【正文】 列單片機中，系統(tǒng)各個模塊完全是獨立運行的，定時器（Timer）． 輸入／輸出口（I/Oport）．A/D轉換、 看門狗（Watchdog）等都可以在主CPU休眠的狀態(tài)下獨立運行。當需要主CPU工作時任何一個模塊都可以通過中斷喚醒CPU從而使系統(tǒng)以最低功耗運行。這一點是MSP430F49系列單片機最突出的優(yōu)點也是與其他單片機的最大的區(qū)別。 此外由于MSP430F149系列單片機具有LCD驅動、A/D轉換、模擬比較器、多路中斷和定時器、串行通信口，因而其用途極其廣泛。 MSP430系列單片機是在DSP的基礎上發(fā)展起來的，因而繼承了DSP的一些優(yōu)點，比如說用戶可以選擇具有硬件乘法器的MSP430系列單片機，這一點使得它不但功耗低而且速度快，更加適合于高速的數(shù)據(jù)處理。 防抱死制動系統(tǒng)輪速傳感器 車輪速度傳感器將車輪速度信號傳給ABS電子控制單元，ECU通過計算決定電磁閥是否應該動作。因此,車輪速度傳感器的性能好壞直接影響著 ABS制動系統(tǒng)能否正常工作。 　　 輪速傳感器的結構 圖35 車輪傳感器安裝位置由于電磁式傳感器工作穩(wěn)定可靠，幾乎不受溫度、 灰塵等環(huán)境因素影響，所以目前 ABS系統(tǒng)中的輪速傳感器廣泛采用變磁阻式的被動電磁式的結構。車輪速度傳感器是一種通過磁通量變化而感應電壓的裝置，在每個車輪上安裝一個，共4個，一般由磁感應傳感頭與齒圈組成。（其安裝位置如圖 35）。傳感頭是一個靜止部件，通常由永久磁鐵、電磁線圈和磁極等構成，安裝在每個車輪的托架上。齒圈是一個運動部件，一般安裝在輪毅或輪軸上與車輪一起旋轉。傳感頭磁極與齒圈的端面有一空氣隙，一般在 1mm 左 右，通?？梢苿觽鞲蓄^的位置來調整間隙。在實際安裝中，可以用一個厚度與空氣隙大小一樣紙盤貼在傳感頭磁極面上，紙盤的另一面緊挨齒圈凸出端面，然后固定傳感頭即可。 輪速傳感器工作原理 輪速傳感器的工作原理與交流發(fā)電機的工作原理相同。傳感頭與齒圈緊挨著固定，當齒圈隨車輪旋轉時，在永久磁鐵的電磁感應線圈中就產(chǎn)生一交流信號（這是因為齒圈上齒峰與圖36車輪傳感器安裝位置齒谷通過時引起磁場強弱變化的緣故），交流信號的頻率與車輪速度成正比，交流信號的振幅隨輪速的變化而變化。 圖36 電磁式傳感器工作原理 根據(jù)電磁感應定律 …………………………（31） 式中，ｅ為感應電動勢： Ｗ 為線圈匝數(shù)； 為磁通量變化率。 由式 （31）可知這種被動電磁式傳感器信號的特點：當齒圈轉速高時，不僅感應電壓的頻率高，且感應電壓的幅值也高： 在齒圈轉速低時，不僅感應電壓的頻率低，且感應電壓的幅值也低（見圖36的電壓輸出波形）。 ABS電子控制單元通過傳感器發(fā)來交流信號的頻率來確定車輪的轉速，如果 ABS電子控制單元發(fā)現(xiàn)車輪的圓周減速度急劇增加，滑移率達到或超過20%時，它立刻給ABS制動調壓系統(tǒng)發(fā)出指令，減小或停止車輪的制動力，以免車輪抱死。本設計中輪速傳感器磁極采用了ITT公司的產(chǎn)品，齒圈部分自行設計加工 。 電磁感應式輪速傳感器結構簡單，成本低，有一定的抗沖擊能力，能在很大的溫度范圍內工作，但也存在如下缺點： 。 當車速很低時，傳感器輸出的電壓信號若低于1V，則ABS電腦無法檢測到如此弱的信號，ABS也就不能正常工作。 當車輪轉速過高時，傳感器的頻率響應跟不上，容易產(chǎn)生錯誤信號。 ，尤其是在輸出的信號幅值較小時。 電源設計 電子電子控制單元的核心是單片機，其對供電電源的要求很高。 而蓄電池的電壓是不穩(wěn)定的，大電感用電器在斷開時會在電路中產(chǎn)生高頻振蕩電磁波，峰值可達到280V，同時點火電路造成的負脈沖電壓峰值可達50100V，并在電氣系統(tǒng)中以一定頻率出現(xiàn)。因此，設計電源時必須考慮這些問題。系統(tǒng)穩(wěn)壓電源如圖37．。 此電壓變換電路采用78XX系列集成三端穩(wěn)壓器。 三端穩(wěn)壓電源輸出電流為100Ma3A，%~%，紋波抑制比為56~68dB，能夠較好的滿足單片機對電壓的需求。圖中，C5，可以防止由于輸入引線較長帶來的電感效應而產(chǎn)生的自激C6。用來減小由于負載電流瞬時變化而引起的高頻干擾。C7為容量較大的電解電容，用來進一步減小輸出脈動和低頻干擾。 圖37 直線穩(wěn)壓電源電路整個系統(tǒng)工作的信號來源于輪速傳感器。信號經(jīng)過輪速處理裝置的濾波環(huán)節(jié)。濾除輪速信號中的高頻噪聲，經(jīng)過放大環(huán)節(jié)使輪速信號的幅值增大便于整形處理，放大后的輪速信號通過整形得到輪速脈沖信號，送給單片機進行輪速計算。經(jīng)實驗表明，變磁阻式輪速傳感器產(chǎn)生的信號具有如下特征:。左右最為理想。氣隙間隔越小，車輪速度越高，正弦波信號的幅值越大。，為每秒鐘經(jīng)過磁頭線圈的齒數(shù)。輸入信號調理電路對轉速傳感器輸出的每個正弦波信號應該能夠產(chǎn)生一個理想的方波信號，后續(xù)電路對方波信號的處理可有兩種方法:①直接送計算機的計數(shù)電路，從而得到輪速。②可先進行F/V轉換，再送計算機的A/D轉換而得到輪速。第一種方法在低速所測的輪速誤差較大。假定輪速不變，每個T時間內讀一個計數(shù)值，在T,和T?，時間內讀得的數(shù)值由于讀數(shù)時磁頭與齒的位置關系有時會相差1，輪速較低時，T時間內的計數(shù)值較小，因而相對誤差較大，導致輪速識別的門檻值過高。第二種方法是將信號的頻率先轉換成電壓信號再對其進行處理，電路可起到對信號的平均作用，減少第一種方法產(chǎn)生的誤差，提高測速精度，在低速到高速范圍內，輸出電壓保持線性。考慮到ABS的設計要求，在車速小于8Km/h時，ABS應該關閉。所以采用頻率直接測量輪速能夠滿足精度要求，且電路及編程處理比較方便，因而采用第一種方法。 采用頻率法直接測車速的ABS系統(tǒng)輸入信號調理電路如圖 38所示。槍邀傳感件 圖38 輸入信號初步調理電路 圖39 LM358的結構原理LM358的結構原理如圖39所示。 其內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。LM358的特性如下： *內部頻率補償 *直流電壓增益高（約100dB） *單位增益頻帶寬〔約1MHz）*電源電壓范圍寬：單電源（330V）； *雙電源（） *低功耗電流，適合于電池供電*低輸入偏流 *低輸入失調電壓和失調電流 *共模輸入電壓范圍寬，包括接地 *差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 *輸出電壓擺幅大（（） 車輪速度傳感器輸出的信號經(jīng)電壓比較器LM358輸出012V的近似方波電壓，其波形圖如圖310所示。 　　　　　　　　　 圖３－１０ 初步調理后信號波形該信號經(jīng)光電禍合器TLP5214禍合，可以減小外部信號對單片機的影響。 然后通過74HC14史密斯觸發(fā)器進一步整形，電路見圖311： 　　　　圖311 光電隔離與信號再次整形經(jīng)整形后得到的波形比較好的方波如圖 312： 圖312 再次整形后的信號波形 輸出驅動電路 CPU輸出的信號非常小，而ABS的作動電流則為１~2安，所以每個輸出信號要經(jīng)放大后才能驅動相應的電磁閥。為了減少外部電路對單片機的影響，單片機輸出信號首先經(jīng)過光電隔離后，再驅動后繼電路。 圖313 輸出驅動電路 故障診斷硬件電路設計 隨著汽車控制電子化的發(fā)展，一方面，汽車電控系統(tǒng)日趨復雜，給汽車維修工作帶來了越來越多的困難，對汽車維修技術人員的要求越來越高：另一方面，電子控制系統(tǒng)的安全容錯處理，汽車不能因為電子控制系統(tǒng)自身的突發(fā)故障導致汽車失控和不能運行。 針對這種情況，在進行汽車電子控制系統(tǒng)設計的同時，增加了故障自診斷功能模塊。它能夠在汽車運行過程中不斷監(jiān)測電子控制系統(tǒng)各組成部分的工作情況，如有異常，根據(jù)特定的算法判斷出具體的故障，并以代碼形式存儲下來，維修人員可以利用汽車故障自診斷功能調出故障碼，快速對故障進行定位和修復。 因此，從安全性和維修便利的角度來看，汽車電控系統(tǒng)都應配備故障自診斷功能。 當今的計算機控制系統(tǒng)非常復雜。為了診斷這些系統(tǒng)而使用計算機控制。以前的方法將耗費無盡的時間。為此，大多數(shù)ABS的計算機控制都有自診斷能力。 進入一種自測模式,計算機能夠評定本身及整個ABS電控系統(tǒng)運行。故障診斷功能就是利用ECU監(jiān)視輪速傳感器、ECU和電磁閥各組成部分的工作情況，發(fā)現(xiàn)故障后自動啟動故障運行程序，不僅可以保證制動裝置在有故障的情況下可以繼續(xù)行駛，而且還可以向駕駛員和維修人員提供故障情況。 汽車正常運行時，ECU 的輸入、輸出信號的電壓值都有一定變化范圍。當某一信號的電壓值超出了這一范圍，并且這一現(xiàn)象在一段時間內不會消失，ECU便判斷為這一部分出現(xiàn)故障。ECU把這一故障以代碼的形式（此代碼為設計時已經(jīng)約定好的）存入FLASH存儲器，同時，通過故障指示燈提醒駕駛員和維修人員電控系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。 由于傳感器本身就是產(chǎn)生電信號的，因此，對傳感器齒圈的故障診斷不需要專門的線路，而只需要在軟件中，編制傳感器輸入信號故障識別程序，判斷車輪脈沖個數(shù)是否基本相同，即可實現(xiàn)對傳感器齒圈故障的診斷。 對于傳感器斷路與短路故障的診斷，就需要附加額外的電路。其原理如下： 圖314 傳感器故障檢測由電路圖314可知，在傳感器沒有斷路或短路故障時，送至A/D轉換入口的電壓值為： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ()電壓值作為傳感器線圈部分短路基準值（完全短路U為0），小于此電壓值即判斷傳感器有短路故障。 ()電壓值作為傳感器線圈斷路基準值（完全斷路 U為 ），大于此電壓值即判斷傳感器有斷路故障。 ２． 電子控制單元ECU故障 CPU如果發(fā)生故障，控制程序就不可能正常運行，CPU處于異常工作狀態(tài)。對于CPU內部的程序跑飛這一可能故障，采用內部WATCH DOG 對程序進行監(jiān)測，一旦程序跑飛，在WATCH DOG定時時間到后，CPU就會重新啟動，重新對自己及其外部電路進行初始化 對于由于電壓不穩(wěn)定而造成的CPU故障，利用IMP811設置了電壓監(jiān)測電路，產(chǎn)生一次非屏蔽中斷，對故障代碼進行存儲。外部中斷又分為非屏蔽中斷和可屏蔽中斷?？善帘沃袛喈a(chǎn)生中斷請求時，CPU的IF=0（禁止中斷），則CPU將不響應這類中斷。而非屏蔽中斷是不受IF限制的，不論IF是什么，CPU一定要響應。３． 電磁閥的故障診斷 在汽車ABS制動系統(tǒng)中，電磁閥是一關鍵性部件，當電磁閥發(fā)生故障時，也應該關閉ABS，進行常規(guī)制動。由于ECU對電磁閥控制，控制信號是輸出信號。因此，要想對各電磁閥的工作情況進行診斷，一般要增設故障診斷電路，即ECU向執(zhí)行器發(fā)出一個控制信號，執(zhí)行器要有一條專用回路來向ECU反饋其執(zhí)行情況。 其故障檢測電路如圖315所示。 圖315 電磁閥故障檢測電路 該故障檢測電路能夠判斷電磁閥已經(jīng)發(fā)生故障，但卻不能分清楚到底是短路還是斷路。 該故障檢測電路輸出到單片機外圍芯片8255A的PA口，供單片機進行檢測。 該ABS系統(tǒng)的壓力調節(jié)裝置采用的是二位二通電磁閥，每個車輪各有一個進液電磁閥和出液電磁閥，所以共有8個電磁閥，亦有8路如圖315的故障檢測電路。 ３．８ 硬件抗干擾設計 汽車防抱死制動系統(tǒng)的工作環(huán)境比較復雜，其應用的電磁兼容性、可靠性就成為一個非常突出的問題。影響系統(tǒng)可靠運行的主要因素是來自系統(tǒng)內部和外部的各種電氣干擾，以及系統(tǒng)結構設計、元器件選擇、安裝和外部環(huán)境條件等。這些因素對制動系統(tǒng)造成的干擾后果主要表現(xiàn)在下述幾個方面。１． 數(shù)據(jù)采集誤差加大干擾侵入單片機系統(tǒng)測量單元模擬信號的輸入通道，疊加在有用信號之上，會使數(shù)據(jù)采集誤差加大。 ２． 控制狀態(tài)失靈一般單片機輸出的控制信號較大，不易受到外界的干擾，單片機輸出的控制信號依據(jù)某些條件的狀態(tài)輸入信號和這些信號的邏輯處理結果。若這些輸入的狀態(tài)信號受到千擾，引入虛假狀態(tài)信號，將導致輸出控制誤差加大，甚至控制失常。在防抱死制動控制盒中，假如踏板開關檢測電路受到千擾，使單片機出現(xiàn)誤判斷，可能會剎不了車。３． 數(shù)據(jù)受干擾發(fā)生變化 在單片機系統(tǒng)中，由于RAM存儲器是可讀可寫的，因此在干擾的侵害下，RAM 中的數(shù)據(jù)有可能篡改，程序、常數(shù)存于程序存儲器EPROM中，避免了這些數(shù)據(jù)受干擾破壞。 但是，對于內RAM，外擴RAM中的數(shù)據(jù)都有可能受到外界干擾而破壞。 例如單片機的復位端 （/RESET） 沒有特殊抗干擾措施時，干擾侵入該端口，雖然不易造成系統(tǒng)復位，但會使單片機內特殊功能寄存器狀態(tài)改變，導致系統(tǒng)工作不正常。 ４． 程序運行失常 程序計數(shù)器PC的正常工作，是系統(tǒng)維持程序正常運行的關鍵所在。 若外界干擾導致PC值的改變，則會破壞程序正常運行。由于受干擾后的PC值是隨機的，因而導致程序混亂。通常的情況是程序執(zhí)行一系列毫無意義的指令，最后進入死循環(huán)，這將使輸出嚴重混亂或系統(tǒng)失靈。 從電磁場的觀點看，汽車防抱死制動控制盒所處的環(huán)境是個比較復雜的電磁空間。 有來自汽車內部各種電子設備發(fā)出的電磁波，也有來自外部空間的電輻射。對汽車防抱死制動控制盒的設計勢必要考慮電磁兼容的設計。所謂電磁兼容性（簡稱EMC，俗稱抗電磁千擾或抗干擾）是指電子裝置在預定的工作環(huán)境條件下，既不受周圍電磁場的影響，也不影響周圍環(huán)境，不發(fā)生性能變異或誤動作，而按設計要求正常工作的能力。電磁兼容性又稱電磁相容性。 單片機系統(tǒng)常用的抗電磁千擾的硬件措施有濾波技術、去禍電容、 屏蔽和隔離技術、 接地技術等。１． 濾波技術　濾波器主要采用的是RC濾波器，在信號采集電路中采用了RC高通濾波器。 ２． 去禍