沿，2毫秒/刻度。
将示波器测试探头与电路中的点M相连，将示波器地线接到点G。
直流电动机关闭时，在示波器上应可看到扫迹。调节扫迹的垂直位置，使其在显示
屏上居中。
让直流电动机工作。
调节触发钮，直到显示屏上出现稳定的交流电压波形。
46. 在下面画出波形的形状。并记录示波器的时间分度值(Time per division)。
47. 具有正、负波形的电压是什么电压？________________________
关掉电动机并观察电动机减速过程中转速信号的形状。重复试验几次并回答下列问
题。
48. 电压波峰发生了什么变化？
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
49. 每次脉冲间的时间长度发生了什么变化？
______________________________________________________________________
50. 变磁阻传感器发出的是哪种电压信号？
______________________________________________________________________
非正常工作状态
参照图5-1进行下述实验。这些实验在电路中设置了故障，以观察正常工作状态的
变化并找出故障。
合上电动机开关，并观察电路中M点电压的波形。
断路/弱信号：
在点2处断开连线并将其接地。
51. 描述示波器上的电压波形。
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
重新接好点2处的连线。
信号短路：
将电路中点1和2短接。
52. 描述示波器上的电压波形。
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
拆下点1和2处的短接线。
关闭发动机。
（选做）
转速（RPM）测量
关闭电机。
53. 电机的转子上有多少齿槽？_________
54. 转子每转一圈有多少个脉冲（即齿槽）？__________
55. 计算每转一周所需时间：将步骤5中测得的时间分度(TIME PER DIVISION)乘以示波器上一个波形的方格数（即DIVISION）。请马上写出答案：
_________________________________________________________________________
用下述公式计算电机的转速：
每分钟转速=[1/转子每转所需时间（秒）]×60
56. 直流电机的转速
RPM=______________________________________________________________
ATECH实验台 操作6
频率发生器电路
实验目的：
研究频率发生器的工作原理的及其如何应用于歧管压力传器（MAP）/大气传感器
(BP)，同时也讨论非正常工作状态。
图6-1
电压测量——数字电压表（DVOM）：
按图6-1接好电路。
57. 频率发生器的参考电压是多少？
______________________________________________________________________
用数字式万用表（DVOM）测量M点的电压。
电压表符号表明了该点是电脑对频率发生器信号进行监测的点。
58. 您所测量的电压是多少？_____________________________________________
电压波形测量——示波器：
按下列参数设置好示波器：
－ 第一通道：直流档2V/刻度
－ 时间基准：自触发，上升沿，2毫秒/刻度
将示波器测头与电路中点M相连，将示波器地线接到点G。
调节触发电路，直到显示屏上出现稳定的电压波形。
59. 在下面画出波形的形状。
60. 此波形是什么类型？____________________
61. 电压的最大振幅是多少？______________________
在将频率发生器上的方便钮由逆时针极限位置向顺时针的极限位置转动的过程中，
注意波形。
62. 这是否是一个切换信号？__________________________
63. 切换的时间是否变化？___________________________
信号切换或变化的时间被称为信号的频率。它常常用每秒切换循环的次数来表示，
单位为赫兹。
非正常的运行：
参看图6-1进行下面的实验。在电路中为这些操作设置了故障，以便观察相对于正
常运行状态所发生的变化及找出故障所在。
地线断路：
在点1处断开频率发生器的地线。
64. 描述信号（形状和电压值）。
_________________________________________________________________________
重新接好点1处的地线。
参考电压断路：
在电路中点2处断开参考电压线。
65. 描述信号（形状和电压值）。
_________________________________________________________________________
重新接好的点2处参考电压。
信号断路：
在电路中点3和断开信号电压线。
66. 描述信号（形状和电压值）。
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
信号短路：
其他导线将点3接地。
67. 描述信号（形状和电压值）。
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
拆下点3处的短路连线：
总结实验结果，完成下表：
故障
点M处的电压
地线断路
_______________
参考电压断路
_______________
信号断路
_______________
信号短路
_______________
（选做）
频率测量：
将示波器时间基准调到2毫秒/单元。
将频率发生器上的旋钮逆时针转到头，使其处于低频。
68. 测量一个完整信号持续的时间（秒）。
________________________________________________________________________
用下列公式计算信号的频率：
频率（Hz）=1/每个循环的时间（秒）
69. 低频=_____________________________________________________________
现在，将频率发生器上的旋钮顺时针转到头，使其处于高频。
70. 测量一个完整信号周期的时间（S）。
________________________________________________________________________
仍用上述公式，计算出信号的频率。
71. 高频=_____________________________________________________________
实际歧管进气压力（MAP）和大气压力（BP）的频率范围是：
MAP频率：92－162Hz，BP频率：122－162Hz
注意：由于电路板都有一定偏差，因此各块板测得的信号会有所不同。
图24
霍尔效应装置
某些电子悬挂系统和发动机电控系统采用了一种称为霍尔效应装置的电子电路。
霍尔效应电路很象接地侧开关位置电路。其区别在于开关工作的过程，开关电路采用的是机械式开关，而霍尔电路采用的是电子开关。
霍尔效应电路由控制模块、霍尔效应装置、接头和导线组成（图24）。控制模块包括一个电压调节器、一个限流电阻和一个起电压表作用的信号处理器。
控制模块中的电压调节器提供稳定的电压。限流电阻是电路中的负荷。在电阻地线侧的电压表监测着电压值。霍尔装置开/关电路时，电压表上的电压值就高低转换。霍尔电路产生方波电压信号。
霍尔装置包括电压调节器、霍尔元件、放大器、施密特触发器和开关三极管。
霍尔效应装置中的电压调节器给霍尔元件、放大器和施密特触发器供电。
图25
霍尔效应装置的核心是霍尔元件本身。1897年，.霍尔先生发现把载流导体放入磁力线与导体中电流方向垂直的磁场中时，在导体两端会产生霍尔电压。典型装置用的是半导体而不是“全”导体，因为半导体能产生更高的电压。实际霍尔效应装置由半导体元件和永久磁铁构成。
图26
图27
霍尔元件一进入磁场，会在其两端产生感应电压。元件进入磁场越多，其两端的电压就越高。当霍尔元件完全进入磁场时，感应电压达到峰值并保持在此电压，直到霍尔元件开始从磁场被屏蔽掉。随着元件被屏蔽部分的增加，电压逐渐下降。
总之，当通电霍尔元件进入磁场后，在其两端就会感应出电压。如元件被从磁场屏蔽掉或从磁场移出后，其两端就没有电压。
图28
因为霍尔元件产生的电压很低，所以必须由传感器的另外部分增强。经放大器放大后，信号的幅度加大，但其形状不变。在到达晶体管前，信号还必须经过施密特触发器进行锐化，经过触发器后，电压信号加到晶体管基极。方波信号开关着晶体管（图28）。晶体管就起到由触发信号控制开/关的开关作用。因此，晶体管控制着模块电路的开/关。
正常工作状态下，当晶体管处在开路状态时，在控制模块内仍有一个由电压调节器和电压表组成的完整电路。由于电压表的电阻是R1电阻的10倍以上，M点电压实际为5V。当晶体管闭合时，因它与电压表并联，晶体管起到接地作用，所有的电压降都集中在R1上，M点电压就降至0V。
发动机电控系统采用转动的带叶片的杯来屏蔽磁场。转杯装在分电器轴上，分电器转动时，霍尔元件交替地显露于磁场然后又从磁场屏蔽出来。这一显露与屏蔽的过程就产生OFF/ON/OFF/ON的电压信号。
系统中的霍尔传感器向控制模块提供发动机转速和曲转位置的数据。
某些空气悬架电子控制系统采用霍尔效应装置来确定汽车的载荷情况。通过悬挂控制臂上装的久磁铁和车架上装的霍尔元件。传感器就可向控制模块提供装载高度数据。汽车被加载时，悬架受压从而使磁铁靠近霍尔元件，在元件两端产生电压。如在传感器内部间隔一定距离放置两块霍尔元件。模块通过监测是否有一个传感器在磁场中，或是否两个传感器都在磁场中，就可以确定相对装载高度。
控制模块与霍尔装置之间的断路将使点M处的电压值保持在5V。而同样位置发生短路时，点M将恒定为0V。
图29
热线式传感器
另一个仅见于发动机电控系统中的专用装置是空气质量流量（MAF）传感器，它用于测量进入发动机的空气的质量。空气质量流量传感器位于空气滤清器与进气歧管之间。
空气质量流量(MAF)传感器电路由传感器、控制模块及将上述二者连接起来的导线构成。传感器向动力控制模块(PCM)输出直流电压信号，其幅度正比于发动机的进气量。
传感器经EEC动力继电器，取电瓶电压；在控制模块内接地。传感器由热线电路、冷线电路和电子信号处理部分组成。热线电路和冷线电路以通常所称的惠斯登电桥方式相连。所谓惠斯登电桥就是并联在电源两端的2个简单串联电路。
图30
在冷线电路中，固定电阻R1与热敏电阻（T）串联，起分压作用。热敏电阻装在歧管的中央气流中，其阻值随进气温度的变化而变化。传感器电子电路在A点向冷线电路提供稳定的电压，所以各个电阻上的电压降取决于热敏电阻的阻值。热敏冷态时，其阻值较高，因而C点电压较高。当进气温度降低时，热敏电阻阻值升高，导致C点的电压升高。当进气温度升高时，热敏电阻阻值减小，导致C点的电压降低。
热线电路由固定电阻R2和与其串联的可变发热元件（热线）组成。发热元件的结构使其发热量正比于流经它的电流大小，同时其阻值也随温度而变。内部电路在B点加上电压后，电流流经热线元件和R2后到地线。电流使热线元件发热，并在R2上产生与电流成比例的压降。上述变化表现为D点的电压值的变化。
通过安装在进气通道中的取样管中的热线和冷线，传感器可确定进入发动机中的空气量。当进气气流与热线元件接触时，它从热线上吸收了少量的热使热线元件冷却。元件在冷却过程中其自身电阻也发生变化，同时D点电压读数也随之变化。
比较C点和D点的电压值后，传感器电子电路向控制模块输出一个直流电压信号，该电压的大小与流经传感器的空气质量成正比。
压电装置
绝大多数的电子系统需要各种压力变化的数据。需要监测的压力类型包括气压、流体压力和振动引起的压力等。有时采用压电传感器电路代替压力转化器电路来提供上述数据。英文中“PIEZOELECTRIC”一词源自希腊“PIEZO”，意思是“压力”。
电子仪表和发动机电控系统就是使用这种电路的例子。尽管这两种系统使用的都是压电传感器，但发动机控制系统中的爆震传感器与仪表系统中的压电式压力传感器是不同的。下面我们对其分别介绍。
图31
爆震传感器
发动机控制系统中的压电装置称为爆震传感器。爆震传感器电路包括控制模块、压电振动传感器、接头和导线。
传感器测得发动机的爆震或振动，并将爆震转化为0V～1V或更高的电压信号。
传感器由串联的一个电压发生器和一个电阻构成。每次发生爆震时，传感器就产生一个电压脉冲信号。电阻的作用是防止传感器与控制模块间接地短路时电流过大。
图32
电压发生器有一个焊在金属膜片上的薄薄的压电陶瓷片。发动机产生爆震时，传过金属的震波在金属膜片上施加压力。此时，陶瓷片上的压电晶体被压缩，盘片上产生正比于震波强度的电压。爆震愈强，金属膜片作用于陶瓷片上的压力愈大，片上相应产生的电压信号愈强。每次爆震发生时，传感器就产生一个电压峰值。
电路中发生任何非正常情况都会影响控制模块输入信号的准确度。如信号线发生接地短路或断路，传感器提供给控制模块的信号将保持为零。传感器与控制模块间连接不良会使电路中电阻过大。传感器产生的电压的一部分就会在这些连接处损耗，电压损耗过多会使信号电压过低。
图33
压电式压力传感器
虽然发动机爆震传感器是汽车电子系统中最常用压电传感器，但有时也可见到另一种压电传感器。这种传感器不是用来检测爆震，而是用来检测压力的。尽管传感器结构上也采用了压电陶瓷，但其工作原理不同。
压力传感电路由控制模块、压力（压电式）传感器、连线和接头组成（图33）。控制模块包括电压调节器、限流电阻和类似电压表作用的信号处理部分。
电压调节器供给电路恒定的电压。限流电阻是一个固定电阻，可防止电路中过大的电流。当控制模块与传感器间发生接地短路时，该电阻可起到限制电流的作用。控制模块中的电压表部分测出的是点M处的电压值。其大小由传感器上的压力（电阻）所决定。
图34
传感器（图34）的作用如同一个可变电阻。传感器的阻值随作用于晶体上压力的变化而变化。当压力增大时，传感器的电阻增加，反之则减小。将限流电阻与可变电阻（压电传感器）串联后构成分压电路。这样，控制模块通过监测陶瓷晶体上的电压降，就可确定出作用在陶瓷晶体上的压力。
本例分压电路中计算M点电压的公式为：
Vm=(R2/Rt)×Vr
Vm是被监测的电压，即M点的电压。R2是压力传感器的阻值。Rt是R1与R2的电阻和，Vr等于调压器输出的参考。
例如，当Vr=5V，R1＝10(，且R2=10(时，Vm=
Vm=(10/20)×5
Vm=×5
Vm=
图35
如R2增加到40(，则Vm增加到4V。
Vm=(R2/Rt)×Vr
Vm=(40/50)×5
Vm=×5
Vm=4V
图36
如R2下降到1(，则Vm下降到。
Vm=(R2/Rt)×Vr
Vm=(1/11)×5
Vm=×5
Vm=
正常工作状态下，当被检测的压力上升时，传感器阻值和M点电压值也会随之上升。反之，当压力下降时，传感器阻值和M点电压都会下降。控制模块以M点电压值作为输入信号，以确定系统中应采取哪些相应变化。该电路产生的是一个0至5V模拟电压信号。
在非正常电路状态下，如断路或短路发生时，电路就不能按要求提供表示压力的准确信号。任何超过电路设计的电阻值都会影响M点的电压，使控制模块收到的输入信号失真。
控制模块与传感器地线间的断路会使M点的电压读数变为5V。而控制模块与传感器间的接地短路则会使M点电压为0V。控制模块与传感器接地侧电阻过大时，M点电压将高于正常值。在非正常状况下，电路的输出信号就不能代表所测量的压力。
图37
光学传感器
另一种用来监测位置和（或）转动的装置是光学传感器。电子转向助力系统和电子悬架控制系统都使用光学传感器监测方向盘的转动。这两个系统中传感器的工作原理相同。
该电路由控制模块、光学传感器、连接导线和接头组成。光学传感器向控制模块输出的是方波电压信号，转向传感器有两个发光二极管（LED）和两个光电晶体管。传感器用支架装到转向柱上。一个带孔的圆盘则装到转向轴上。使传感器壳体上的凹槽与带孔圆盘相切，并用支架固定壳体位置。带孔圆盘与转向轴一起转动（图37）。
传感器中的两个发光二极管从凹槽的一侧照向另一侧。另一侧的两个光电晶体管可探测到发光管照过来的光。发光管发出的光可透过圆盘上的孔到达光电晶体管，而孔间的实体部分则遮住光线。圆盘转动时，从发光管发出的光交替地透过光闸或被挡住。
图38
转向传感器通过二根信号线将信号送给控制模块。当光线经过圆盘上的孔时，可被A处的光电管探测到，信号线A测得电压为0V。当圆盘上非孔部分挡住光线使其不能到达光电管A时，信号线A测得的电压5V。同样，信号线B也表明光电管B的状态。每个脉冲约表示方向盘转动大约5(。
控制模块通过二根传感线传来的数据确定方向盘的转角和转动方向。通过脉冲数，控制模块可确定方向盘的转动量，通过哪根传感线先开始产生脉冲。控制模块可确定方向盘的转动方向。当转向传感器圆盘顺时针转动时，输出电压的变化首先发生于线A然后才是线B。而当转向传感器圆盘逆时针转动时，线B的输出电压先发生变化，然后才是线A。
电路中的任何非正常情况都会影响控制模块输入信号的准确性。当发生下述情况时，两根线上的电压读数都保持为零：
· 电源线或接地线发生开路或接触不良时。
· 电源线接地短路时。
当某一根信号线发生接触不良、断路或接地短路时，该线本身的电压将保持为零。但不会影响另一根线的信号。
碰撞与安全传感器
汽车系统中使用的最简单，同时也是最精心设计出的传感器大概就是主动式乘员保护系统中的碰撞与安全传感器。这种传感器的结构是一个中间装有镀金小球的空心管，镀金小球可在空心管内移动。管子的一端是永久磁铁，而另一端是一对电触点。
图39
在正常状态下，磁铁将球吸附在管子的后部。碰撞减速过程中，小球会脱离磁铁并沿导管向另一端运动，从而接通电触点。
图40
虽然监控这一传感器的模块并不是真正的微处理器，但它确实具有一些晶体管化的逻辑电路。这些电路直接将汽车前部各位置的若干个传感器的输入进行比较。当接收到的这些信号的组合正确时，电路即向气囊起爆器提供电压让气囊充气。
ATECH实验台 操作7
霍尔效应传感器电路
目标：
研究霍尔效应传感器的工作原理及应用。讨论正常和非正常工作状态。
观察：
在ATECH1830板上找到霍尔效应传感器。
将一个铁片（锯片或折刀）放入霍尔效应传感器的槽口中。
72. 你观察到了什么？
_________________________________________________________________________
73. 磁铁在传感器的哪边？
_________________________________________________________________________
挪开上述铁片
_________________________________________________________________________
图7-1
正常工作状态
电压测量：
用ATECH1830实验板按图7－1接好电路。
74. 提供给霍尔效应传感器的电压是多少？（点2处电压）？
_________________________________________________________________________
75. 霍尔效应传感器的参考电压是多少（调压器输出电压）？
_________________________________________________________________________
用数字式万用表（DVOM）测量点M处的电压。
电压表符号表示电脑在该点“监测”霍尔效应信号。
76. 测得电压为___________。
现在，将锯片或折刀插入槽口，并观察M点电压的变化。
77. 你观察到的电压是多少？
________________________________________________________________________
78. 该部件在0V到5V之间变化（模拟）还是在0V与5V间转换（数字）？
________________________________________________________________________
79. 你能解释为什么霍尔效应传感器是如此表现的吗？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
非正常工作状态：
参照图7-1进行下述试验。这些实验在电路中设置了故障以观察正常工作状态的变化并发现故障。
接地断路：
在点1处断开霍尔效应传感器的地线。检测点M处的电压。反复将锯片插入和拔出槽口。
80. 描述点M处信号电压的变化。
________________________________________________________________________
重新接好点1处的地线。
电池（﹢）断路：
在电路中点2处断开电源。
观察点M处的电压。
反复将锯片插入和拔出槽口。
81. 描述信号电压。
________________________________________________________________________
重新接好点2处的电源。
信号断路：
在电路中点3处断开信号电压线。
观察点M处的电压。
反复将锯片插入并拔出槽口。
82. 描述信号电压。
_______________________________________________________________________
重新接好点3处的信号线。
信号短路：
用另一根导线将点3接地。
观察点M处的电压变化。
反复将锯片插入并拔出槽口。
83. 描述信号电压。
______________________________________________________________________
拆掉点3处的短路线。
总结实验结果，填写下表：
故障
点M处的电压
接地短路
_______________
电池（＋）断路
_______________
信号断路
_______________
信号短路
_______________
84. 锯片经过槽口时上述测量值有无变化。____________________________
85. 此接地侧电子开关电路与接地侧机械开关电路的表现（与实验3相比）有无不同？
______________________________________________________________________
ATECH实验台 操作8
光电传感器电路
目标：
研究光电传感器的原理和应用。讨论正常和非正常工作状态。
图8-1
正常工作状态
电压测量：
用ATECH1830实验板按图8-1接好电路。
用数字式万用表（DVOM）测量点M处的电压。
电压表符号表示电脑在该点“监测”光电传感信号。
86. 测得电压为___________（约值）。
现在，将锯片或折刀插入槽口，观察点M处电压。
87. 你观察到电压如何变化？
_________________________________________________________________________
现在用卡片代替金属片重复上述试验。
88. 你观察到什么？
_________________________________________________________________________
89. 光电传感器输出的开关（数字）信号与霍尔效应传感器的输出信号是否类似？
_________________________________________________________________________
90. 说明光电效应传感器与霍尔效应传感器的不同之处。
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
非正常工作状态：
参照图8-1进行下述试验。这些实验在电路中设置了故障以观察与正常工作状态的差异并发现故障。
接地断路：
在点1处断开光电效应传感器的地线。
检测点M处的电压。
将卡片在槽口来回插进和拔出。
91. 描述信号电压。
_________________________________________________________________________
重新接好点1处的地线。
电池（﹢）断路：
在电路中点2处断开电源。
观察点M处的电压变化。
用（遮光）卡片来回划过槽口。
92. 描述信号电压。
_________________________________________________________________________
重新接好点2处的电源线。
信号断路：
在电路中点3处断开信号线。
观察点M处的电压变化。
用卡片来回划过槽口。
93. 描述信号电压。
_________________________________________________________________________
重新接好点3处的信号线。
信号短路：
用另一根导线将点3接地。
观察点M处的电压变化。
用卡片来回划过槽口。
94. 描述信号电压。
________________________________________________________________________
拆掉点3处的短路线。
总结实验结果，完成下表：
故障
点M处的电压
接地短路
_______________
电池（＋）断路
_______________
信号断路
_______________
信号短路
_______________
95. 卡片划过槽口时上述测量值有无变化。__________________
第三课 微处理器
介 绍
内容
· 内部电压调节器
· 输入信号处理
· 存储器
· 只读存储器（ROM）
· 保活存储器（KAM）
· 微处理器
· 系统自检
· 输出功能
· 晶体管开关
技术人员的目标：
技术人员将能够：
· 认识A/D（模拟－数字）转换器、交流－直流转换器和频率－直流电压转换器的功能
· 叙述存储器电路的功能
· 说明ROM和KAM存储器的区别
· 叙述ALU二进加/减过程
· 说明计算机取样时间对系统自检的影响
· 叙述在输出信号的产生过程中数/模转换器的作用
· 解释晶体管如何用于完成类似于开关和继电器工作
· 说明直接模拟电压输出控制的处理过程
· 解释脉宽调制的基本原理
术 语
模拟
连续变化的电压信号。
模拟－数字（A/D）转换器
一种输入模拟信号并将其转换为可用于微处理器的数字信号的电路。
模拟－并行二进制转换器
一种将传感器的模拟信号转换为8位二进制信号的装置。
二进制
仅由数字“1”和“0”构成的数字系统。
中央处理单元（CPU）
微型计算机中作出决定的部分。
CPU
中央处理单元。
数字信号
只有“开”（ON）和“关”（OFF）两个状态的信号。
数字－模拟（D/A）转换器
一种电子装置，它将微机输出的二进制信号转换为正比于输入信号大
小的模拟电压。
驱动器
在输出电路中控制大电流的晶体管装置。
被激发
有电流通过或电源接通。
正偏压
将电压施加到半导体上使电路导通的方法。
单字节存储器
一种锁定单字节数据的计算机存储单元，或普通电子存储单元。
存储器
微处理器电路中存储程序和数据的部分。
质量空气流量传感器
一种利用仪表借助热线传感部件和电子电路测量空气质量流量的传感
器。
微型计算机
一种输入信息然后对其进行处理、作出决定并输出决定的设备。微型
计算机通常很小，有时也称为微处理器或处理器。
微处理器
在微型计算机内部控制内部信息交流的集成电路块，亦称为中央处理
单元（CPU）。
微秒
百万分之一秒。
毫秒
千分之一秒。
毫伏
千分之一伏。
参数项
部件工作范围的上下限。
处理器
包括微机和其他用于提供电子系统控制部件的金属盒。
程序
用于对系统进行控制的、微机所遵从的一系列详细指令。
随机存取存储器（RAM）
一种用于暂时存储信息的存储器，即可向其存入信息，也可从其读出
信息。
读（READ）
一种微机操作，从存储器中取出信息。
只读存储器
一种用于永久存储信息的存储器。顾名思义，只能读出信息，不能向
其写入信息，。
整流
利用一个或多个二极管，将交流电转换为直流脉冲的过程。
整流器
用二极管将交流电转换为脉冲直流电的电子电路。
反向偏置
将电压施加到半导体上使电路不导通的方法。
半导体
晶体管、集成电路和其他由硅等材料制成的电子装置的统称，其导电
性取决于电路状况。
图41
系统概述
您已对输入设备有所了解，知道传感器是如何探测汽车的各种状况以及传感器如何向控制模块发出不同的信号。在本教程的这一部分，您会了解到这些信号被控制模块接收后将如何处理，以及微处理器在输入信号的处理和为车上的各种输出元件提供控制信号的过程里所起的作用。
图41框图所示为一典型的微处理器控制模块。模块中有7个不同的部分，分别起着不同的作用，它们是：
· 电压调节器
· 输入信号处理
· 输入存储器
· 中央处理单元
· 程序存储器
· 输出存储器
· 输出信号处理
上述各部分又由更小的部分所组成。为了解控制模块中的各主要部分，我们将先对各部分分别讨论，然后再将其放在一起，将控制模块当做一个整体。让我们先看一下内部电压调节器。
内部电压调节器
因为控制模块和各种传感器要求参考电压极其稳定的，所以控制模块设有自己的内部电压调节器。电子电压调节器向控制模块提供精确调整的电压。此外，调节器向控制模块提供的稳定的5V电压也作为许多输入电路的参考电压。
输入信号处理
对汽车上微处理器的作用有一种比较普遍的误解，许多技术人员觉得输入信号“流入”处理器后莫名其妙地就变成了输出信号。由于微处理器的工作速度很快，它给人们留下这样的印象也就不足为怪。但实际上，控制模块所收到的信号形式并不能直接被微处理器所接受，而首先必须将每个输入信号转换为数字（有时称为二进制数）。数字化信号不过是电压/无电压信号的组合，“1”代表有电压而“0”代表无电压。之所以这样做是因为控制模块只接收“0”和“1”的组合。
由于每种传感器产生的信号种类不同，所以这些信号所需转换方式也不同。因此，了解不同形式转换器的基本工作原理是很重要的。
图42
模拟—数字转换器
控制模块中信号处理部分最常见的转换之一是模拟－数字转换器，即ADC。这种转换器用于将变化的直流电压信号转换为可被微处理器所接受的数字信号。开关电路传感器（如空档/前进档开关传感器）和模拟信号传感器（如节气门位置传感器）就是产生“有电压/无电压”信号或变化的模拟电压信号的例子，它们所产生的信号必须转换成可用的数字形式。
图43
图43所示为一典型的模拟－数字转换器（ADC），它由一根输入线、进行实际模数转换的电子电路和将处理部分与存储器相连的8根输出线所组成。ADC的电子电路非常复杂，超出本教程的学习范围。但应了解的很重要的一点是：ADC输入端加上模拟电压后，电路将在其输出端产生数字信号。换言之，ADC电路将直流电压转换为微处理器可接受的8位二进制数字。图42、43和44显示了输入信号值与ADC输出之间的关系。
图44
ADC将模拟直流电压转换为二进制数的时间很短，使这一处理过程看起来是瞬间完成的。但即使转换过程只以微秒计算，但它也确实需要一定的时间。
图45
交流－直流转换器
电子控制系统中使用的许多传感器向控制模块提供的是交流即AC信号。交流信号不能象直流电压信号那样直接转换为数字信号。车轮速度传感器产生的就是交流信号，其信号如图45所示。
图46
在有些情况下模块需要监测交流信号的幅度，尽管这类情况不多但确实存在，比如防抱死制动系统必须监测交流信号的幅度。交流信号在变为数字信号存到存储器之前要经过至少3个不同的转换过程。前两个过程是通过叫作交流－直流转换器的装置实现的，这一装置将交流电压转换为模拟直流电压。第三个转换过程则由模拟－数字转换器完成。
图47
在所需的三个转换过程的第一个过程中，交流信号经普通的桥式全波整流器转换为脉动直流信号。图46所示为典型的整流器电路。
从传感器电路输入的交流信号在点A和B加到桥式整流电路上，在点C和D得到整流后的输出电压。在交流信号的正半波，二极管1和3导通，而2和4被反向偏置。输出信号的极性为C点正极，D点负极。
在输入信号的负半波，二极管2和4导通，1和3被反向截止。输出信号的极性仍为C点正极，D点负极。传感器产生的信号上下两部分都经过整流后，整流信号的波形如图47所示。
图48
信号在整流后还必须转化成模拟电压信号。第二步转换过程需要采用平均电路。在此电路中，脉动直流电压转换成与脉动电压做功能力等效的平均电压。
输入信号经整流且转换为等效平均电压后，便与标准的直流模拟电压一样，再经第三步模拟－数字转换（ADC）转换也是最后的转换，变成数字信号。
图49
频率—直流电压转换器
歧管绝对压力（MAP）传感器和大气压力传感器（BPS）是产生变频方波的传感器的例子。MAP传感器用于检测歧管的绝对压力，并输出变化的频率方波。变化的频率信号必须首先经频率－直流电压转换器转换为中央处理单元可接受的信号。与AC/DC转换器类似，这种转换器将变化的频率信号转换为直流模拟电压。频率－直流电压转换器所产生的直流电压值与信号的频率成正比。输入频率－直流电压转换器的频率信号越高，其输出电压也越高。频率－直流电压转换器将信号转换为相应的直流电压后，该电压继而作用到模拟－数字转换器（ADC）上。同前面的输入信号一样，ADC将产生一个代表直流电压值的二进制数。
总之，从各种传感器发出的输入信号被传递给输入信号处理器，在那里经单独的处理器电路将其转换为可存入存储器的二进制数据。
ATECH 实验台操作9
模拟——数字转化
实验目的：
本实验的目的是对实际的节气门位置信号（TPS）进行模拟—数字转化，并向技术人员介绍有关“数字”的术语。
准备：
将按键板与Atech1840板相连。
将电池正极（B＋）、接地与1840相连。
合上电源。
板上的两个数码器应为：0000
各LED指示灯应不亮（OFF）
按键显示屏应为：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT # KEY－（然后按“＃”键）
图9-1
按图9－1接好节气门位置传感器（TPS）。
1. TPS所加的参考电压是多少？__________V
观察TPS信号线。
2. 信号接到电脑板的什么位置？
在按键上输入“1＃”（实验1）以选择A/D转化。
模拟电压：
在观察按键屏上显示的同时，开关节气门。
3. 所显示的电压为：
－节气门关闭____________________
－节气门半开____________________
－节气门全开____________________
上述TPS电压值与用中断盒和数字式万用表对福特EEC系统所做电压测量的结果类似。
4. 由于TPS信号在0－5V之间变化，这种信号是什么类型？
________________________________________________________________________
A/D转化器（ADC）
在Atech1840板上找到ADC。
模拟输入信号就进入此芯片。
5. 此芯片完成的是输入信号处理还是输出信号处理？
________________________________________________________________________
此芯片的作用是接收模拟电压如TPS信号并将其转化为数字信号。
数字显示：
二进制
在Atech1840板上找到“数据线（DATA BUSS）”
6. 构成“DATA BUSS”的独立信号（位数）有多少？
（提示：只需数一下LED的数量）____________________
这些二进制数即TPS电压的二进制数字形式。
7.
记录节气门关闭状态下的二进制数型。（以1代表LED亮，以0代表LED熄灭）
______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______
8. 记录节气门全开时的二进制数型。
______ _______ _______ _______ _______ _______ _______ _______
注意：靠右边的LED可能会闪烁不定，这是因为它们代表微小的电压变化。
由“1”和“0”构成的数字也称为二进制数。
十六进制
现在，观察“数据总线（DATABUSS）”上面的两位数码发光二极管读数。
注意：右边的数字可能会在某些值间变动。
9. 记录在节气门关闭状态下所赤示的数字或字母。
_______ _______
10. 记录在节气门全开时所显示的数字或字母。
_______ _______
上述两个数字也是节气门位置传感器（TPS）电压的数字形式，但它们被称为16进制数（HEX）。
工程师们对写“0”和“1”感到厌倦时，就发明了这种同时代表4位二进制数据的16进制数。每个16进制数代表4位“1”与“0”的组合。
十六位进制是工程上对二进制的速记形式。
示例
为更好地理解模拟－数字的转化过程，调节TPS到特定的电压值，记录下以二进制和16进制显示的数字。
11. TPS电压值
8位二进制数
16进制
__________
__________
__________
__________
__________
__________
__________
__________
12.
为什么需要将TPS模拟电压信号转化为8位二进制数字信号？
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
ATECH 实验台 操作10
频率——电压转换
技术人员姓名：________________
实验目的：
本实验的目的是对实际歧管传感器（MAP）大气压力传感器（BP）信号进行频率—电压转换，然后用模拟－数字转换器（ADC）使电压信号数字化。
准备：
将按键板与Atech1840板相连。
将电池正极（B＋）和地线与1840相连。
合上电源。
按键显示屏应为：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT # KEY－（然后按“＃”键）
图10-1
按图10-1接好电路。按图示连接MAP或BP传感器。
1. MAP的参考电压是多少？____________________
观察MAP信号线
2. 信号线与处理器何处相连？
____________________________________________________________________________
在按键板上输入“2＃”以选择频率—电压转换。
频率-电压转换器：
在Atech1 840板上找到位于左下角的频率-电压转换器芯片。
MAP信号输入此芯片。
5. 此芯片是处理输入信号，还是输出信号？
此芯片的作用是将输入的频率信号转化为电压。
测量：
设置示波器：
－ 第一通道：直流档________________________________________________________
－ 触发器：第一通道
－ 时间基准：自动触发，上升沿_______________________________
如您对示波器不熟悉，可参看使用手册。
观察频率输入处的MAP信号。
6. MAP传感器产生的信号是何种类型？
_____________________________________________________________________
7. 信号的波型如何？
_____________________________________________________________________
通告按键板箱式屏查看并记录频率-电压转换器的输出电压（）
8. 测出的电压是多少？
_____________________________________________________________________
9. 从图10-1上看，此模拟电压作用到何处？
_____________________________________________________________________
频率信号通过频率-电压转换器转换为模拟电压信号，然后被送往ADC芯片转换为数字信号。
将真空泵与MAP传感器连接。
观察抽真空时示波器上的频率信号。
10. 描述波形有何变化。
____________________________________________________________________
____________________________________________________________________
11. 按键板显示屏上所示的模拟电压有何变化？
____________________________________________________________________
MP传感器加真空后，传感器内的气压下降，压力的下降使MAP频率也随之下降（每秒循环更少）。
数字表示：
二进制
在Atech 1840板上找到数据总线（DATA BUSS）
这些二进制数就是由频率-电压转换器输出的模拟电压的数字表示。
12. 记录无真空度时的数字（LED亮为1，反之为0）
________________________________________________________________
13. 记录真空度为15英寸汞柱时的数字。
________________________________________________________________
注意：靠右边的LED代表电压的微小变化，故可能会闪烁不定。
记住：1和0组成的数字形式亦称为二进制数。
十六进制数
现在，观察DATABUSS上方的两位数码读数。
14. 记下在无真空度时所显示的数字或字母。
________ ________
15. 记下在15英寸汞柱真空度下所显示的数字或字母。
________ ________
记住：这里所显示的二位数也是歧管绝对压力传感器（MAP）电压的数字表示，但其形式为十六进制（HEX）。
小结：
MAP信号转换所经步骤如下：
1. 气压转换为频率
－－MAP传感器
2. 频率转换为模拟电压
－－频率-电压转换器
3. 模拟电压转换成数字
－－模拟-数字转换器
16.
为什么MAP信号需转换为8位二进制数？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
图50
存储器
如您所看到的，所有的输入信号无一例外地进入输入信号处理器，而且它们并不控制电路中的任何装置——它们只是被送往输入处理部分转化成二进制数。每组二进制数都是输入信号的数字形式。
输入信号经处理后，以8位二进制数的形式送往存储器。为易于理解存储器的工作过程，让我们讨论一下单字节的数据（简单二进制数0或1）在离开信号处理器后的情况。
微处理器的存储器由数千个记忆单元组成，这些记忆单元都位于模块中的许多小芯片上。每个存储器单元都是由称为“寄存器”的电子电路组成。寄存器是将单字节数据“锁住”的一种普通的电子电路。要了解存储器如何工作，就必须先了解寄存器的工作原理。图51显示出了一个双线圈继电器，其工作方式与电子寄存器很相似。
图51
双线圈继电器通电后，每一个线圈将开关触点向不同的方向吸。线圈的通电由继电器外的两个开关控制。开关A闭合后线圈A通电，将触点吸向“0”位置。继电器触点在“0”位置时，输出导线上没有电压（二进制0）。打开开关A且闭合开关B时，线圈B通电，将触点吸向1位置。此时数据输出导线上电压为5V（二进制1）。线圈每次通电时，触点即移向相应位置并被锁定，直到另一个线圈通电。这样，随着开关A和B的断开与接通，继电器触点的位置做相应改变使输出导线上得到相应的电压。
图52
随机存取存储器（RAM）
内存中数据的存储和提取由中央处理单元（CPU）控制，以避免存储器中的数据在更新的同时被调用。图52所示为一简化的控制电路，它采用继电器控制寄存器中数据的出入。此电路中寄存器与两个继电器串联。寄存器和两个继电器均由中央处理单元（CPU）内部的开关控制。
CPU内部的三个开关分别称为复位开关、读开关和写开关，开关闭合时可执行相应的功能。
闭合复位开关时，处理器开始其“存储周期”。此时，线圈B通电，它使锁止的寄存开关移到“0”位置。寄存器复位时总是将锁止的开关移到“0”位置，直到它被从“0”位置推开。寄存器复位为零时，微处理器断开复位开关。
寄存器现在已准备好接收数据。当然，数据必须是以“0”（0V）或“1”（5V）的形式存于存储器中的。
接下来，微处理器将写开关闭合，使输入继电器通电，继电器开关被闭合。根据“写入数据”线上的数据，会出现以下两种情况中的一种：在我们的模型中，输入线要么是“有电压”，要么是“无电压”。如写开关上无电压，则没有什么变化。也就是说，寄存器开关保持在“0”位置—即“0”被存入存储器。当数据写入线上的电压为5V时，寄存器中的写线圈通电，将寄存器开关移到“1”位置。由于锁定作用，开关将停留在“1”位置，这样，“1”就被存入到存储器中。
在“0”或“1”按要求存入寄存器中以后，微处理器将写开关断开，使写继电器断电从而使继电器触点断开。
当需要从存储器中读出数据，微处理器将“读”开关闭合，输出继电器通电，将输出开关闭合。如存储器中存储的数据是“0”，则无电压输出。如存储的数据是“1”，则会输出5V电压。
实际的存储器寄存器中，开关的作用是由晶体管实现的，存储器单元的供电是由专用电压调节器输出的。这种存储器一般称为“随机存储器（RAM）”，因为中央处理单元（CPU）可以用随机的方式写入或读出数据。
图53
可编程只读存储器（PROM）
某些数据（如系统程序和部件测试参数项）要求存储在不能被删除或覆盖的存储单元中。这些数据放在存储器中的一个单独部分，称为可编程只读存储器（PROM）。图53所示为一简化的可编程只读存储器寄存器电路。虽然它与我们前面讨论的RAM寄存器电路十分相象，但可编程只读存储器电路中用开关代替了原电路中的寄存器输入继电器。这样，系统开发人员就可以永久地将寄存器写电路转换到5V供电线或接地。通过将写入线转换为5V，就可实现将寄存器“编程”为永久地保留数字“1”。将寄存器转换到接地就可以永久地储存数字“0”。因微处理器中的CPU不能向存储器寄存器写入，却可以从寄存器中读出，故此类存储器称为“只读存储器”。
保活存储器（KAM）
某些微处理器控制系统如发动机电控系统要求即使点火开关被关闭后，一部分存储器仍保持活力。它通过与独立的电压调节器相连，使该专用区域保持活力，该电压调节器由蓄电池经保险直接供电。里面的信息可根据中央处理单元（CPU）的要求刷新，但在点火开关关闭后信息不会被清除。储存在这一专用区域的信息通常称为“自适应参数”。
微处理器
微处理器可以具有多种功能，可提取或检索数据、可通过内置“时钟”电路控制事件的发生顺序，还可以根据数学计算结果做出决定。
使用计算器时，需要先通过计算器上的按键将数据输入进去，还要告诉计算器它所要执行的功能。你可以将微处理器想象成一种特别的计算器，它通过内部程序，不需人的帮助就可“自己按动按钮”完成计算过程。
图54
在图54所示的例子中，微处理器的内部程序告诉它“将11单元中的二进制数与单元12中的二进制数相加，并将其和存入单元30中”。单元30中的和用于控制一种输出装置。计算结果可随着输入数据的不同而改变，但程序是不会改变的。也就是说，微处理器并不是在“思考”，它只是按照被编制的程序去做。在本例中，它总是将单元11中的内容与单元12中的内容相加，并将结果（和）储存到单元30中。
与此相似，汽车上的微处理器可按照预先写入的程序计算并控制系统的工作。这一程序十分详细，在它的编制中要考虑到系统工况的各种可能组合。
ATECH 实验台 操作11
计算机加法
技术人员姓名：________________
实验目的：
本实验的目的是向技术人员介绍计算机存储器和微处理器加法的概念。
准备：
将按键板与Atech 1840板相连。
将电池正极（B＋）、接地与1840板相连。
合上电源。
按键板显示屏显示如下字样：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT # KEY－（然后按“＃”键）
存储器（地址/数据）：
在Atech1840板的中央找到存储器/中央处理单元（CPU）芯片。
该存储器芯片中含有4096个地址单元（ADDRESS LOCATIONS）。
每个地址单元可存放一条8位数据。
（也就是4096×8=32768个独立的位）
找到“数据总线（DATABUSS）”和“地址线（ADDRESS BUSS）”
1. “DATA BUSS”由多少位组成？__________
2. “ADDRESS BUSS”由多少位构成？__________
计算机加法：
存储器/CPU芯片可利用其内存中的8位数据进行多种运算。
微处理器简单功能的一个例子是“加法”
在Atech1840板上，找到“控制总线（CONTROL BUSS）”上（在“ADDRESS
BUSS”右边）标有“读（RD）”和“写（WRI）”的两个发光管。
这两个发光管在微处理器（CPU）中进行如下工作时亮起：
－正在从存储器中的一个地址读取数据（RD）
－正在向存储器中的一个地址写入数据（WR）。
在按键板上键入“3＃”以选择计算机加法操作。
3. 记录当前数据和地址
(8位二进制数) 数据（DATA）：________ 地址（ADDRESS）：__________
(2位十六进制数) 数据（DATA）：________ 地址（ADDRESS）：________
观察“控制总线（CONTROL BUSS）”的发光管并完成下述句子：
4. CPU正在______存在存储器地址______中的数据值25。 按“＃”键使处理器进入下一步。
5. 记录当前的数据和地址：
(8位二进制数) 数据（DATA）：__________ 地址（ADDRESS）：________
(2位十六进制数) 数据（DATA）：__________ 地址（ADDRESS）：________
然后，再观察CONTROL BUSS的发光管并完成下述句子：
6. CPU正在读取存储器__________中的数据值__________。
7. 为了看CPU加这些数，按“＃”。
8. 记录当前的数据和地址：
(8位二进制数) 数据（DATA）：__________ 地址（ADDRESS）：________
(2位十六进制数) 数据（DATA）：__________ 地址（ADDRESS）：_______
9. CPU正在将数据值78__________到存储器地址位置30中。
10. 完成下述等式，看CPU对数值的加法是否正确。
数据：_______________ + _______________ = _______________
地址：地址位置11地址位置12地址位置30
全速工作状态：
按“＃”键观察不断加速下的“加法”过程。
微处理器（CPU）可从存储器读取数据，对此数据进行运算（加法），并将结果写入存储器的其他位置。微处理器必须按顺序完成每步计算，但能够以很快的速度执行这些计算，使其看起来好象是在瞬间完成的。
图55
系统自检
当代的电子控制系统大多具有自检功能。
自检功能实际上是存贮在控制器模块永久存储器（ROM或PROM）中的一个程序，该程序使控制模块对系统中的各种输入输出信号进行取样。如有某个被监测信号超出正常工作范围，控制器便将相应的故障代码存入存储器，当驾驶员或某种检测设备进行检测时，控制模块就把所存的故障代码传送给检测设备或驾驶员。
当检测到系统故障时，有些模块可自动点亮警告灯或发出报警声，有些系统则需要驾驶员通过简单的查询来显示出故障代码。驾驶员的查询方式随所用系统的不同而有所不同。例如，检测发动机电控系统时，要求操作人员用一小段导线将查询线接地或操作WDS使其进入诊断模式。而其他系统如防抱死制动系统可能只须驾驶员将点火开关打到ON而不起动汽车就可完成读码工作。
尽管自检功能对寻找电控系统中的“硬”故障极有帮助，但在寻找间发性故障方面却嫌不足。要了解其原因，有必要确切了解模块是如何进行自检的。
图56
在一般的具有自检功能的系统中，控制模块中的程序使其不断地对每段被监测的信号取样，并将信号值与ROM或PROM（永久存储器）中的一组参数比较。图56所示为一简化的自检程序的示例。请注意，如果由你自己来完成这一工作，你在某一时刻只能完成其中一项。事实上，这一系统的不足之处也正是模块不能同时完成图中所有步骤。模块同你我一样，它在同一时间只能完成对一种信号的取样或比较。
当控制器必须对若干个或更多的信号进行取样或比较时，所需时间就会相应增加。这时“一次一项”的工作过程就意味着在对信号检测和再检测过程之间需要一段时间。这一时间上的迟滞就使自检功能捕捉不到系统的许多间发性故障。
图57
例如，如果控制器按照我们所举的例子那样对输入设备进行检测，控制器将首先对电路1中的输入值取样，然后将其与存储器中的数值相比较。如被监测的数值与期望值相符。控制器将转向对电路2中的信号取样。
图58
在进行了比较并决定了是否需将为信号存储故障代码之后，控制器将转向检测电路3中的数据。在检测了电路3中的数据之后，它将检测电路4并依序下去直到对7个电路都进行完检测。在此之后，它又将从电路1信号开始新的一轮检测。
图59
如果上述每一项检测仅用10微秒，那么，从控制器首次对电路1的信号开始取样到一个周期后再次对该信号取样总共耗时将达70微秒。因此，如果电路1中信号的异常或变化在第一次取样时尚不存在，且发生异常或变化的时间不超过70微秒，则不会被系统自检程序发现。
自检功能的另一缺陷是，程序编制使其只有在同一故障发生了若干次或更多的检测周期时，才会存入故障代码。这样做的目的是为了防止对只偶尔出现一次的状况设置故障码。
ATECH 实验台 操作 12
系统自检
实验目的：
本实验的目的是演示计算机进行自检时是如何监测实际的节气门位置传感器（TPS）信号。实际故障码由处理器输出。
准备工作：
将按键板与Atech1840板相连。
将电池正极（B＋）、接地线与Atech板相连。
合上电源。
按键板显示屏显示如下字样：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT # KEY－（然后按“＃”键）
图12-1
按图12-1所示连接节气门位置传感器
1. TPS的参考电压是多少？__________
观察TPS信号线。
2.
此信号与何处相接？
在按键板上输入“7＃”选择“系统自检”（SYSTEM SELF-TEST）。
正常电压范围：
开/关节气门，同时观察显示屏显示。
3. 下列状态显示的电压值是多少？
－ 节气门关闭__________
－ 节气门半开__________
－ 节气门全开__________
这些电压值在TPS信号的“正常电压范围”内。它们与你用中断盒和数字式万用表(DVOM)对福特发动机电控系统进行测量的结果相似。
故障设置:
断开TPS传感器的接地，并观察显示屏显示。
4. 你观察到什么？
______________________________________________________________________
5. 显示电压是多少？__________V
6. 该电压值是否超出正常TPS范围？__________
7. 描述Atech1840板上的“诊断灯”有何现象？
______________________________________________________________________
读取故障代码：
按下输入板上的“*”键观察“诊断灯”。
8. 输出的代码是什么？______________________________________________________________________
9. 是什么“超范围”的电压导致此故障？____________________________________________________
重新接好TPS地线，然后按“*”键。微处理器将显示代码数次后恢复正常。
现在将TPS传感器的5V参考电压断开。
10. 你观察到什么？
______________________________________________________________________
11. 显示电压是多少？___________
12. 该电压值是否超出正常TPS范围？__________
13. 描述Atech1840板上的“*”键并观察”诊断灯“。
14. 输出的代码是什么？_______________________________________________________________________
15.
是什么“超范围”的电压导致此故障？_______________________________________________________
(如未看清此代码，可再按一次“*”键。）
重新接好TPS的5V参考电压，然后按“*”键。微处理器将显示代码数次然后恢复正常。
多个代码：
将地线从TPS传感器上断开。
然后，将其重新接好。
将5V参考电压线从TPS上断开，然后将其重新接好。
按下按键板上的“*”键并观察“诊断灯”。
16. 你观察到什么？
_____________________________________________________________________
微处理器就是这样将故障代码存储到其存储器中供以后检修时提取。
ATECH 实验台 操作13
计算机取样时间
实验目的：
本实验的目的是演示计算机的取样时间，实验中取样的是实际的节气门位置传感器（TPS）信号。取样过程中发生的故障可被检测到，而在取样期间发生的故障将被忽略。
设置：
将按键板与Atech1840板相连。
将蓄电池正极（B＋）、地线与1840板相连。
合上电源。
按键板显示屏显示如下字样：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT # KEY－（然后按“＃”键）
图13-1
按图13-1所示与节气门位置传感器（TPS）相连。
在按键板上输入“8＃”以选择“计算机取样时间”(COMPUTER SAMPLING TIME)。
观察按键板显示屏。
1.
显示出的第一条信息是什么？
_______________________________________________________________________
2. 显示出的第二条信息是什么？
_______________________________________________________________________
这些信息显示微处理器何时对TPS取样（请注意）及何时忽略掉信号。
为观察方便，可持续地开/闭节气门，同时观察按键板上显示屏的显示和“数据总线（DATA BUSS）”上的2位发光管显示。
3. TPS数据何时发生变化？
______________________________________________________________________
4. TPS数据何时保持不变？
______________________________________________________________________
本实验中，微处理器只对一个传感器取样，即TPS（节气门位置传感器）。不过在汽车上，计算机要对若干传感器进行取样，但某一时间只能对一个传感器取样。
检测故障：
等待按键显示屏显示微处理器不对TPS信号取样时，迅速地断开TPS地线然后再接上。
5. 描述“诊断灯”的现象。__________________________________________________________________
现在，等到输入板显示微处理器正在对TPS信号取样时，迅速地断开TPS地线然后再接上。
6. 描述“诊断灯”的现象。__________________________________________________________________
7. 取样时微处理器是否可以检测到这一故障？__________________________________________________________________
从以上实验可以看到，如故障发生在取样期间，微处理器就可检测到，如故障发生时微处理器未对该传感器取样，故障就无法被检测到。
8. 你是否碰到过类似的漏检故障？如有，请解释一下。
__________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
____________________________________________________________________________
输出存储器
中央处理器（CPU）完成了必要的计算后，将计算结果存储到专门为输出数据保留的存储器部分。这一存储部分通常与输入存储器一样成为随机存储部分，有时为同一芯片。同输入存储器一样，它是一种暂存存储器。数据被暂时存放在它上面，直到被刷新。CPU利用输出存储器来存放数据。这些数据经输出信号处理后，变成各种控制信号。
图60
数字——模拟转化器D/AC
控制模块输出信号处理部分最常见的组件是数字－模拟转化器（DAC）。数字－模拟转化器（DAC）与模拟－数字转化器（ADC）的作用刚好相反，它不是将直流电压转化为8个高低电压的组合，而是将一个8位二进制数转化为一个模拟直流电压。数字越大，转化的模拟也越高。反之，数字越小，输出电压就越低。图60、61和62显示出了数字输入与模拟输出之间的关系。
图61
图62
图63
晶体管开关
输出信号处理中第二种常见的组件是开关式晶体管。开关式晶体管是类似于老式单线圈继电器的一种形式。图63显示出了开关式晶体管和普通线圈间的联系。图63中继电器线圈和继电器开关触点与同一地线相连。继电器线圈由一单开关的电路供电，当开关闭合时，线圈被激磁，继电器触点被吸合，从而接通执行部件的地线，使其通电。这样，继电器通过很小的控制电流就可以开关大电流。
图64
图64所示的开关晶体管的工作原理与此很象。晶体管的基极加上电压后，一小部分电流从电压源经基极进入晶体管，再由发射极出来后接地。这样很小的电流就足以正向偏置晶体管，晶体管基极加上电压后，其作用就象集电极（C）与发射极（E）之间的一个闭合的开关。当晶体管基极电压撤去后，晶体管的作用就如同断开的开关。
晶体管“继电器”与普通线圈继电器相比，其优势在于速度。因为在普通继电器的线圈中要建立起能将触点拉到闭合的磁场需一定时间，所以控制开关合上后继电器触点并不是立即闭合的。事实上，当控制普通继电器的开关闭合后，电流开始流经线圈至地线，产生的磁力将继电器触点闭合。尽管在人眼看来开关是立即作出反应的，但与晶体管“继电器”相比实际是很慢的。实际上，继电器触点闭合的时间要比晶体管“开关”闭合的时间要长100多倍。这一时间上的差别对某些要求部件快速开关的电路，如喷油器或防抱死制动阀等都是非常重要的。
图65
图66
图67
脉冲宽度调制（脉宽调制）
汽车上的许多功能都是借助于电磁阀实现电子控制的，如燃油喷射、废气再循环阀（EGR）、变速器控制和防抱死制动阀等。绝大多数电磁线圈由方波电压控制，方波电压的ON/OFF时间可以相对变化。这种形式的电压控制通常称为脉宽调制。它也经常被看作一种可变占空比方波电压。实际上，可变占空比方波电压的形式多种多样。我们在图68和69中示出了最常见的一种，即固定频率信号。
图68
图69
这种形式的方波电压只有“ON时间”相对“OFF时间”的百分比发生变化，而信号的频率则保持稳定（不变）。这种形式的电压信号用于控制废气循环阀（EGR）、ABS阀和怠速控制等场合。
在其他场合，如顺序（逐缸）喷油器等，则不但电压的占空比要变化，而且信号的频率也要发生变化。这是因为发动机转速增加时，进气冲程的频率也会变化。所以，信号的频率也必须变化。
图70所示为变频方波信号在频率变化点的情形。请注意，即使信号变窄后（频率增加），其ON时间与OFF时间的比例仍是不变。
图70
图71所示为变频方波信号在频率和占空比都发生变化时的情况。
图71
图72
为了实现变占空比控制，CPU通过存储器中的数字控制晶体管的开关取出存储器中的八位数字信号，并将其转送到数字—模拟转化器（DAC）。数字—模拟转化器产生的直流模拟电压作用到电压—占空比转换器上。电压—占空比转换器是一种信号发生器，其作用是将直流模拟电压转化为方波输出。
输出信号的ON与OFF时间取决于作用于转化器上的直流电压值。输入的直流电压越高，则输出信号的ON时间越长，OFF时间越短。反之，当电压—占空比转化器上的输入电压下降时，输出信号的ON时间缩短，OFF时间变长。转化器的输出信号用于控制开关三极管的开与关。
当电压加到晶体管的基极时，晶体管相当于开关的作用。它接通了集电极与发射极间的电路，使电流流向输出装置。这种单晶体管电路可用在负载电流不超过晶体管功率的场合。
图73
晶体管控制的继电器
对开关速度要求不高的大电流、低频率的场合、如汽油泵，使用高速、低电流晶体管给继电器线圈激磁，使继电器开关闭合，并使12V电压供给油泵。这种开关形式的缺点是线圈激磁需要一定的时间，故这种电路仅可用于对元件动作速度要求不高的场合。
ATECH 实验台 操作 14
数字-模拟转换
实验目的：
本实验的目的是进行一些数字－模拟转换，并测量和记下结果。
设置：
将按键板与Atech 1840板相连。
将电源正极（B＋）、接地线与1840相连。
合上电源。
按键显示屏显示如下字样：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT # KEY－（然后按“＃”键）
在Atech1840实验板上找到数字－模拟转换器（DAC）。
1. 该芯片是用来进行输入信号处理，还是输出信号处理？
________________________________________________________________________
该芯片的作用是读入一个8位二进制数字并将其转换为模拟电压值。
在1840实验板的右边缘处找到“ANALOG OUTPUT”（模拟输出）端，从数字—模拟转换器的模拟输出就到达此端。
按键板上输入“4＃”选定“数字－模拟转换”。
0,1,2,3,4,5,=VOLTS OUT(0,1,2,3,4,5电压输出）
SELECTVAL OR ＃ TO END—(选择VAL或按“＃”键结束）
按5（选择5V）。
用数字式万用表（DVOM）测量“ANALOG OUTPUT”（模拟输出）端的电压。
1. 测得的电压是多少？______________________________________________________________________
2. 记录“数据总线DATA BUSS”上的8位数字形式。
________ _________ _________ _________ __________ _________ __________
3. 同时记录2位（十六进制）发光管显示：
________ ________
对数值1－5重复上述测量并将结果记录于下表：
4. 选取值
二进制8位
十六进制2位
测得电压
0
__________
__________
__________
1
__________
__________
__________
2
__________
__________
__________
3
__________
__________
__________
4
__________
__________
__________
5
__________
__________
__________
这样，微处理器（数字装置）就可利用数字-模拟转换器产生模拟电压。
5. 与数字-模拟转换器功用刚好相反的芯片是哪一个？
_____________________________________________________________________
微处理器既需要模拟-数字转换器也需要数字-模拟转换器，以利用传感器输入数据控
制输出装置。
要让微处理器能用传感器输入的数据来控制输出装置，A/D转换器和D/A转换器是
必不可少的。
ATECH 实验台 操作 15
运算放大器电压增益倍数
目的：
本实验的目的是用运算放大器电压放大倍数以及数字/模拟转换器来演示电压信号是如何被放大的。
设置：
将按键板与Atech 1840板相连。
将电池正极（B＋）和地线与Atech板相连。
合上开关。
按键板显示屏显示如下字样：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT ＃ KEY－（然后按“＃”键）
在Atech1840板上找到数字/模拟转换器和放大器（OP－AMP）芯片。
1. 这些芯片是用来进行输入信号处理，还是输出信号处理？
_______________________________________________________________________
2. 数字模拟转化器（DAC）的作用是什么？
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
运算放大器的作用是放大模拟电压并产生另一个模拟电压，这一过程称为电压增益。
图15-1
按图15-1接好电路。如图将“ANALOG OUTPUT”（模拟输出）端（自数字/模拟转换器）与“OP－AMP IN”（运算放大器输入）端相连。
在按键板上输入“5＃”选择运算放大器增益倍数。
按键板显示屏显示如下字样：
0,1,2,3,4,5=VOLTS OUT（0,1,2,3,4,5=电压输出）
SELECT VAL OR ＃ TO END－（选择电压或按“＃”键结束）
按5（选择5V）。
现在，用数字式万用表（DVOM）测量“OP－AMPIN”（运算放大器输入）端子处的电压。
1. 测得的电压是多少？_______________
2. 记录“数据总线（DATA BUSS）”上的8位数字形式。
________________________________________________________________
3. 同时记录2位（十六进制）发光管显示：________________
现在，测量“OP-AMP OUT”（运算放大器输出端）的电压。
4. 测得的电压是多少？_______________
对数值1－5重复上述测量并将结果记录于下表：
5. 选取值
运放输入电压
运放输出电压
0
__________
__________
1
__________
__________
2
__________
__________
3
__________
__________
4
__________
__________
5
__________
__________
将运算放大器（OP AMP IN）输入端的电压与运算放大器（OP AMP OUT）输出端的电压进行比较。
注意：当输入电压接近上限时，电压的增益倍数会有所下降，这是正常的。
6. 输出电压是输入电压的多少倍？
________________________________________________________________________
这就是此运算放大器电路的电压增益倍数。
7. 输入电压的范围如何（从最低至最高）
________________________________________________________________________
8. 输出电压的范围如何？
________________________________________________________________________
这样，通过运算放大器就可将数字/模拟转换器输出的模拟电压进行放大。电压放大系数可根据输出装置的特定要求进行调节。
ATECH 实验台 操作 16
脉宽调制（PWM）
技术人员姓名：____________________
实验目的：
本实验的目的是观察占空比ON时间从0％至100％变化的几个脉宽调制（PWM）信号。
设置：
将按键板与Atech 1840板相连。
将电池正极（B＋）和地线与Atech相连。
合上开关。
按键板显示屏应显示如下字样：
INPUT ACTIVITY NUMBER（输入实验编号）
THEN HIT ＃ KEY－（然后按“＃”键）
在按键板上输入“6＃”以选定“脉宽调制”（Pulse Width Modulation）。
显示屏应显示如下字样：
0=0%,
1=25%,
2=50%,
3=75%,
4=100%SELECT NUM OR#－（选择数字或“＃”）。
这些百分比代表脉冲宽度信号的占空比（％表示ON时间）。
按“2”选择50％频宽比信号。
脉冲宽度调制波形测量
按如下参数设置好示波器：
－－测试端：1X
－－第一通道：直流档，2V/格
－－触发器：CH1
－－时间基准：自触发（Auto-trigger），＋上升沿，斜率2毫秒/格。
将示波器测试探头与实验板上标有“DIGITAL OUTPUT-1”（数字输出-1）的接线端相接。
1. 信号是在微处理器的输入侧还是输出侧？_______________________________________________
确认示波器地线已与Atech 1840板地线相连。
调节触发使荧光屏上显示出稳定的电压波形。
2. 在下面的方格中描出波形。（只描出示波器的上半部即可。）
3. 该信号是模拟信号还是数字（开/关）信号？
________________________________________________________________________
4. 电压的最大幅度是多少？
________________________________________________________________________
将信号在5V（HIGH TIME）的时间与信号在0V（LOW TIME）的时间进行比较。
5. 它们相比如何？
________________________________________________________________________
信号应是高电平时间50％，低电平时间也占50％（即50％占空比）
从数值0至4重复上述测量。
6. 0％频宽比的信号看起来怎样？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
7. 100％频宽比的信号看起来怎样？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
画出25％频宽比和75％频宽比信号的波形。
8. 哪一个波形在5V的时间较长一些？________________________________
脉宽调制信号在汽车上应用的一个例子是给喷油器（电磁阀）输出信号。
微处理器通过控制占空比（ON时间所占的百分比）来按需要向发动机供油。
ATECH 实验台 操作 17
继电器开关与晶体管开关
实验目的：
本实验的目的是比较继电器开关电路与晶体管开关电路，对每个电路中的控制电流和负载电流进行测量。
图17-1
继电器电路：
按图17-1，用Atech 1820板连接好电路。
1. 此电路中的继电器控制的是什么？_____________________
2. 继电器是作为接地侧开关还是电源侧开关？___________________
合上灯开关。
用数字式万用表（DVOM）测量继电器线圈（控制）电流。
3. 测得的线圈电流是多少（以mA表示）？______________
下面，测量流经灯泡（负载）的电流
4. 测得的负载电流是多少（以mA表示）？______________
5. 负载电流大约是控制电流的多少倍？______________
这样，继电器就可用小的控制电流来控制大的负载电流的通断。
晶体管开关：
找到在Atech 1820板的右下角的三个晶体管。
这三个晶体管都是通常用于接地侧开关的NPN型晶体管。
晶体管大小不一。金属壳的功率晶体管控制的电流最大。
6. 观察晶体管图示，每个晶体管有几只管脚？_____________
7. 晶体管管脚的名称各是什么？_____________
晶体管中有两条电流路径：
－－从基极到发射极的是控制电流路径。
－－从集电极到发射极的是负载电流路径。
控制电流和负载电流都要流经发射极（共地线）。
图17-2
从实验板上断开正极接线。
用Atech 1820板按图17-2接好电路。
8. 此电路中的“负载”是什么？_______________
重新给实验板接上正极导线。
合上灯泡开关。
用数字式万用表（DVOM）测量基极（控制）电流。
9. 测得的基极电流是多少（以mA表示）？_________________
下面测量集电极（负载）电流。
10. 测得的负载电流是多少（以mA表示）？_________________
11. 负载电流大约是控制电流的多少倍？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
12. 晶体管的哪两支管脚相当于作为控制电流路径的继电器线圈？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
13. 晶体管的哪两支管脚相当于为负载电流路径的继电器开关触点？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
14. 晶体管开关与继电器开关相比主要优点是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
15. 为什么晶体管比继电器可靠性更高？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
现代的汽车中同时使用继电器与晶体管作为电气开关。传统上一直以继电器控制比晶体管大的负载电流，而现在晶体管技术的发展使其可以控制更大的负载电流。由于晶体管更可靠而且可以作高速开关，所以将稳步取代汽车上剩余的继电器电路。
ATECH 实验台 操作 18
晶体管控制继电器
实验目的：
本实验的目的是建立一个晶体管控制继电器电路，同时测量控制电流和负载电流。通过改动电路，对福特汽车的自动灯（Autolamp）功能进行演示。
图18-1
在实验板上断开正极接线。
用Atech 1820板按图18-1接好电路。
注意：应确认限流电阻已串接到晶体管基极，否则晶体管会被损坏。
此电路有两极，首先用晶体管给继电器线圈通电，然后用继电器给负载（灯泡）加电。在汽车上起这种开关作用的晶体管通常位于控制模块内，这种用途的晶体管通常被称为“驱动器”（DRIVERS）。
1. 晶体管是地线侧开关，还是电源测开关？_______________
2. 继电器是地线侧开关，还是电源侧开关？_______________
重新把正极线接回实验板上。
合上灯泡开关。
3.
晶体管的“负载”是什么？_______________
4. 继电器的主要“负载”是什么？_______________
电流测量：
用数字式万用表（DVOM）测量晶体管基极（控制）电流。
5. 测得的基极电流（以mA表示）是多少？______________
下面测量继电器线圈电流。
注意：本电路中继电器的线圈电流与晶体管的集电极电流是一样的。
6. 测得的线圈电流（以mA表示）是多少？_____________
下面测量灯泡（负载）的电流。
7. 测得的负载电流（以mA表示）是多少？_______________
8. 灯泡（负载）电流比晶体管基极（控制）电流大多少倍？
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
组合在一起使用晶体管和继电器可以用更小的控制电流开关大负载电流。
例如，在汽车上，计算机可用小于10mA的控制电流控制工作电流大约在的汽油泵的工作。
自动灯（Autolamp）控制电路：
电子控制电路的另一个例子是福特某些车型的“自动灯”(Autolamp)功能，周围变暗时，这种功能会使前大灯自动打开。
将灯关闭。
图18-2
按图18-2所示将光敏电阻加装到晶体管控制继电器电路中。
光敏电阻加装在地线与晶体管基极之间。
9. 灯泡是否亮了？__________
现在，用拇指挡在光敏电阻上，然后再移开。这样重复若干次，认识电路的工作过程。
10. 描述你所观察到的现象。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
通过使用晶体管和继电器，就可构成敏感的控制电路，如本例。
第四课 输出装置
介 绍
内容
· 直流电动机
· 步进电动机
· 线圈
技术人员的目标：
技术人员将能够：
· 叙述直流电动机的工作原理
· 叙述步进电动机的工作原理及其控制方法
· 解释简单换向器的工作过程
· 叙述线圈如何用于各种不同的点火系统
· 用输入和输出装置、微处理控制器构成一个电子控制系统
术 语
执行机构
根据电信号执行相应操作的装置。
放大器
用于提高信号电压或电流的装置。
电容
部件或器件通过该部件或器件储存电荷的“容量”,趋向于阻止电压变化的特性。
电容器
一种储存电荷的电子器件，通常在电路中用作滤除不规则脉冲。
线圈
盘绕的导线或由盘绕的导线及其附件组成的装置。
芯部
导线中央的导体部分或电磁铁的铁磁材料。
电磁场
带电导体或线圈周围的具有力或方向性的场。
机电一体
指在工作中将电子和机械原理结合起来的装置。
电子化
指利用弱电信号和各种半导体器件及电路对系统或装置进行控制。
场
磁场中从北极到南极的磁力线。磁场可以是自然存在的，如永久磁铁；也可以是电流流经导线时产生的，如电磁铁。
磁力线
描述磁场中力的方向的曲线。
频率
在1秒钟内某事自身(如从传感器发出的信号)重复的次数。
磁场
磁铁磁极周围受其吸引力或排斥力的区间。
电磁开关
由小电磁铁控制的开关。继电器就是电磁开关。
调制
将信息（如语音或音乐）放大以加在振荡器产生的高频波上发送出去。
输出控制
处理器内部用于开关外部装置的电路。
输出驱动器
在处理器的输出控制部分用于开关各种执行机构的晶体管。
电势
以伏特为单位表示的电的势能。有时可与电压互换。
程序
微机在控制系统时所遵循的一套详细的指令。
半导体
由导电性随电路条件而变化的材料，例如硅，制成的晶体管、集成电路和其他器件的总称。
信号
在电子系统中传送特定信息的电压状况。
电磁线圈
绕在活动铁芯上的导线，当电流通过线圈时，在电磁力的作用下，铁芯的位置发生变化。
固态电路
不使用电子管的电子电路可被看作是固态电路。固态电路指采用晶体管、集成电路和(或)其他半导体的电路。
方波
升降极快的数字式开关信号。
方波电压信号
在极短的时间内上升到某个固定电压值，然后以同样短的时间下降的信号。其波形在示波器上看起来方形。
真空
用于描述低于大气压的压力的术语。
概述
你已了解了汽车上使用的各种输入装置，以及它们是如何向各种电子控制模块传送数据的。同时还看到模块如何利用这些数据进行数学计算并最终产生输出控制信号。在本阶段的培训中，你将了解控制汽车各种功能的输出装置。你还将了解控制模块产生的各处输出信号和控制形状是如何控制这些装置的。
执行机构中的电动机
直流电动机
直流“永磁”电动机在汽车上有着较多的应用场合。它们带动风扇、驱动电动座椅、车窗、车门锁、天线、天窗、雨刷及喷洗器、电动油泵、防抱死制动系统泵和许多其他的设备。汽车上所使用的直流电动机基本上都是转动式电机，用于将直流电能转换为机械能或运动。
电动机用电来产生转动，通常经过齿轮系来带动机械。电动机有单速、双速和变速等型式，它们还可以是单向或双向的。某些电动机设计成适用于短时高转矩的工作，而其他电动机则设计成适于长时间恒速工作。电动机设计上的差别主要在其磁场、转子的大小及转换电能的方法。
起动机是用于各种车型的标准型电动机的一个例子。该电动机的传动总成上有一个小齿轮，这个小齿轮与发动机上的齿圈外齿啮合。这个齿圈随发动机曲轴一起转动。装在飞轮或自动变速器的驱动盘上。通过这些齿轮，产生起动发动机所需的高扭矩。
小型电动机直接经开关与电源相连。使用大电流的电动机，如起动机则通过继电器控制电路与电源相连。有关继电器控制电路的内容，我们后面将做介绍。在特殊场合，电动机转速可通过电压放大器变化的电压输出控制。
图74
图74是电动机如何产生圆周运动的示意图。图中的永久磁铁装在枢轴上使其可以在电磁铁两极间自由转动。
如图75，线圈与电池和双刀双掷开关串联。双刀双掷开关用于改变线圈上电压的方向。
图75
如图76，当开关在某一方向闭合时，电流流经电磁线圈并产生极性，如图所示的磁极。电磁铁的磁极与永久磁铁的磁极相斥，永久磁铁开始顺时针转动。
图76
当永久磁铁接近磁极时，将开关断开使电磁铁消磁。由于永久磁铁在转动，它将继续转过线圈。然后，将开关在相反方向闭合，使流经线圈的电流方向随之转变。当然，电磁铁的极性也就发生了变化，此时永久磁铁被排斥，它将继续转过线圈。
图77
然后，将开关在相反方向闭合，使流经线圈的电流方向随之转变。当然，电磁铁的极性也就发生了变化，此时，永久磁铁被排斥，它将继续以顺时针转动。
换向器作用
电动机使用双刀双掷开关来改变极性是不现实的，实际用的是叫作“换向器”的装置。图78解释了简单电动机换向器的作用。注意永久磁铁与电磁铁现在已交换了位置。
图78
在此电动机的轴上装有称为电枢的电磁线圈。电枢位于永久磁铁两极之间，由于它是转动的，故亦称为“转子”。换向器装在电动机轴上，转子线圈的每端各与换向器上的一个导体扇段相连。换向器各导体扇段与电动机轴绝缘且扇段间彼此绝缘。转子转动时，换向器扇段以一定间隔与称为电刷的静止触点摩擦接触。
图79
图79中，换向器扇段1通过电刷1与电池负极接线柱相连。而扇段2则通过电刷2与电池正极接线柱相连。此状态下转子电磁铁被永久磁铁磁极推斥，转子开始以顺时针转动。在它继续转到图80所示位置的过程中，转子的磁极极性不变。此时，转子电磁铁的磁极被永久磁铁磁极吸引。
图80
图81
当转子到达图81所示位置时，换向器作用使电池接线反转。扇段1与电池正极接线柱相连，扇段2与负极接线柱相连。这样，流经转子线圈的电流方向就发生变化，使得转子电磁铁的磁极也发生反转。相同磁极再次靠近，磁性排斥力使转子继续顺时针转动。
图82
当转子转到图82所示位置时，其磁极极性没有改变。转子两极被永久磁铁两极分别相吸，使转子继续顺时针方向转动。
步进电动机
如前所述，标准型直流电动机通常可进行单速、双速或变速工作。但有些场合，这些有限的电动机控制方式还是不够。由于步进电动机可以以一定的角度增量，即一步步地转动，所以较普通的永磁电动机的控制范围更广。故常用于控制空调系统的混风门和出风口。步进电动机还用于怠速控制器，以保持节气门的位置。步进电动机的典型结构示意图83。
图83
同直流电动机的结构类似，步进电动机由装在电枢轴上的永久磁铁及环绕它的装在电动机壳体上的铁磁线圈组成。这两种电动机的区别在于，步进电动机的铁芯绕组是180度对置的电磁铁。总的来说，步进电动机中铁芯绕组的数目越多，我们对其运动的控制就越精确。在图83所示的例子中，有三对对置的电磁铁，分别标为“AB”、“CD”、和“EF”。这些对置的磁铁是成对地激磁的，也就是说，线圈A与B是成对激励（激磁）的，C与D是成对激磁的，如此等等。
在某一时间只有一对电磁铁被激磁。当它们被激磁时，电磁铁产生相对向南北磁场，即A为N极时，B为S极，反之亦然。
在控制方面，把步进电动机中的每个线圈都作为单独的部件。所有从绕组出来的接线都与控制模块相连。控制模块通过双态输出信号推动开关晶体管，由开关晶体管分别转换到每组电磁铁。图84示出了使用双组开关控制步进电动机的电路原理，开关可分别改变各组电磁铁线圈的极性。
图84
我们通过输出轴180度的转动过程，说明步进电动机如何受控进行顺时针转动。我们假设电动机轴处于静止状态，与被激磁的电磁铁组AB对正，如图85。控制模块通过类似节气门位置传感器的轴位传感器来监测轴位。
图85
当微处理器内部程序确定电动机轴需顺时针转到“CD”位置时，首先由动力控制模块（PCM）解除电磁铁“A”和“B”的激磁，然后，以一般偏磁方式对线圈“C”“D”激磁。在“C”和“D”中产生与电动机轴南北相反的磁场，由于不同磁极相互吸引，磁力使电动机轴顺时针方向转动。
电动机轴转动60度与后“CD”对齐并停住。如微处理器确定要将电动机轴转到下一轴位时，PCM将解除对线圈“CD”的激磁并对线圈“E”和“F”激磁。电动机轴将被电磁铁组“EF”所吸引，并停在与其相对的位置。如果PCM使电动机轴再转动60度，则电动机轴总共已转动180度，并重新回到“AB”位置。
图86
但是，电动机转过180度后，其南北极位置与初始位置相反。如电磁铁仍保持其原来的极性，由于同极相斥，电动机不能继续向同一方向转动。
当电动机轴自其初始位置转动180度时，控制模块会自动反转线圈的极性。这样就使原来磁场的南极变为北极，使北极变为南极，从而使电动机轴可沿同一方向继续转动。控制模块还可通过改变线圈的极性使电动机的转动方向发生改变。但当电动机自始位置尚未转过180度时，不必去改变极性，只需颠倒其顺序即可。
ATECH 实验台 操作19
直流电动机的工作过程
实验目的：
本实验的目的是演示直流电动机的工作过程。通过改变电压来实现双速工作。
图19-1
正常工作状态：
按图19-1接好电路。
将开关左侧接到12V电压上（点1）。
将示波器测试端接到点3和4。
打开电动机开关。
1.
完成下述内容：
直流电动机将电能转换为_________能。
观察12V电压下的电动机频率。
将电动机关闭。
现在，闭合控制继电器的开关，使电动机接向5V调压器（点2）。
打开电动机。
2.
观察5V电压下电动机的频率，描述出观察结果。
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3.
上述结果告诉您直流电动机的速度决定于什么？
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标准的直流电动机，通过改变其供电电压可提供单速，双速或变速工作状态。
ATECH 实验台 操作 20
步进电动机的工作过程
实验目的：
本实验的目的是演示步进电动机的工作过程。技术人员可控制电动机顺时针和逆时针步进。
图20-1
正常工作状态：
在Atech 1830板上找到步进电动机（它就在直流电动机之上）。
按图20-1接好电路。
1.
步进电动机的供电电压是多少？________________
注意：与步进电动机串联的电阻用于限制电流。
按图10－1所示以A、B、C、D的顺序向步进电动机的线圈加脉冲。
以上述顺序重复实验几次。
2.
描述步进电动机的运动。
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3.
电动机是逆时针转动还是顺时针转动？
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现在按相反顺序D、C、B、A重复上述试验。
4.
步进电动机的运动有何不同？
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可根据运动精度要求，设计出不同步进角度的步进电动机。Atech1830板上的步进电动机步进角度为15度，故转子转360度需24步。
5.
说明标准直流电动机与步进电动机的不同之处。
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线圈
在汽车上，电磁变压器线圈几乎专门用于点火系统的电气输出装置（即点火线圈）。变压器在多种电路中用于改变电压和电流大小。如将它用于降低电压，称为降压电压器；如用于升高电压则称为升压变压器。
汽车点火系统中的点火线圈就是向火花塞提供高电压的升压变压器。
图87
初级电路
简单变压器的工作原理见图87。图中变压器的一个线圈（即绕组）与电源，通常是12V直流蓄电池相连。这个线圈称为初级线圈。注意在初级线圈和次级线圈间并没有直接的电气连接。图中开关闭合时，电流只通过初级线圈。
直流电流通过初级线圈时产生不变的磁场。当开关断开时，初级线圈中的磁场衰退，在次级线圈中感应出电压。感应出的电压大小取决于初级输入电压和初级与次级线圈的匝数比。如两线圈都为100匝，则该比值为1:1，也就是说，如初级输入电压为12V，则次级的输出电压也为12V。
如初级线圈为100匝，而次级线圈为1000匝，次级线圈与初级线圈的匝数比为10:1。此时，感应电压将10倍于输入电压。如初级输入电压为12V，则次级输出电压将达120V。
点火线圈在点火系统中可用于产生高达4万伏的高压，而其输入电压仍仅为12V。
断电器触点点火
磁感应器过程中一个最重要的因素是电气开关转换。在较早的汽车系统中，开关转换是通过“断电器触点”系统完成的，这种系统目前正逐渐减少。断电器触点是机械式触点，通过它的交替开闭向初级线圈通入电流。典型的断电器触点系统如图示88。
图88
曲轴开始转动时，凸轮轴驱动分电器上的断电触点开始启闭，点火线圈初级绕组中的电流随之通断。在断电器触点闭合期间，直流电流流经初级感应线圈，在线圈中产生恒定的磁场，通过磁场将初级与次级线圈联系起来。
尽管在线圈中建立磁场并达到其最大场强所需时间很短，只能以毫秒计算，但毕竟占有一定的时间。在此段时间以后，流经电路的电流就是损耗电流，只能在线圈中生热。因此，必须精确地控制磁场的饱和过程，使电路中开关的闭合时间正好等于使磁场达到合适饱和所需的时间。断电器触点的闭合期间“闭合时间”（dwell）
典型的初级电流示于图95。如图所示，在断电器触点闭合后，初级电流随时间增加而增强。触点断开的瞬间，初级电流迅速下降。也就是在初级电流急速下降的过程中，在次级线圈产生出高压脉冲。
图89
当需要产生火花塞点火脉冲时，断电器触点打开，断开初级电路，使初级线圈的磁场迅速衰减。从而在次级线圈中感应出2万伏或更高的电压。高压脉冲随后流经分电器转子，分电器盖上的旁插孔和火花塞线（即缸线）进入相应的火花塞。随着转子的转动，各火花塞按适当顺序点火。
次级线圈产生的这样高的电压会在断点器触点产生生强烈的电弧。由于绝大多数点火系统电流的最大负荷为2A，如负荷电流超过2A，触点通常会烧蚀。为防止产生电弧和烧蚀触点，在断电器触点两端跨接了一个电容器。电容器可吸收在触点断开的短暂时刻继续流动的初级电流。此电容器发生故障时会造成点火不良和触点烧蚀，甚至不点火。
无触点点火系统
绝大多数的现代电子点火系统在分电器中并没有断电器触点。如图90，分电器轴上的磁场感应总成包括永磁体，带内齿的极片和感应线圈。
图90
高能点火(Duraspark)
分电器转子转动时，正时器磁芯齿转过极片，使动态磁场通过感应线圈，在线圈中产生电压脉冲。电压脉冲随之作用于发动机控制模块中的放大器上。放大器输出与点火线圈初级线圈相连。电路中采用晶体管开关初级电路。初级电路断开时，由于晶体管的开关作用，在次级线圈中产生高压。高压经分电器作用于火花塞上。
晶体管开关的主要优点是无运动机件，且没有产生跳火的“间隙”，晶体管通常也不需维护或调整。另外，晶体管组和大功率可控硅整流管较断电器触点可承载更大的电流。这一点对提高次级电压是重要的。
采取下面两种方式中的一种，可提高次级电压：将12V输入电压提高一倍或将初级电路中电流提高一倍。比较之下，将电流加倍的方法更容易实现且成本较低。如采用较大功率的晶体管，可将通常2A的电流容量实际提高到4A。这样，增大的电流就可在火花塞中产生更强的火花。
图91
由于点火电压更高，无触点点火系统可采用点火间隙更大的火花塞。火花塞间隙越大，点火电压越高，所产生火花的时间就越长、温度越高，从而使燃烧过程更干净，效率更高，发动机的工作更有力、更持续。
早期的无触点点火系统采用机械离心式和真空提前机构，而接下来的无触点点火系统则采用电子控制点火提前。以前，无触点点火系统在开关电路中只采用一个晶体管控制，也就是说，“闭合时间”(Dwell）即初级电路控制开关闭合的全部时间。而现在的系统还对闭合时间进行控制。
无分电器点火系
图92所示为简化的无分电盘点火系统电路。无触点点火系统与无分电器点火系统的区别在于分火方式。无触点点火系统仍采用转子与分电器盖分火，而无分电器点火系则没有任何机械装置分火。
图92
在电子点火系统中每个火花塞可采用单独的线圈分火，这样可精确地控制点火角度，在开关电路和线圈绕组中的发热也较少。但是，这种方法需分别开关每个线圈。在本课程的第一天我们已讲过，现代计算机控制无分点盘点火系统采用感应传感器监测凸轮轴和曲轴的位置。这些信号经转换后送入微处理器处理后，控制正时和点火。
初级线圈电路的开闭通过接地侧晶体开关电路控制。同以前的电子系统一样，每个线圈的“闭合时间”也是电子控制的。
废火（Waste-Spark）系统
尽管可对每个火花塞分别配备独立的线圈，但这种方法并不很实用，且性能价格比不好。另一种较实用和经济的无分电器点火系统是废火(Waste-Spark)系统。
这种点火系统的最大优点是每两个火花塞只用一个点火线圈。从图93中可以看出，次级线圈每端都与火花塞相连。同以前的电子系统一样，初级电路由晶体管进行开关。“废火”系统除了线圈数是其他无分电器系统的一半外，电火花控制基本与其他无分电路系统一样。
图93
线圈中产生的电压经次级线圈和火花塞组成的串联电路加到两个火花塞上。由于空气-燃料混和气已经过燃烧，且不是在被压缩，所以处于排气冲程气缸中的火花塞的击穿电阻很小。这种低密度、低电阻的环境中产生的电火花比较弱，由于缸中废气已燃烧过，所以这一电火花对燃烧实际不起作用。鉴于排气行程中火花塞实际上未起任何作用，该火花塞的点火可认为是“废”火。
由于构成串联电路的两个火花塞都旋在同一金属缸体上，所以点火电压也作用在压缩冲程气缸的火花塞上。压缩行程气缸中空气－燃料混和气的高密度和高压产生高的电阻，使得此缸火花塞产生的火花很强。火花从火花塞的间隙跳过，电流从中间电极流回次级线圈。
为有助于思考，可将火花塞看做电阻器，将线圈看做是瞬间电压源。利用欧姆定律可计算出加在两个火花塞间隙上的实际电压，且由于串联电路中电流相同，两火花塞上的电压比与点燃每个火花塞的能耗直接相关。哪个火花塞的电阻最大，其上的电压降也最大。
图94
其他的输出装置还有继电器、电磁线圈（电磁阀）等内容参见二级课的电气系统教材。
ATECH 实验台 操作21
电子气候控制
实验目的：
本实验的目标是演示气候控制系统。要求技术人员加热温度传感器并观察步进电机的运动（混风门）。
准备：
本实验需要ATECH 1830和1840两块实验板。
将1840板装到1801工作台上，并将1830板放在工作台前边。
按图21－1接好线路，并小心地按图示接好热敏电阻线路（输入）和步进电机线路（输出）。
将两块ATECH板的电池（B＋）正极和接地都连接好，确认两块板间的公共接地已连好。
打开电源。
1.
热敏电阻上的参考电压是多少？__________________
2.
步进电机的供电电压是多少？__________________
将按键板接到ATECH1840板上
按键板显示屏应显示如下信息：
INPUT ATIVITY NUMBER（输入实验序号）
THEN HIT ＃ KEY－（然后按“＃”键）
在按键板上输入“10＃”，选定“气候控制”（CLIMATE CONTROL）实验。这一线路代表气候控制系统，其中步进电机控制着混风门，使适量的冷空气与热空气混合以保持选定的温度。
如环境温度过高，线路就调节混风门（步进电机）混和进更多的冷空气。
如环境温度过低，线路就调节混风门（步进电机）混和进更多的热空气。
用手指给热敏电阻加热，观察步进电机的反应。
（您可使用吹风机，但注意不要使线路板过热！）
3.
温度升高时“混风门”向哪个方向转，顺时针还是逆时针？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
让热敏电阻冷却下来。
4.
温度下降时，“混风门”向哪个方向转？
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
输入信号的处理：
5.
从热敏电阻出来的信号从哪里接入ATECH 1840板？
_______________________________________________________________________
6.
从热敏电阻输出的是哪种电压信号？
_______________________________________________________________________
7.
ATECH 1840板上的哪块芯片将热敏电阻电压信号转化为8位二进制数字？
_______________________________________________________________________
给热敏电阻加热时，观察板上的“数据线（DATA BUSS）”。
8.
数字示值是否变化？___________________
9.
为什么需将热敏电阻信号转化为数字信号？
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
中央处理单元（CPU）/存储器：
给热敏电阻加热的同时，观察板上“地址线（ADDRESS BUSS）下的四位发光管。
10.
数字是否变化？_________________
这些数字的每一位代表步进电机的一个线圈。
这样，我们就可以看到确定混风门（步进电机）如何转动的每个线圈在中央处理单元（CPU）的地址。
输出信号处理：
在ATECH 1840板上找到“驱动（DRIVE）”芯片。
从CPU中输出的地址线并不直接与步进电机的线圈相连，因为它不能向线圈提供足够大的控制电流。
因此，需要驱动（DRIVE）芯片向负载输出所需电流。
11.
“DRIVE”芯片进行的是什么处理？
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闭环工作过程：
气候控制系统是闭环控制系统的一个例子。
“闭环”是指系统通过输入传感器取样，并将输入信号与一个特定值相比较，然后调节输出，直到输入信号的进入规定的范围。
12.
气候控制系统的输入和输出是什么？
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
13.
什么闭环控制系统使用氧传感器控制（EGO）？
________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________
ATECH 实验台 操作22
喷油脉冲宽度控制
实验目的：
演示喷油器脉冲宽度控制。要求技术人员改变节气门位置传感器（TPS）信号同时观察喷油器（电磁线圈）频宽比（工作时间）——控制电压的变化。
设置：
本实验同时需要ATECH 1830和1840两块实验板。
将1840板装到1801工作台上，并将1830板放在工作台前边。
按图22-1接好电路，并小心地按图示将节气门位置传感器电路（输入）与喷油器电磁线圈电路（输出）接好。
确认晶体管左边的三个接线端已按如下方式接好：
－－上接线端（集电极）与电磁线圈相连。
－－中接线端（基极）与板上的“ANALOG OUTPUT”（模拟输出）相连。
－－下接线端（发射极）与“GND”（接地）相连。
打开电源。
1.
节气门位置传感器外加的参考电压是多少？__________________
2.
电磁线圈的外加电压是多少？__________________
将按键板接到ATECH 1840板上
将电池正极（B＋）和地线接到Atech 1840板上。
按键板显示屏应显示如下信息：
INPUT ATIVITY NUMBER（输入实验序号）
THENHIT＃KEY－（然后按“＃”键）
在按键板上输入“11＃”，选定“喷油器脉冲宽度控制”（INJECTOR PULSE WIDTH CONTROL）。
本电路展示的是“喷油器脉冲宽度调制（PWM）控制”系统，其中喷油器电磁阀的工作时间决定了向发动机的供油量。节气门打开时，送入的燃油较多；节气门关闭时，送入的燃油较少。
打开然后关闭节气门，观察电磁线圈。
3.
当节气门位置传感器（TPS）在节气门关闭时，电磁线圈在左边（关闭）的时间长，还是右边（打开）的时间长？
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4.
当TPS在节气门全开时，电磁线圈在左边（关闭）的时间长，还是右边(打开)的时间长？
_______________________________________________________________________
输入信号处理：
5.
从节气门位置传感器（TPS）传来的信号从哪里接入Atech 1840板？
________________________________________________________________________
6.
从TPS传来的是何种电压信号？
________________________________________________________________________
注意：本例中TPS信号的数字值并不显示在“数据总线（DATA BUSS）”上，但仍通过数字-模拟转化器传到中央处理单元。
中央处理单元（CPU）/存贮器
观察板上的“数据总线（DATA BUSS）”。
7.
数字值是否变化？
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关闭节气门并观察“数据线（DATA BUSS）”的发光管。
8.
节气门关闭时，8个LED亮的时间长还是灭的时间长？
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9.
2位十六进制显示中哪个数值出现较多？
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将TPS置于节气门全开位置并观察“数据总线（DATA BUSS）”的发光管。
10. 节气门关闭时，8个LED亮的多还是灭的多？
________________________________________________________________________
11.
2位十六进制显示中哪个数值出现较多？
_______________________________________________________________________
_______________________________________________________________________
将TPS置于节气门全开位置并观察“数据总线（DATA BUSS）”的发光管。
中央处理单元（CPU）就这样控制着喷油器电磁线圈的工作时间（频宽比或脉冲宽
度）。
输出信号处理：
在ATECH 1840板上找到数字-模拟转化器。
在ATECH 1840板的右下角找到驱动晶体管。
从CPU中出来的数据线并不直接与电磁线圈相连，本例中，它们首先到达数字-模拟转化器，将数字值（00000000或11111111）转化为输出的模拟电压。
然后，由模拟电压控制驱动晶体管的开或关。
由于数字-模拟转化器芯片不能承受电磁线圈的电流负荷，所以需要驱动晶体管。
12.
数字-模拟转化器的芯片和驱动晶体管所做的是什么处理？
______________________________________________________________________
在汽车上的绝大多数控制电路中,由于中央处理单元不能控制输出设备所需的大电，
故需要使用输出驱动器（OUTPUT DRIVERS）。
图21-1
继续
将 结 果 放 在 单 元 30 中
在 CPU 中 将 两 个 数 字 相 加
将 存 储 单 元 12 中 的 数 字 送 入 CPU
将 存 储 单 元 11 中 的 数 字 送 入 CPU
计算基本点火提前角
图22-1
2
长安福特培训资料 高级电子
2
