汽车电脑的结构原理与检修

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第１期２００８年１月

汽车电脑的结构原理与检修

洪志杰

（广东交通职业技术学院，广东广州

５１０６５０）

摘要：汽车电脑是汽车控制系统的核心，它的技术性能和工作状况直接影响汽车运行的经

济性、动力性、可靠性和排放性。对有故障的电脑进行检修，不仅能恢复它的工作性能，还能降低维修费用。文中分析了汽车电脑的结构与原理，说明了其检修方法。

关键词：汽车；电脑；控制系统；检修

中图分类号：Ｕ４７２．４

文献标识码：Ｂ

文章编号：１６７ｌ一２６６８（２００８）０ｌ—ｏｏｌ６一０３

汽车用各种电子控制系统在使用功能上有所不同，但它们都是由传感器、电子控制单元（ＥＣＵ）和执行器３部分组成（见图１）。ＥＣＵ也称汽车电脑，是控制系统的核心部件。随着交通法规对汽车各方面性能要求的不断提高，汽车电脑已得到广泛应用，例如车身电脑、发动机电脑、变速器电脑及制动系统控制电脑等。虽然不同车型配置的电脑数量和类型不尽相同，但总的发展趋势是用一台主电脑控制主要和综合性能强的系统，用一些功能较少的电脑控制性能单一的装置。

传感器

ＥＣＵ

（ＣＰＵ）只能识别数字信号，所以必须把模拟信号转换为数字信号。Ａ／Ｄ转换器（模数转换器）以固定的时间间隔不断对传感器的模拟输入信号进行扫描，并对模拟信号赋予固定的数值，然后将这个固定值转换成二进制码。１．３微型计算机

微型计算机是电控系统的神经中枢，由ＣＰＵ、存储器、输入／输出接口（Ｉ／Ｏ）和总线组成。ＣＰＵ是计算机的核心。存储器的主要功能是存储信息资料，它分２种：能读出、不能写入的存储器，即程序存储器（ＲＯＭ），用来存放各种永久性的程序和永久性、半永久性的数据；能读出、写人的存储器，即数据存储器（ＲＡＭ），用来存放微型计算机工作中输入、

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图１

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输出的数据，起临时存放信息的作用。Ｉ／Ｏ端口是一种集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等功能

为一体的电路。总线是一束传递信息的内部连线，

ＣＰＵ、存储器和Ｉ／Ｏ之间的信息通过总线传递，按

传递信息的类别，分为数据总线、地址总线与控制

总线。

由于ＣＰＵ、存储器和输入／输出接口集成在一个芯片上，所以也称单片微型计算机，简称单片机。

电子控制系统的组成

１汽车电脑的结构与原理

如图１所示，汽车电脑由输入回路、Ａ／Ｄ转换器、单片微型计算机和输出回路４部分组成。

１．１

汽车上广泛采用８位单片机，但功能更强大的１６位和３２位单片机在汽车上的使用最迅速增长。下面

以具有代表性的英特尔公司生产的ＭＣＳ一５ｌ系列单片机为例，介绍８位单片机的信号引脚。

ＭＣＳ一５ｌ系列单片机采用４０引脚的双列直插

封装（ＤＩＰ）方式（如图２所示），其中，２条是专用于主电源的引脚，２条外接晶振引脚，４条控制引脚和３条Ｉ／Ｏ引脚。其功能：

１）主电源引脚Ｖｓｓ和Ｖｃｃ。Ｖｓｓ接地，Ｖｓｓ正常操作时接＋５Ｖ电源。

输入回路

输入电路接收传感器和其他装置的输出信号，

并对信号进行过滤和放大。输入信号放大的目的是使信号增强到汽车电脑可以识别的程度。

１．２

Ａ／Ｄ转换器

很多传感器产生的是模拟信号，而中央处理器

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图２８０５１单片机的信号引脚

２）外接晶振引脚ＸＴＡＬｌ和ＸＴＡＬ２。外接晶体振荡器（振荡器的值通常是６ＭＨｚ，有些是１２ＭＨｚ）时。ＸＴＡＬｌ和ＸＴＡＬ２分别接在外接晶体两端；采用外部时钟方式时，ｘＴＡＬｌ接地，ＸＴＡＬ２接外来振荡信号。

３）控制引脚ＲＳＴ／ＶＰＤ、ＡＬＥ／ＰＲＯＧ、ＰＳＥＮ、ＥＡ／Ｖｐｐ。当振荡器正常运行时，在ＲｓＴ／ＶＰＤ引脚上出现２个及２个以上周期的高电平，使中央处理器复位；Ｖｃｃ掉电期间，此引脚可接备用电源，以保持ＲＡＭ的数据。ＡＬＥ／ＰＲＯＧ：访问外部存储器时，由中央处理器的Ｐ２口送出地址的高８位，Ｐｏ口送出地址的低８位，数据通过ＰＯ口传送。ＰＯ口某时选出的信息到底是低８位还是传送的数据，需要有一信号同步进行分析。当ＡＬＥ信号（允许地址锁存）为高电平（有效）时，Ｐｏ口送出低８位地址，通过ＡＬＥ／ＰＲＯＧ信号锁存低８位地址。即使不访问外部储存器，ＡＬＥ／ＰＲＯＧ端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的１／６，因此，可用作对外输出的时钟。

ＰＳＥＮ是程序存储器的读选通信号，低电平有效。ＭＣＳ一５１可以外接程序存储器及数据存储器，它们的地址可以重合。ＭＣＳ一５ｌ通过相应的控制信号来区别Ｐ２口和Ｐｏ口送出的是程序存储器还是数据存储器地址。从外部程序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期的２次ＰＳＥＮ有效，此时出现。

当ＥＡ／Ｖｐｐ保持高电平时，访问内部程序存储

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方数据器（４ｋＢ），但当ＰＣ（程序计算器）值超过ＯＦＦＦＨ时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序；当ＥＡ／Ｖｐｐ保持低电平时，则只访问外部程序存储器（从００００Ｈ地址开始），而不管中央处理器内部是否有程序存储器。

４）Ｉ／Ｏ引脚。ＭＣＳ一５１的４个Ｉ／Ｏ端口都是８位双向口，这些端口在结构和特性上是基本相同的，但又各具特点。Ｉ／Ｏ端口的作用在单片机中是一个集数据输入缓冲、数据输出驱动及锁存等多项功能为一体的电路。ＰＯ端口（Ｐｏ．０～Ｐｏ．７）是三态双向端口，称为数据总线端口；Ｐ１端口（Ｐ１．Ｏ～Ｐ１．７）、Ｐ２端口（Ｐ２．０～Ｐ２．７）和Ｐ３端口（Ｐ３．０～Ｐ３．７）的输出缓冲器可驱动４个ＴＴＬ电路。１．４输出回路

输出回路将单片机发出的数字信号转换成可以驱动执行器工作的控制信号。１．５工作原理

汽车电脑按照预定程序对输入信号进行处理、运算、分析和判断后，输出信号给执行器，从而控制执行器的工作。

２汽车电脑的检修

２．１检查注意事项

１）在检修电脑前，必须通过故障诊断仪确定电脑损坏情况，才能对电脑进行检修。例如，传感器信号都能正常输入电脑，电脑却不能正确输出控制信号来驱动执行器，这说明电脑有故障。

２）不得损坏导线及导线连接器，以免接地短路或碰触较高的电压（电脑的工作电压为５Ｖ）。另外，蓄电池电压不低于１１

Ｖ。

３）慎重使用电子检测设备和仪器，如欧姆表，因为它由等于或大于６Ｖ的电源供电，过高电压会使电脑芯片内部电路短路或断路。检查发动机电脑时，要使用高阻抗数字式万用表。

４）没有适当的工具和相关知识，禁止拆卸、检查电脑，因为任何错误都容易造成电脑损坏。

５）所有火花塞离传感器或执行装置的控制线至少２５ｍｍ以上。与电脑相连的电路如果受到电磁场的干扰，电脑将难以判断输入信号和正确执行控制程序，将造成整个系统混乱。电路中尽管安装

了屏蔽线、滤波器等消除电磁干扰的装置，但是当火

花塞离传感器、执行装置和电脑及导线太近时，仍会造成严重干扰。

地址总线上送出地址为程序存储器地址；如果访问外部数据存储器，则这２次有效的ＰＳＥＮ信号将不

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６）要防止人体静电对电脑的损害。通常人体

静电电压超过３

０００

Ｖ时才会有感觉，因此，在没有

任何征兆的情况下，集成电路板可能被人体静电击穿。静电造成的损坏一般有２种：一是使设备完全损坏而不能工作；二是造成集成电路板的品质下降，表现为工作、运行混乱，断断续续出现故障。防止人体静电造成损坏的方法是用静电防护腕带缠在手臂上，另一端接在车体上。

７）用新电脑替换车上电脑，如果发动机工作恢复正常，则说明替换下的电脑有故障。但在采用替换法对电脑进行验证之前，应确认原控制系统中其他组件工作正常，否则原有的故障可能会对替换上的电脑造成同样的破坏。

２

２基本检修

基本检修也称电脑外部检修，指对电脑电源电

路的检修。

１）检查所有地线，看是否有腐蚀，确保它们紧固、清洁和安全连接。

２）电脑电源电路的检修方法：①将点火开关转至０Ｎ，检测电脑连接器电源正极与配线连接器电源负极之间的电压，其值应为９～１４Ｖ。若正常，则检测电脑；若不正常，则进行下一步检查。②用手轻微摇动插座上的插头，查看是否有松动。拔下松动的插头，检查接触片和插针是否有脏污、锈蚀和氧化及插针是否弯曲。如果发现脏污、锈蚀和氧化现象，用铜刷或电气接触清洁剂将其除去。安装时涂抹专用导电油脂，以防锈蚀和氧化，保证所有的触片、插针接触良好。用数字式万用表检测电脑连接器电源负极与配线连接器电源负极及车身之间的电阻，其值不大于ｌＱ。若正常，则进行下一步检查；若不正常，则更换导线和连接器。③用欧姆表检测继电器每个端子之间的导通性（见图３）。１和２端子之间应导通，３和５端子之间应不导通。如果电阻

图３继电器的检测

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方数据不符合规范，则更换继电器。当蓄电池电压施加在端子ｌ和２时，３和５端子之间应导通；如果不导通，应更换继电器。④检查保险丝是否有烧毁和接触不良等。

２．３

内部检修

打开电脑盒，检查电路板和电子元件，若发现电

脑主板有烧蚀、腐蚀、短路和断路，电子元件引脚焊点脱落、松动或电子元件烧损、变形、变色等，在无法确定电子元件好坏的情况下，可用数字式万用表进行检测。根据检测结果，更换电脑或电子元件。

比较常见的故障是功率三极管损坏。出现这种故障的原因是车辆经过烤漆后，未经充分冷却就起动车辆，导致功率三极管在高温状态下烧损。还有一种情况是大功率稳压二极管及其他电子元件烧损，其原因是充电机电压调整过高、极性接反、充电的同时打开点火开关、启动电机或发动机运转过程中电池接头松脱而造成发电机直接给电脑主板供电等。在更换电子元件时，焊接要快，一般不超过３

ｓ，

以防过热造成新元件损坏。另外，要清除多余的焊

锡，以防短路。

结语

汽车电脑一种可靠性高的电子装置，出现故障的原因往往是由于操作不当，造成个别电子元件损坏。由于它的价格昂贵，为降低修理费用、节约资源，有必要对电脑进行检修。参考文献：

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３

［５］黄威，何彦平，袁翔，等．现代汽车电子控制单元故

［６］张新，刘佳琦，吴伟国．液压防抱死制动系统计算机

收稿日期：２００７—１０～０８