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Introdução à eletrônica: 3 - Unidade de controle ECU

Fernando

Por Fernando

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Circuitos digitais são usados para criar dispositivos que permitem automatizar um ou mais processos, chamados controladores . Esses controladores são compostos por diferentes circuitos lógicos, que muitas vezes requerem muitos componentes usados para uma única aplicação, dando origem ao que é conhecido como lógica com fio .

Com o advento dos microprocessadores , tornou-se possível ter um grande número de circuitos em um único componente, sem a necessidade de modificar nenhuma das conexões internas, graças à programação adequada. Esse tipo de trabalho é chamado de lógica programada e é atualmente utilizado em quase todos os dispositivos eletrônicos, incluindo as unidades de controle dos veículos.

Microprocessador

Trata-se de um circuito de integração em larga escala (LSI) composto por outros circuitos mais simples inseridos em um único circuito integrado. Todos esses componentes são conhecidos como hardware do microprocessador . Para executar as diferentes funções sem modificar esse hardware, uma série de instruções que o microprocessador obedece são programadas. Esses comandos constituem a linguagem usada para se comunicar com o microprocessador, chamada de software .

Exemplo de diferentes microprocessadores

Exemplo de diferentes microprocessadores

Um microprocessador é composto por diferentes elementos que lhe permitem funcionar. Esses elementos são:

Unidade lógica aritmética (ULA)

Este é composto por diferentes circuitos combinacionais e é responsável por realizar operações aritméticas e lógicas (comparações). Ele recebe dados da unidade de controle indicando a operação a ser realizada. Após a operação ser realizada, eles são armazenados em um registrador. As linhas de controle (bits) determinam a operação a ser realizada; quanto mais linhas ele puder receber, mais funções terá.

Várias ALUs especializadas em diferentes operações complexas são frequentemente instaladas, às vezes chamadas de coprocessador matemático .

Registros

Eles armazenam os resultados da execução das instruções e possibilitam carregar ou armazenar dados de uma memória externa. Quanto mais bits um registrador puder armazenar, maior será a capacidade e a velocidade de execução do processador. Quando um microprocessador é de 4, 8, 16, 32 ou 64 bits, isso se refere ao tamanho de seus registradores.

Unidade de controle

A unidade de controle é responsável pelo controle e execução de todas as operações, como recuperar instruções da memória, decodificá-las e interpretá-las ou executá-las. Para realizar essas funções, a unidade é composta pelos seguintes dispositivos:

  • Contador de programa : Contém o endereço da próxima instrução a ser executada e permite a leitura sequencial da memória.

  • Registro de instruções : Memoriza a instrução que será executada naquele momento, aguardando que ela seja decodificada, preparada e executada.

  • Decodificador : Interpreta o código da instrução e envia os comandos pertinentes aos demais dispositivos para executá-los.

  • Sequenciador : Gera os comandos para executar todas as instruções do registrador passo a passo.

Composição básica da unidade de controle

Composição básica da unidade de controle

Relógio

Composto por um oscilador de cristal, permite gerar um sinal de sincronização. Este sinal é usado para coordenar todas as atividades e funções do microprocessador. Com o tempo, a velocidade do clock aumentou, o que significa que mais instruções por segundo (GHz) podem ser executadas.

Composição básica de um microprocessador

Composição básica de um microprocessador

O microprocessador desempenha a função de controle do processo. É frequentemente chamado de CPU (Unidade Central de Processamento) e, juntamente com outros controladores programáveis , possibilita a criação de dispositivos eletrônicos complexos, como computadores.

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    Comentários Recomendados

    Fernando Experienced

    Fernando

    Administrators
    Postado

    Controladores programáveis

    A maioria dos dispositivos eletrônicos possui microprocessadores, que por sua vez constituem um controlador programável que atua como uma CPU. Para funcionar corretamente e realizar as operações para as quais foi projetado, ele requer outros elementos adicionais. Esses elementos são:

    • Memória

    • Unidade de entrada/saída

    • Barramentos de sistema

    Memória

    Devido à limitação da memória que um microprocessador pode armazenar, em muitos casos, blocos de memória são necessários para armazenar dados e instruções de programas. Essa memória está fisicamente localizada fora do microprocessador e é composta por um ou mais chips montados em uma placa de circuito impresso.

    A unidade de medida comum para memória é o byte , que é um conjunto de oito bits. As unidades de medida variam dependendo se são utilizados os prefixos do Sistema Internacional SI ou da Comissão Eletrotécnica Internacional (CEI) . A relação entre essas unidades é:

    Tabela da relação entre o sistema internacional e a comissão eletrotécnica internacional

    Tabela da relação entre o sistema internacional e a comissão eletrotécnica internacional

    Os prefixos SI são frequentemente usados para designar que 1 quilobyte é igual a 1.024 bytes, embora isso seja incorreto. Os prefixos SI são baseados na base 10, enquanto os prefixos IEC são baseados na base 2 .

    Dois tipos de memória são necessários para o funcionamento correto de um microprocessador: ROM e RAM .

    ROM

    Esta é a memória somente leitura, responsável por armazenar os dados do programa necessários para o funcionamento do microprocessador. Esses dados não devem ser apagados mesmo quando o sistema não estiver mais recebendo energia elétrica. Existem vários tipos de ROM, descritos abaixo.

    • ROM : Permite que os dados sejam gravados por hardware, o que impede que os dados sejam modificados depois de terem sido gravados na memória.

    • EPROM : É uma ROM que pode ser modificada, embora isso só possa ser feito expondo o material semicondutor à radiação ultravioleta.

    • EEPROM : Oferece a possibilidade de apagar ou modificar o conteúdo gravado pelo usuário. Essa modificação é possível por meio de um circuito eletrônico.

    BATER

    Trata-se de uma memória de acesso aleatório (MRAM) usada para armazenar as informações que o microprocessador pode ler e gravar conforme necessário durante a execução de suas instruções programadas. Trata-se de uma memória para armazenamento temporário, e todos os dados são apagados quando a energia elétrica é interrompida.

    Os tipos de RAM são:

    • SRAM : Também chamada de RAM estática, é uma memória que funciona muito rápido, mas só mantém dados enquanto recebe corrente elétrica.

    • DRAM : Também chamada de RAM dinâmica, essa memória requer energia em determinados intervalos de tempo para manter as informações armazenadas. Ela funciona mais lentamente que a SRAM, mas seu custo mais baixo a torna viável para muitas aplicações.

    Unidade de entrada/saída

    As unidades de entrada/saída são circuitos integrados que se comunicam com os periféricos (sensores e atuadores em um veículo) que geram os sinais de entrada e recebem os sinais de saída. Conversores analógico-digitais (D/A ou DAC) e analógico-digitais (A/D ou ADC) são integrados a esses circuitos.

    Conversor digital-analógico (D/A)

    Consiste em converter um valor representado em código binário em uma tensão elétrica proporcional ao valor digital. Cada valor digital deve corresponder a um único valor de tensão. Por exemplo, se um conversor usa 3 bits para um valor máximo de tensão de 14 volts, a relação entre o valor binário e o sinal elétrico seria a seguinte:

    Tabela da relação entre a entrada digital e a saída analógica

    Tabela da relação entre a entrada digital e a saída analógica

    Conversor analógico-digital (A/D)

    Executa a função oposta do conversor D/A, convertendo um sinal analógico em um sinal digital com um número específico de bits. Da mesma forma, os valores associados a cada valor de tensão serão únicos. O sinal analógico pode nunca ser representado com exatidão; há algum erro, embora este diminua à medida que mais bits são usados na codificação.

    Característica de conversão de um conversor A/D de três bits

    Característica de conversão de um conversor A/D de três bits

    Barramentos de sistema

    Estas são as linhas de conexão elétrica pelas quais as informações trafegam no sistema. Existem três tipos de barramentos:

    • Barramento de dados : Este barramento interconecta todas as unidades do sistema e é bidirecional, permitindo tanto a leitura quanto a escrita de informações. O número de linhas deve ser igual ao número de bits do dado.

    • Barramento de endereços : usado para indicar o endereço de memória (RAM, ROM ou unidade de entrada/saída) que deve ser lido ou gravado.

    • Barramento de controle : determina qual unidade deve enviar e/ou receber cada dado do microprocessador e também sincroniza a transmissão de dados no sistema.

    Fernando Experienced

    Fernando

    Administrators
    Postado

    Embora os microprocessadores tenham grande capacidade de processamento de dados e sejam muito úteis em uma ampla gama de aplicações, existem outras aplicações que não exigem tanta velocidade ou memória. A ideia do microcontrolador surgiu desse fato. Microcontroladores são dispositivos que, embora geralmente com desempenho inferior, integram CPU, ROM, RAM e uma interface de entrada/saída em um único chip, como um pequeno computador.

    Composição de um microcontrolador

    Composição de um microcontrolador

    Uma das características mais importantes dos microcontroladores é a sua flexibilidade. Um único modelo pode ser usado para diversas aplicações, bastando alterar o programa de instruções. Devido às vantagens que oferecem, os microcontroladores estão presentes em um grande número de dispositivos eletrônicos de consumo atualmente.

    Dispositivos de controle

    Elas têm nomes diferentes, como unidades de controle ou unidades de controle eletrônico (ECUs), entre outros. Esses controladores são usados para manter o veículo funcionando corretamente, controlando diversos parâmetros. A regulagem eletrônica foi usada inicialmente em veículos no sistema de ignição, mas posteriormente foi implementada em um número cada vez maior de sistemas, incluindo os sistemas de injeção de combustível de motores a diesel e a gasolina. Hoje, um grande número de unidades é usado para controlar os diferentes sistemas do veículo, tanto aqueles que afetam o funcionamento do motor quanto outros sistemas relacionados ao conforto ou à segurança dos passageiros.

    Visão de uma unidade de controle aberta

    Visão de uma unidade de controle aberta

    Esses dispositivos de controle geralmente operam de acordo com o IPO , que significa Entrada - Processamento - Saída. Os sensores que já estudamos fornecem a entrada, registrando uma infinidade de grandezas físicas. Esses valores são comparados com a grandeza teórica inserida ou calculada pelo software da unidade. Se o valor real não corresponder ao valor teórico, a unidade regula, enviando sinais de saída para os atuadores, o processo físico correspondente até que os valores reais correspondam aos valores teóricos.

    Devido ao grande número de unidades atualmente utilizadas nos veículos para controlar todos os sistemas, as unidades de controle trocam informações por meio de diferentes barramentos de sistema (CAN). Graças a essa comunicação, diferentes sistemas podem ser controlados usando as informações compartilhadas de um único sensor. Isso evita a necessidade de duplicar sensores para informar todas as unidades de controle separadamente. Os veículos modernos podem ter mais de 60 unidades de controle, e esse número está em constante aumento.