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중소기업 기술혁신개발사업

최종보고서

국산 및 수입 자동차를 진단할 수 있는

전자진단기 개발Universal

년 월2002 5

주 관 기 업 하나테크 주( )

개발참여기업

위탁연구기관 경 운 대 학 교

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제 출 문

중소기업청장 귀하

본 보고서를 국산 및 수입 자동차를 진단할수 있는 전자진단기 개발에“ Universal

관한 중소기업 기술혁신개발사업 개발기간 과제의 최종" ( : 2001. 5. ~ 2002. 5.)

보고서로 제출합니다.

년 월 일2002 6 29

주관기업 : 하 나 테 크 주( )

과제책임자 : 배 흡

개발참여기업 :

위탁연구기관 : 경운대학교

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별지 제 호 서식[ 5 ]

중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서

업 체 명하나테크 주식회사(Tel : 054-454-9009)

주소730-090경북 구미시 송정동 하나빌딩80-1

기술개발과 제 명

분야 계측기기: (F04)국산 및 수입 자동차를 진단할수 있는

전자진단기 개발Universal

대 표 자

과제책임자 배 흡

개발기간 년 월 년 월2001 5 ~ 2002 4 위탁기관 경운대학교

기술개발진척도(%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

개발완료시기 년 월2002 4

중소기업기술혁신개발사업운용요령 제 조의 규정에 의하여 최종보고서를 제출21합니다.

붙임 중소기업 기술혁신개발사업 최종보고서 부1. 8 .

개발사업비 집행내역보고서 부2. 8 .

기술료 납부 동의서 부3. 2 .

년 월 일2002 6 29

주관기업 : 하 나 테 크 주( )

대 표 자 : 배 흡 인( )

중소기업청장 귀하

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요 약 서 초 록( )

과 제 명국산 및 수입 자동차를 진단할 수 있는

전자진단기 개발Universal

주 관 기 업 하나테크 주( ) 총괄책임자 배 흡

개 발 기 간 개월2001. 5. ~ 2002. 4. (12 )

총개발사업비천원( )

정부출연금 73,000총개발사업비

98,000기업부담금

현금 15,000

현물 10,000

위탁연구기관개발참여기업

경 운 대 학 교

주요기술용어개(6~10 )

스캐너 차량진단 엔진분석(scanner), (car diagnosis), (engine통신 프로토콜analysis), (communication protocol)

기술개발목표1.오늘날 자동차는 전자 제어 시스템의 세분화 및 정밀화를 통하여 품질의 고급화 안정화를 실현함으로써 고객 만족이라는 최대의 목표를 달성하기 위하여，개발되고 있다 이러한 현재의 추세에 병행하여 첨단화된 진단 기기의 필요성이.대두되고 있으며 수입 자동차의 수요 증가는 기존의 자동차 전자 진단기의 성능,을 한층 개선시킬 필요가 있다 또한 자동차 보급대수의 증가와 더불어 오너 드. ,라이버의 자동차 지식과 안전에 대한 관심이 증가하고 있다 따라서 자동차 정비.를 위한 필수 장비인 스캐너 자동차 전자 진단기 에 대한 수요가 증가될 것으로( )전망된다.현재 자동차용 전자 진단기는 자동차 메이커별로 개별 생산을 하고 있는OEM실정으로 진단기의 종류는 수십종 이상이다 따라서 본 회사는 본 기술혁신 과제.를 통하여 수십 개의 자동차 메이커가 생산하는 수백 차종을 하나의 진단기로진단가능한 우수한 제품을 개발하고자 한다 즉 수십종의 진단기가 하나로 통합. ,됨으로써 기능과 가격면에서 세계적인 경쟁력을 가진 국산 및 수입 자동차를, ‘진단할 수 있는 전자 진단기 를 개발하여 본사의 번영과 극가의 수출Universal ’증대에 이바지하고자 한다.

기술개발의 목적 및 중요성2.미국 일본 및 유럽에서 생산되는 다양한 차종의 통신 프로토콜을 분석하고 현, ,재 국산 차종에만 적용되고 있는 를 와 를 업그레이드하여DCN-pro H/W S/W

화함으로써 전세계 차종을 진단할 수 있도록 한다 또한 프로토콜 분Universal .석 알고리듬 설계 시스템 최적화 등을 효과적이고 합리적으로 수행하여 제품의, ,신뢰성 및 가격 경쟁력을 높인다.

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기술개발의 내용 및 범위3.본 과제의 수행 내용은 다음 분야로 나눌 수 있다3 .제조사별 자동차 통신 규격 및 코드 분석1.

설계 및 구현2. H/W설계 및 구현3. S/W

먼저 위 분야에서 제일 힘든 제조사별 통신규격을 분석 부분은 영업사원의 해3외 출장과 중국 남미 및 동남아시아의 자동차 수입회사와의 제휴를 통하여 통신,규격을 입수하여 분석하였다 이러한 분석을 통하여 미비한 점은 연구원의 해외.에 파견하여 기존의 장비와 오실로스코프를 사용 을 통한Reverse Engineering확인 과정을 거쳤다.다음으로 설계에 관한 현황은 기존 제품의 성능을 향상시키고 제품의 가격H/W경쟁력을 갖추었다 에 사용되고 있는 사의 를 사. PDA Motorola DragonBall CPU용하므로써 기존 제품에 사용되었던 드라이버와 같은 주변장치들이 프로세, LCD서 내부에 포함되어 있으므로 원가의 절감 및 제품의 신뢰성을 높일 수 있도록하였다 또한 제어회로가 내장되어 있으므로 메모리를 기존의 에서. DRAM SRAM

으로 대체할 수 있기 때문에 원가의 절감을 이룩하였다 이 분야에서 가장DRAM .혁신적인 아이디어는 의 처리 능력을 고려한 신호처리를 를 사용하여CPU EPLD구현함으로써 구현을 보다 용이하게 하였다 이는 제품의 신뢰성에 가장 큰S/W .기여를 하였으며 추후 제품의 를 어렵게 하여 기술의 도용을 방지하blind copy였다.끝으로 설계의 분야에서는 보다 많은 차종의 진단 정보를 수록할 수 있도S/W록 기존의 프로그램의 를 변경하였으며 보다 정확한 실행을 위하여Structure ,

와 인터럽트 기반의 를 완성하였다 새로운 차량의 통신 프로DMA Device Driver .토콜의 구현을 위하여 자료 정리를 담당하는 사원을 새로이 채용하여 본 과제의원활한 진행을 돕고 있으며 또한 변경에 따른 개발 기간 지연의 문제점을, CPU세미나와 전문가 초빙을 통하여 해결하였다.

기술개발 결과4.현재 자동차용 전자 진단기는 자동차 메이커별로 개별 생산을 하고 있는OEM실정으로 진단기의 종류는 수십종 이상이다 따라서 본 회사는 본 기술혁신 과제.를 통하여 수십 개의 자동차 메이커가 생산하는 수백 차종을 하나의 진단기로진단가능한 우수한 제품을 개발하였다 이는 수십종의 진단기가 하나로 통합됨으.로써 기능과 가격면에서 세계적인 경쟁력을 가진 국산 및 수입 자동차를 진단, ‘할 수 있는 전자 진단기 이다Universal ’ .

기대효과5.본 제품은 현재 거세게 몰아치고 있는 자동차 수입에 대한 압력으로 인한 수입,자동차의 증가로 인한 국내 진단기의 수요를 충족시킬수 있을 것이다 또한 본.제품은 미국 일본 및 유럽의 자동차 진단이 가능하며 가격과 성능면에서 경쟁, , ,력을 확보하였으므로 수출전망이 밝은 제품이다 그 결과 세계적인 자동차 진단,기 메이커인 미국의 와 공동개발 및 생산이라는 큰 성과를 거두었다AST OEM .본 과제에서 축척된 를 바탕으로 추후 차량 시스템에 대한 고장진Know-How ,단 수리 진단기에 대한 활용도 향상 정비 시간 단축을 위하여 그래픽 기능 및, , ,오실로스코프 기능을 추가로 개발하여 정비에 도움을 줄 수 있도록 할 계획이다.

본 요약서는 쪽 이내로 작성합니다2 .※

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CONTENTS

제 장 서 론1 .

제 절 자동차 전자 제어1 (ECU)

에 사용되는1) ECU Micro-Computer.

를 사용한2) ECU EMS(electronic Management System)

가 연료 제어.

나 공기량 제어.

다 점화시기 제어.

라 크랭킹시 연료제어.

제 절 자동차 전자 센서2

산소센서 센서1) (O2 )

공기유량 센서2) (AFS)

대기압 센서3)

냉각수온 센서4)

스로틀 포지션 센서5) (TPS)

흡기온센서6)

제 장 본 론2 .

제 절1 CPU

제 절 와2 Address Decoder Memory Map

제 절3 SCANNER I/O

제 절 입력4 Key Pad

제 절 사운드 발생을 위한5 PWM

의 동작1) PWM(Pulse Width Modulation)

음에 대한 주파수2)

제 절 비트 데이터 및 메모리 카드 인터페이스6 8

제 절 포트 확장7 I/O

제 절 차량 통신을 위한 속도 결정을 위한 타이머8

제 절 최초 프로그램을 위한9 Bootstrap

제 절 시스템10 Clock

제 절 화면 디스플레이를 위한11 LCD

제 장 결 론3 .

부 록 회 로 도.

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제 장 서 론1 .

국내의 자동차 보유대수가 년 천만대를 돌파한 이후 자동차에 대한 소비자의1997 ,

지식 수준이 점점 더 높아지고 있으며 국내의 자동차 정비를 위한 업체의 수도, 3

만여 개로 점점 증가하고 있다 자동차의 안전을 위한 시스템도 발전을 거듭하여.

기본적인 와 더 불어ECU(Electronic Control Unit) ABS(Anti-lock Break System),

에어백BAS(Break Assist System), TCS(Traction Control System), (Air bag),

ECS(Electronic Controlled Suspension), ESP(Electronic Stability Program),

및 등이 개발되ECM(Electronic Controlled Mirror) CNS(Car Navigation System)

어 장착되고 있다 이에 따른 전자 진단기의 중요성은 점점 더 커져가고 있으며 국. ,

내 만여 개의 경정비 업체에는 적어도 한 개의 전자 진단기를 가지고 있다 그림3 .

에 전자 진단기를 이용하여 자동차를 진단하는 그림을 나타내었다1-1 .

그림 자동차 전자 진단기를 이용한 자동차 진단1-1.

그러나 이러한 국내의 자동차용 전자 진단기 수요는 포화상태에 가깝다 이와 더불.

어 자동차 시장의 수입 개방에 따른 수입 자동차의 시장이 점점 커져가고 있으며,

이를 위한 전자 진단기의 수요가 발생되고 있다 그 예로 일본의 토요다. (TOYODA)

사는 년 올해에 사를 통하여 여대의 전자진단기를 공급할 예정이다 또2001 SK 600 .

한 수입 자동차용 전자진단기는 전용 진단기가 으로 매우 비싸며 다BENZ $8000 ,

른 차종은 진단이 불가하다.

따라서 본 연구에서는 하나테크 주 가 여년 동안 축적해온 국내 자동차용 전자진( ) 10

단기의 기술을 기반으로 수입되는 자동차를 위한 국내 및 국외의 자동차를 동시에,

진단할 수 있는 전자진단기를 개발하여 국내 시장 및 국외 시장에서 주도적인 역할

을 하고자 한다.

본 연구에서 개발할 국내 및 국외 자동차용 전자 진단기를 그림 에 나타내었다1-2 .

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그림 본 연구에서 개발할 자동차용 전자 진단기1-2.

따라서 본 연구에서는 창사이래 여년 동안 축적해온 국내 자동차용 전자진단기의10

기술을 기반으로 수입되는 자동차를 위한 국내 및 국외의 자동차를 동시에 진단할,

수 있는 전자진단기를 개발하여 국내 시장 및 국외 시장에서 주도적인 역할을 하고

자 한다.

제 절 자동차 전자 제어1 (ECU)

자동차는 각 부위에 부착된 각종 센서로부터 입력되는 신호를 바탕으로 최적의 환

경으로 동작할 수 있도록 되어있다 는 센서로부터 입. ECU(electronic control unit)

력되는 신호를 변환하는 입력 인터페이스 정해진 순서에 따라 입력 데이터의 산술,

연산 또는 논리 연산을 행하는 컴퓨터부 마이크로 컴퓨터 와 그 결과를 액추에이터( )

작동 선호로 변환하는 출력 인터페이스로 구성된다.

그림 의 구성1-3. ECU

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따라서 는 자동차의 현재 상태를 바탕으로 연료 분사량 점화시기를 액추에이ECU ,

터를 통해 조절함으로써 최적의 상태를 유지하도록 한다 또한 가 액추에이터. ECU

를 제어하는 방법은 자동차의 엔진 출력 및 제원에 따라 각기 다르며 철저히 제조,

회사의 보안사항으로 규정되어 있다 그러나 에 입력되는 센서들의 데이터와. ECU

고장 유무는 진단기를 통하여 읽을 수 있다 그러나 자동차 차종이 무한하며 그 데.

이터의 양이 방대하여 효율적인 관리를 위하여 에서 다양한 통신방식을 규정하SAE

고 있다 최근에는 통신방식이 주류를 이루고 있으며 추후 통신방식. ODB- , CANⅡ

이 많이 사용될 전망이다.

에 사용되는1) ECU Micro-Computer

의 심장부는 로 구성 되어 있다 마이크로 컴퓨터란 중앙ECU Micro-Computer . CPU(

정보처리장치 기억장치 입력포트 출력포트의 가지로: Central Processing Unit), , , 4

구성되어 사람의 손을 거치지 않고 산술 연산 논리 연산을 하는 데이터 처리 장치,

라고 정의된다 마이크로 컴퓨터의 정확한 정의는 없지만 통상 한 개 내지 여러개.

의 칩에 상술한 기능을 정리하여 간단하게 하는 것을 말하고 있다LSI .

반도체 기술의 발달에 힘입어 마이크로 컴퓨터가 대형화되면서 비트 비트 더16 , 32

나아가 그 이상의 데이터를 일시에 처리하지만 자동차에 사용되는 것은 현재는, 8

비트가 주류이다 비트 컴퓨터일 경우 개의 명령을 표현하는데 번지 즉 바이트. 8 I , 1 1

로는 끝나지 않는 것은 번지 번지 바이트 바이트 를 사용해서 실행한다 이때2 , 3 (2 , 3 ) .

개의 명령어를 실행하는데 바이트 명령에 비해 몇배의 시간도 걸리고 개의 명1 1 , 1

령 때문에 메모리 영역을 여분으로 취하게 된다.

자동차의 제어 시스템이 보다 고도화되고 복잡함과 동시에 방대한 데이터량의 처리

가 필요하게 될 경우에는 비트 또는 비트로 고속 대량 데이터 처리가 필요하16 32 ㆍ

게 된다 중앙정보처리장치 의 내부 구성 및 역할은 뒤에서 설명하겠지만. CPU( )

는 레지스터 연산 처리를 하기 위한 일시적인 메모리 연산부 사칙 연산 논리CPU ( ), ( ㆍ

연산을 행한다 및 제어부 연산 처리에 필요한 데이터 전송의 타이밍 등의 순서를), (

제어한다 로 이루어진다) .

이 부분을 화해서 마이크로칩으로 한 것을 마이크로 컴퓨터 또는 마이크로 프LSI " "(

로세서 라고 부르고 있다 또한 메모리나 포트의 부분도 일제로 화해서 하나) . I/O LSI

의 마이크로칩 위에 구성한 마이크로 컴퓨터는 싱글 칩 마이크로 컴퓨터 라고 불" "

리우며 다음과 같은 특징을 갖기 때문에 자동차용으로는 최적이다, .

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모든 기능이 수 각의 칩에 들어가 버리기 때문에 소형 스페이스 절약화에mm① ㆍ

유리하다

메모리와 포트를 연결하는 버스 라인 등이 개의 실린콘 칩 상에 일체로 배I/O 1②

치되기 때문에 외부로부터 전기 노이즈에 따라 컴퓨터가 오동작의 우려와 주변 회

로에 노이즈 방출이 없다.

마이크로 컴퓨터의 구성을 그림에 나타낸다 는 컴퓨터의 중심으로 미리 메모. CPU

리 장치에 기억되어 있는 프로그램의 내용을 실행하는 것이다 이 프로그램이 자동.

차의 성능을 좌우한다고 해도 과언이 아닐 것이다.

그림 에 상용되는 마이크로 컴퓨터의 구성1-4. ECU

즉 프로그램의 순서에 따라 메모리 장치에서 실행 명령을 불러내어 디코드 내(CPU

부에서의 처리에 필요한 제어 신호로 변환한다 하고 오퍼랜드 명령의 실행이 대상) (

이 되는 데이터 를 입력포트나 메모리로부터 읽어내는 것으로서 는 그들 데이) CPU

터의 산술 연산과 논리 연산을 하여 그 결과를 메모리 장치에 저장시키거나 출력포

트를 통해 출력하여 액추에이터 등을 작동시키기도 한다 입출력 포트는 의 지. CPU

령에 의해 특정되는 입력 장치 센서 로부터 데이터를 거두어들이거나 특정되는 출( )

력 장치 액추에이터 에 데이터를 출력하는 인터페이스의 역할을 가진다 메모( ) . CPU,

리 입출력 포트는 어드레스 버스 데이터 버스 제어 신호선에 의해 연결되어 있으, , ,

므로 데이터의 주고 받기가 빈번하게 이루어진다 메모리상의 모든 데이터 저장 장.

소는 번지가 설정되어 있고 는 이 번지를 호출함으로서 그 데이터를 입수할, CPU

수 있다.

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또한 재차 번지를 지정하므로써 연산 처리한 결과의 데이터를 그 장소에 저장해 둘

수 있다 입력 포트 및 출력 포트 쌍방 모두 포트라고 부른다 도 일종의 메모리. ( I/O )

장치로서 다루기 때문에 번지 실제는 포트 번호로 다룬다 를 가지고 있다 로부( ) . CPU

터 메모리 및 포트로는 어드레스 버스 번지명을 전송하는 공통 신호선 를 통해I/O ( )

필요로 하는 번지를 호출하여 해당하는 메모리 또는 포트는 데이터 버스 데이I/O (

터를 전송하는 공통 신호선으로 쌍방향 통신 에 데이터를 실어 보낸다) .

이때 로부터 동시에 제어 신호가 보내져 오고 있으며 제어 신호가 입력 지, CPU , “

령 일 때는 메모리 및 입력 포트는 자기의 데이터를 로 출력하고 역으로 출력” CPU “

지령 일 때는 메모리는 로부터의 데이터를 기입하고 출력 포트는 출력 변환 회” CPU

로로 데이터를 보낸다.

를 사용한2) ECU EMS(electronic Management System)

의 소프트웨어는 각 개발사나 사용목적에 맞게 용이하게 수정할 수 있도록 되ECU

어 있는 것이다 통상적으로 연료 제어 시스템은 시동키를 돌려 위치에 놓고. ON

위치까지 돌리면 스타트 모터가 밋션의 플라이 휠 기어를 돌려 엔진의 시동을ST

걸게 되는데 우리가 이것을 크랭킹이라 한다 이때 는 약 초 동안 메인 릴레. ECU 1

이를 작동시켜 연료 펌프를 돌려주고 약 초가 지나면 메인 릴레이 전원을 끊어 연1

료 펌프 동작을 중단시킨다 이러한 기능은 원활한 시동을 위하여 연료의 잔압을.

유지시키기 위해서이다 자동차가 전복 사고 등 히터의 이유로 시동이 껴졌을 때.

연료 펌프가 계속 작동하면 연료계통의 압력이 높아져 화재 등의 위험을 방지하기

위한 목적도 있다 이때 시동이 걸리지 않은 상태에서 메인 릴레이가 약 초 동안. 1

만 작동하는 것은 그 시간 동안에 에서 작동시키는 모든 액추에이터의 이상유ECU

무를 확인하는 일도 하게 된다.

시동키를 끝까지 돌리면 스타트 모터를 돌게 하여 플라이 휠을 통해 엔진이 회전되

고 이때 크랭크 샤프트의 벨트로 연결되어 크랭크 샤프트 회전에 회전하는 캠 샤2 1

프트를 돌려 주게 된다 이 캠 샤프트에 타겟 휠이 직접 연결되어 같이 회전하게.

된다.

는 타겟 휠의 회전을 센서로부터 출력 받아 엔진이 회전하고 있다는 것을 판단ECU

하며 이 네 개 이상을 감지하면 엔진이 회전하고 판단하고 있다고 판Teeth signal

단하여 이 신호를 근거로 엔진의 피스톤 위치와 회전수를 알아낸다 그러므로 연료.

분사 인젝터 열림과 닫힘 시기 와 점화시기를 결정하게 된다( ) .

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초기 디스트리 뷰터는 타겟 휠이 실린더 홀이 있는 면의 번째No.1 11 Short tooth

가 광센서 사이에 위치할 때 피스톤이 압축 직후 상사점에 있어야 한다 이렇No.1 .

게 하기 위해서는 고장 체크용 단자의 단자를 배터리 단자와 연결하면 는'q' "-" ECU

일정한 점화시기를 보내는데 타이밍 라이터를 사용하여 점화시기를 통상AVTST( 7

혹은 도 에 맞추면 된다 타겟 휠을 실린더 수만큼 나누어져 있으면 실린더의10 ) . 4

경우 개의 영역으로 된다 한 영역에 개의 가 있고 개의4 . 19 Short tooth 1 long

가 있다 이 의 폭은 개의 폭과 같아 한 영역에 개tooth . long tooth 3 Short tooth 22

의 폭 전체로는 개의 폭이 된다 그러므로 한 개폭은Short tooth , 88 . Short tooth

캠 샤프트의 가 되고 크랭크 샤프트로는 가 된다4.09 8.18 .˚ ˚

그림 크랭크 포지션 센서 위치 타겟 휠 신호1-5. (a),(b) (c) (d) Short toothes

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가 연료 제어.

연료제어 시스템에서 분사량의 결정은 인젝터가 열려있는 시간으로 이루어진다 인.

젝터에 대기압의 약 배 의 연료압력이 가해진 상태에서 인젝터를 열2.5~3kg/ ( 3 )

게 되면 액체의 연료는 기체화되면서 공급되게 된다 인젝터의 열림시간은 기본적.

으로는 공기량을 계산하여 공연비가 약 이론공연비 가 되도록 하지만 이를14.7:1( )

더욱 정확하게 제어하기 위하여 산소센서의 출력파형을 이용 피드백한다 산소센서, .

는 지리코늄관을 이용하는 것인데 지르코늄관의 내외에 산소차가 발생하면 기전력

이 생긴다 이러한 원리를 근거로 배출관에 지르코늄관으로 된 센서를 장착하여 관.

의 외부는 배기가스 흐름속에 있게 하고 관의 내부는 외기와 통하도록 되어 있다.

배기관 속에 잔류 산소가 많으면 기전력이 적게 발생하고 반대로 잔류 산소량이 적

으면 높은 기전력을 발생하게 한다 는 기전력이 발생하면 연료를 조금씩 제어. ECU

하다 기전력이 없어지게 되면 추가 연료를 분사시켜 최적의 이론공연비에 맞도록

분사량을 제어하는 것이다.

그림 산소 센서를 이용한 연료제어1-6.

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나 공기량 제어.

에서 공기량의 공급을 조절하는 것은 가속 페달을 밟지 않은 상태에서의 엔진ECU

회전 상태에서 각종 전기적인 부하 전조등 에어컨 냉각팬 등 와 기계적인 부하 파( , , ) (

워 스티어링 등 의 변화에도 가능한 일정한 회전수를 유지하도록 하기 위함이다) .

이외에 시동시의 시동 성능을 향상하기 위하여 높은 엔진 회전수에서 가속 페달을

떼었을 때 순간적인 서지탱크 내의 부압 발생 급격한 부압 발생은 엔진 회전수의(

급격한 저하 또는 연소 상태의 불량을 초래할 수 있다 을 방지할 목적으로 는) ECU

밸브 열림량을 조절하므로써 엔진의 공기량 공급을 조정할 수 있다 에서ISC . ECU

는 밸브 열림량 조절은 밸브에 전원을 함으로써 이루어지는데ISC ISC ON, OFF ,

이때 초당 몇번 하는가 하는 주파수에 따라 한번 할 때의 걸리는ON, OFF ON, OFF

시간이 나오는데 이 주기에서 할 때의 시간이 몇 인가에 따라 열림량이 결정, ON %

된다 통상 시간이 이상일 때 밸브는 완전히 열리는데 수동. ON 50% ISC (100%)

기어 차량에서 무부하 공회전일 때 되는 시간이 가 된다ON 25~35% .

그림 공기량 제어1-7.

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의 밸브 열림량 조절은 엔진 회전수와 가속 페달의 밟는 양에 따라 일정한ECU ISC

값이 정해져 있으나 공회전 조건에서는 엔진 회전수가 일정하게 유지될 수 있도록,

엔진 회전수 변화 속도와 변화량에 따라 계산하여 조절된다 이때 밸브 열림량. ISC

의 계산은 회전수의 변화 속도에 따른 인자 기준 회전수와의 차이에 따른 인자 엔, ,

진 부하의 변화에 따른 인자의 합으로 결정된다 또한 고정된 조건에서 밸브 열림.

량 기본적인 고정된 열림량 공회전시 회전 상태의 변화에 따라 계산된 양이 된다= + .

공기량 계산은 기본적인 계산은 냉각수 온도 자동차 주행 또는 정지 연료분사가, ,

이루어지고 있는가 없는가 엔진 회전수 가속 페달을 밟았는가 밟지 않았는가 등, , ,

에 따라 계산 방식이 따로 결정된다.

다 점화시기 제어.

에서 점화시기 제어는 매우 중요하다 점화 자체는 디스트리뷰터 내의 로터가ECU .

회전 중 포인터를 지나치면서 로터에 흐르고 있는 전원이 포인터에 통하다가 끊어

지면서 발생되지만 가 점화시기에 맞추어 로터가 포인터와 접촉할 때 전원 공ECU

급과 중단을 제어하여 점화 플러그에서 발생하는 점화의 시기를 조절한다 에. ECU

입력된 점화시기는 엔진의 운전 조건에 따라서 일정한 값이 정해져 있으며 공회전,

시에는 일정한 회전이 이루어질 수 있도록 회전수의 변화에 따라 는 점화시기ECU

를 계산하여 결정한다 통상 시동시는 시동이 가장 용이한 점화시기를 입력시키며. ,

가속 페달을 밟은 경우 녹킹이 발생하지 않는 범위내에서 최대 토크가 발생되는 값

이 입력이 된다 특히 가속 페달이 밟지 않은 상태에서 밟은 상태로 바뀔 때 또는. (

반대로 바뀔 때 가속감이나 가속 쇼크 등의 문제가 없도록 점화시기의 증가와 감)

소 등의 변화를 조절하게 입력된다 공회전시 고정된 조건이 변화할 때 안정된 공.

회전 상태를 유지할 수 있도록 일정한 점화시기의 변화를 주도록 입력되어 있다.

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그림 점화시기 제어1-8.

라 크랭킹시 연료제어.

시동기를 끝까지 돌려 엔진을 크랭킹하면 는 연료를 분사하는데 다음과 같은ECU

데이터를 읽고 시행한다 지멘스 시스템은 크랭킹시 연료분사는 동시에 개가 이루. 4

어지며 통상 이상되면 각기 실린더별로 따로 분사한다 우선 연료550~650RPM .

분사는 가지가 있다 미리 분사 이 지정된 시그널 개수가 되면 임의2 . Teeth signal

로 정해진 분사시간만큼 인젝터를 열어준다 이 값은 시동을 빨리 걸기 위한 것으.

로 임의로 정해진 분사시간의 보정값이 이면 미리 분사는 없다 이 미리 분사 다0 .

음에 정상적인 시동용 연료 분사가 시작되는데 인젝터 열리는 시간은 공기량에 관

계없이 냉각수 온도와 엔진 회전수에 따라 기본 통전에 의한 분사시간 값에 의해

결정되며 인젝터 열리는 시기는 어떤 피스톤이든지 상관없이 압축후 상사점 번, (11

째 시그널 부터 임의로 정해진 시그널이 나오면 모든 인젝터가 열리기 시작) teeth

하며 임으로 정해진 시간 값이 지나면 인젝터가 닫힌다 즉 각 실린더가 폭발 행정.

을 하기전에 번의 연료 분사가 이루어진다4 .

- 17 -

인젝터의 열림시기와 닫힘시기의 값의 결정은 그 목적에 따라 다르다.

인젝터의 열림시간을 기초로 하는 임의 값은 시동시 시동 시간을 빠르게 하는 것•

이 주목적이므로 열림시기를 기준으로 해야 에서 계산직후 인젝터를 열리게 할ECU

수 있기 때문이다 그 값은 시동시의 시동 상태와 점화 플러그의 연료의 접촉 상태.

를 고려하여 결정한다.

출력운전 가속 페달을 출력 위주로 설정된 값 이상만큼 밟았을 때 을 할 때 인젝( )•

터 닫힘 시기를 기준으로 하여 엔진 출력이 높게 나오는 값을 택한다.

일반운전 시동시와 급가속시를 제외 시 인젝터 닫힘시기를 기준으로 하며 이때는( )•

배기 가스와 출력도 동시에 고려하며 경우에 따라 가속 반응감 공회전 안전성도, ,

고려된다.

제 절 자동차 전자 센서2

센서로부터 출력되는 신호 에 입력되는 신호 는 센서의 종류에 따라 다양한 형(ECU )

태가 있다 입력 인터페이스는 그 출력 신호를 컴퓨터가 취급할 수 있는 값으로 변.

환하는 회로이다 컴퓨터는 디지털 값밖에 취급할 수 없기 때문에 아날로그 값으로.

출력하는 센서의 신호를 컨버터에 의해서 디지털 값으로 변환할 필요가 있다A/D .

예를 들면 에어 플로 미터로부터 입력되는 공기 유량 신호일 경우에는 고분해 기,

능 및 고정도 가 요구되기 때문에 비트 정밀도의 축차 비교형 컨버( ) 11 A/D高精度

터 등이 사용된다 이것은 에어 플로 미터의 아날로그 출력의 최고 전압값을 까. 211

지 양자화하고 마다 샘플링 하여 진 코드로 출력한다, 4ms 2 .

자동차의 전자제어 시스템은 엔진의 운전상태를 전기신호로 바꾸어 에 전달하ECU

는 각종 센서와 이 신호를 분석 판단해 연료 인젝터의 밸브 열림량이나 시간을 결,

정하는 컴퓨터로 구성되어 있다 에는 각종 센서로부터엔진 회전수 흡입공기. ECU ,

량 시동선호 스로틀 밸브의 열림 정도 냉각수 온도 흡기온도에 대한 정보가 보, , , ,

내진다 이것을 받은 는 미리 짜여진 프로그램에 의해 최적의 분사량을 계산. ECU ,

연료 인젝터에 명령을 내리는 순서로 처리하게 된다 전자제어 엔진의 제어계통에.

는 각종 센서가 달려있다.

배기가스에 함유된 산소의 양을 측정하는 산소센서 흡입공기량을 검출하는 공기유,

량 센서 스로틀 밸브의 열림정도를 검출하는 스로틀 포지션 센서 엔진 냉각 수온, ,

을 검출하는 수온센서 흡입공기 온도를 검출하는 흡입온도 센서 등 많은 종류의,

센서가 있다.

- 18 -

전자제어 시스템의 제어계통을 확실히 터득하고 각종 센서의 원리와 작동방법 그리

고 고장진단법 등을 제대로 이해해 자기 것으로 만들 수 있다면 실력을 갖춘 당당

한 전문가로서 정비하는데 많은 도움이 될 것이다 전자제어 시스템에 달려 있는.

각종 센서의 작동원리와 구조 기능에 대해 사진을 통해 입체적으로 알아본다, .

산소센서 센서1) (O2 )

산소센서는 배기가스 중 함유된산소의 양을 측정해 그 출력압을 컴퓨터 로 전(ECU)

달하는 역할을 한다 컴퓨터는 산소센서의 신호를 받아 인젝터의 시간을 제어해 항.

상 이론공연비에 가깝도록 자동 조정함으로써 촉매변환기의 정화율을 높여준다 센.

서 감지부 내측은 대기가 흡입되고 외측은 배기가스가 접촉된다 이 때 산소 농도.

차이에 의해 기전력이 발생한다.

그림 핀방식 산소센서 산소센서 단면도 질코니아 방식 산소센서1-9.(a)4 (b) (c)

- 19 -

발생 전압은 정도이다 하지만 이 기전력은 항상 발생하는 것은 아니며0.1~0.9V .

일정한 조건일 때만 작동한다 즉 배기 온도 약 이상 때 작동을 시작해 약. 250

사이에서 원활하게 작동한다 산소센서는 이러한 작동조건 하에서 이론400~800 .

공연비인 을 유지하기 위해 와 함께 지속적으로 정보를 주고받아 피드백14.7:1 ECU

작동을 하는 센서이다 하지만 배기 온도가 이하 때에는 피드백 작동이 이루. 200

어지지 않아 유해 배출가스가 그대로 대기로 방출도니다 따라서 최근에는 이러한.

문제점을 해결하기 위해 산소센서에 히터 선을 따라 연결해 엔진이 워밍업 전이라

도 산소센서가 작동하도록 돕고 있다 산소센서의 종류로는 질코니아와 티타니아형.

이 있지만 대부분 질코니아 방식을 많이 쓴다 산소센서는 열을 받으며 기전력이.

발생하는 특징이 있기 때문에 전압을 만들어 내는 발전기 라고도 한다‘ ’ .

공기 유량 센서2) (AFS)

공기유량 센서는 칼만와류 방식 맵센서 방식 베인식 핫와이어 방식 핫필름 방식, , , ,

등 가지 종류가 있다 이 가운데 칼만와류 방식만 펄스제어 방식이고 나머지는 모5 .

두 전압검출 방식이다 즉 칼만와류 현상을 전기적 디지털 신호로 바꾸어 로. ECU

보내면 는 흡입 공기량 신호와 엔진 회전수를 이용해 기본 분사량과 시간을 계ECU

산하도록 하는 중요한 센서이다.

그림 맵센서 방식 베인식 칼만와류 방식 미러 검출방식 핫1-10. (a) (b) (c) ( ) (d)

필름방식

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응답성이 빠른 순서로 본다면 핫와이어 방식 핫필름방식 칼만와류 방식 베인식, , , ,

맵센서 방식 순이다 고장이 잘 나는 순서로 본다면 칼만아류 방식 베인식 핫필름. , ,

방식 핫와이어 방식 맵센서 방식 순이다 공기유량 센서 중 조정이 가능한 센서는, , .

베인식 뿐이다 배기량에 따라 호환성 있게 조정이 가능한 센서로는 칼만와류 방식.

이 있다 맵센서 방식이나 핫와이어 핫필름 방식은 배기량에 따라 종류가 틀리다. , .

핫와이어 방식과 핫플름 방식은 흡입되는 방향으로 센서부에 표시되어 있는 화살표

방향으로 조립해야만 아이들 상태가 정상이 되므로 주의해야 할 센서이다 엔진.

에는 공기량 신호가 입력되어야만 시동이걸리는 방식이 있는 반면 공기량 신호ECU

가 들어오지 않아도 신호와 엔진 신호로 대처해 시동이 걸리게 하는 방식TPS rpm

도 있다.

대기압 센서3)

대기압 센서는 스트레인 게이지의 저항치가 압력에 비례해 변화하는 것을 이용해

압력을 전압으로 변화시키는 반도체 피에조 저항형 센서이다 대기압 센서는 칼만.

와류 방식에서 사용했지만 지금은 사용을 안하고 있다 우리나라에서는 고지대가. (

별로 없기 때문에 대기압 센서는 센서에 설치되어 대기의 압력에 비례하는) AFS

아날로그 전압으로 변화시켜 에 보내면 는 이신호로 자동차의 고도를 계산ECU ECU

하게 된다 예를 들어 고지대에 도달하게 되면 산소가 적어 희박해짐에 따라 연료.

분사량을 평지에서처럼 분사할 경우는 전체적으로 농후한 상태가 될 것이다 그러.

므로 적정한공연비가 되도록 연료의 분사량을 조절하며 동시에 점화시기도 조정하

는 것이다.

대기압 센서의 결함 때에는 평지에도 대기압 상태 시커먼 연기가 가 능가 나올( ) (CO )

수 있으므로 점검 때 유의해야 한다 센서에입력되는 전압은 이지만 출력값은. 5V

대기압 상태 에서는 에서는 에서는 가 출력된다760mmHg 4V, 750 3.8V, 770 4.2V .

즉 사이는 정상( 3.8~4.2V )

냉각수온 센서4)

수온센서는 흡기다기관 냉각수 통로에 설치되어 냉각수 온도를 검출하는 일종의 가

변저항기 부특성 서미터 이다 온도센서 선호가 로 입력되면 냉각수온 센서값에( ) . ECU

따라 냉간 때에는 엔진 을 보상시켜 주고 엔진 온도가 높아지면 높아진 만큰rpm

엔진 을 저하시키는 역할을 한다 즉 냉간 때 아이들 보상 농후한 혼합기rpm . rpm ,

공급 점하 잔각 등의 역할을 한다 대우차의 경우 열간 때 냉각수 온도 이상, .( ) ( I05 )

에는 전동 팬을 고속으로 회전시켜주는 역할을 한다 만약 온도센서가 고장으로 판.

정되면 엔진 오버히트를 방지하기 위해 가 라디에이터 팬을 고속으로 구동시킨ECU

다.

- 21 -

인젝터 분사방식이 순차분사인 경우 냉각수 온도가 낮게 입력되고 셀프모터 신호,

가 들어올 때는 연료분사를 동시분사로 바꾸어 냉간 때 시동을 원활하게 해주는 역

할도 겸하고 있다 또한 온도센서 페일 세이프 기능에서 온도센서가 고장 때. ECU

에서 로 감지하는 타입과 로 감지하는 타입이 있다 로 감지하는 타20 80 . 80

입은 로 감지하는 타입보다 냉간때 시동이 잘 걸리지 않는 현상이 생길 수 도20

있다.

그림 냉각수온센서 냉각수온센서의 구조 냉각수온센서의 회로도1-11. (a) (b) (c)

스로틀 포지션 센서5) (TPS)

스로틀 포지션 센서의 종류에는 접점식과 가변저항식이 있다 구형 로얄 나 캐. EFI

피탈 등은 접점식을 썼으나 요즘에는 거의 대부분 가변저항식을 사용하고DOHC

있다.

는 스로틀 보디에 설치되어 스로틀 밸브 열림량을 검출한다 또한 공전상태 가TPS . ,

속상태 감속상태 전부하 상태등을 에 알려주어 연료 분사량을 결정하고 점화, , ECU

시기를 보정하며 부하 상태에 따라 에어컨 컴프레서 단속 가능까지 하고 있다.

의 경우 값에 따라 변속패턴이 틀리다 따라서 변속시기가 잘못된 자동차들AT TPS .

은 값으로 조정할 수 있다 즉 값이 규정보다 낮으면 변속이 빨리 이루어지TPS . TPS

고 값이 높으면 변속이 늦게 이루어진다 값은 가 규정값이다 의TPS . TPS 0.5V . AT

경우 의 범위에서 조정이 가능하다 벤딕스 타입에서는 값 변동으0.45~0.73V . TPS

로 인하 고장 트러블이 거의 없다 히지만 지멘스 타입에서는 고장 트러블이 가끔S .

생겨난다.

- 22 -

고장현상은 주행하다가 브레이크를 밟으면 공전 을 유지해야 되는데 약rpm ,

정도에서 엔진 이 내려오지 않는 현상이 생기기도 한다 이 때 배터1500rpm rpm .

리선을 떼어내 소거시키면 정상으로 돌아온다 하지만 운행을 시작하면 다시 엔진.

이 떨어지지 않는 현상이 발생되므로 주의해야 한다rpm .

그림 접점식 스로틀 포지션 센서 접점식 스로틀 포지션 센서의 구조1-12. (a) (b)

흡기온센서6)

흡기온 센서는 에어플로 센서와 함께 일체로 되어 있는 방식과 흡기온도 센서만 독

립적으로 달려있는 방식이 있다 가지 모두 엔진으로 흡입되는 공기온도 변화에. 2

따라 저항값이 변하는 일종의 저항이다NTC .

는 내부 저항을 통해 약 의 전압을 센서 측으로 공급해 준다 이 때 센서의ECU 5V .

저항값에 따라 시그널 전압은 공기온도가 낮을 때 높아지고 공기온도가 높을 때,

낮아진다 는 이 전압값을 감지해 공기온도를 계산하고 점화진각 분사량 공회. ECU , ,

전 속도 등을 정밀 보정하는 역할을 한다

흡기온도센서와 냉각수온 센서 온도값에 따른 저항값< >

엔진온도( ) 저항값( )Ω 엔진온도( ) 저항값( )

120 99.8 60 0.67

- 23 -

제 장 본 론2 .

설계에 관한 현황은 기존 제품의 성능을 향상시키고 제품의 가격을 낮출 수H/W

있도록 하였다 에 사용되고 있는 를 사용하므로써 기존 제품. PDA DragonBall CPU

에 사용되었던 드라이버와 같은 전자 부품이 프로세서 내부에 내장되어 있으LCD

므로 원가의 절감 및 제품의 신뢰성을 높일 수 있도록 하였다 또한 제어회. DRAM

로가 내장되어 있으므로 메모리를 기존의 에서 으로 대체할 수 있기 때SRAM DRAM

문에 원가의 절감을 이룩하였다 이 분야에서 가장 혁신적인 아이디어는 의 처. CPU

리 능력을 고려한 신호처리를 를 사용하여 구현함으로써 구현을 보다 용EPLD S/W

이하게 하였다 이는 제품의 신뢰성에 가장 큰 기여를 할 것이다. .

본 과제의 결과물로 제작될 자동차용 전자 진단기는 프로세서 메모리 디스플레이, ,

및 컴퓨터 통신 등의 전자 부품으로 구성된다 따라서 제품의 품질과 신뢰성 향상.

을 위하여 최적의 부품을 선정하고 데이터 와 를 참조하여 안sheet technical note

정된 시스템을 설계하였다.

설계에 관한 현황은 기존 제품의 성능을 향상시키고 제품의 가격을 낮출 수H/W

있는 방향으로 시간 및 성능 면에서 회로 설계에 대한 검증을 거친 후 를 제작PCB

테스트하였다 이 부분에서 가장 혁신적인 아이디어는 의 처리 능력을 고려한. CPU

신호처리를 를 사용하여 구현함으로써 구현을 보다 용이하게 하였다 이EPLD S/W .

는 제품의 신뢰성에 가장 큰 기여를 할 것이다.

및 는 현재 에 사용되고 있는 사의CPU, Main Memory Display PDA Motorola

를 사용하므로써 기존 제품에 사용되었던 드라이버와 같은 전DragonBall CPU LCD

자 부품이 프로세서 내부에 내장되어 있으므로 원가의 절감 및 제품의 신뢰성을 높

일 수 있도록 하였다 또한 제어회로가 내장되어 있으므로 메모리를 기존의. DRAM

에서 으로 대체할 수 있기 때문에 원가의 절감을 이룩하였다SRAM DRAM .

차량통신 및 컴퓨터 통신은 에 규정된 자동차의 전SAE Surface Vehicle Standard

자제어장치들 과 전자 진단기의 다양한 통신 방법의 전기적 신호의 규격을(ECMs)

통신용 전자 부품과 아날로그 스위치를 사용하여 설계하였다 또한 컴퓨터의.

및 등의 다양한 통신 방법을 지원할 수 있도록 하였다RS232, USB Ethernet .

및 는 자동차의 전자제어장치들 과 통신하여 진단할 수 없I/O AID Converter (ECMs)

는 고장을 진단하기 위하여 진단기는 자동차 내부의 전기적 선호를 관측할 수 있도

록 변환기를 포함하였다 정확한 선호의 측정을 위하여 오실로스코프 회로를A/D .

참조하였으며 이상으로 샘플링이 가능하게 설계하였다2MHz .

- 24 -

새로운 비트 메모리 카드를 설계하였으며 기존의Memory Card 16 Memory Card

를 사용할 수 있도록 하였다 또한 메모리 카드에 자동 기능을 부가하여 기. Detect

존의 카드와 새로운 카드를 가 자동으로 인식할 수 있도록 설계를 완료하였다CPU .

본 연구의 결과로 제안한 블록도를 다음 그림에 나타내었다.

그림 진단기 블록도2-1. Universal

본 연구에서 제안한 블록도는 제품의 성능을 향상시키고 제품의 가격을 낮출 수 있

으며 또한 제품의 신뢰성을 높일 수 있도록 하였다 또한 적인 프로그램을 사. S/W

용하여 다양한 차량 통신 프로토콜을 지원할 수 있도록 하였으며 앞으로 새로이,

발생되는 문제점 해결을 위하여 회로의 변경 없이 소프트웨어의 수정만으로 가능하

도록 설계하였다.

끝으로 설계의 분야에서는 보다 많은 차종의 진단 정보를 수록할 수 있도록S/W

기존의 프로그램의 를 변경하였으며 보다 정확한 실행을 위하여 와Structure , DMA

인터럽트 기반의 를 완성하였다 새로운 차량의 통신 프로토콜의 구Device Driver .

현을 위하여 자료 정리를 담당하는 사원을 새로이 채용하여 본 과제의 원활한 진행

을 돕고 있으며 또한 변경에 따른 개발 기간 지연의 문제점을 세미나와 전문, CPU

가 초빙을 통하여 해결하였다.

- 25 -

제 절1 CPU

본 연구에 사용될 가장 적절한 를 선정하기 위하여 다음 사항을 고려하여 선정CPU

하였다.

첫째 기존의 스캐너에서 사용하고 있는 회로와 부품을 최대로 사용할 수 있도록,

한다 이는 그 동안 축적된 를 활용할 수 있을 뿐아니라 신뢰성에도 영. Know-How

향을 줄 수 있기 때문이다 둘째 스캐너에 꼭 필요한 차량 및 통신용. , HOST

타이머 드라이버를 내장하고 있어야 한다 이는 추가적인 부품을 사USART, , LCD .

용하지 않게 함으로써 제품의 단가를 낮출 수 있다 셋째. , DRAM Controller, GPIO,

를 고려하여 최적의 시스템을 구성할 수 있도록 한다 끝으로 소프트CPU Speed . ‘

웨어의 구매 및 사용이 용이한가 또한 프로그래밍이 가능한가 이는 개발기? C++ ?’

간에 대한 고려이다.

그 결과 모토롤라 사의 드레곤볼 를 선택하였으며 그 중(Motorola) (DragonBall) CPU ,

이 최적으로 판단되었다 그러나 는 의 단계로MC68SZ328 . MC68SZ328 ES sample

부품 수급의 문제가 발생하여 로 결정하였다 또한 와 의 차이는MC68VZ328 . SZ VZ

본 연구에 필요한 기능 등을 포함하고 있기 때문에 추후 설계된 회로에서 필DMA

요한 부분을 제거함으로써 구현이 가능하도록 하여 변경이 용이하도록 하였다.

다음 표 은 리스트에 오른 들에 대한 분석 비교표 이며 결과로 채택된1 CPU

및 의 블록도를 그림 에 나타내었다MC68SZ328 MC68VZ328 2-2 .

- 26 -

표 1. DragonBall Series Comparison

Feature DragonBall DragonBall EZ DragonBall VZ DragonBall Super VZ

CPU 68EC000 68EC000 FLX68000Synthesizable 68000

FLX68000

LCD controllerUp to 4 gray

(1024 x 512)

Up to 16 gray

(320 x 240),

Up to 16 gray

(640 x 512)

Up to 64K (16-bit)

colors for active TFT

Chip selects 168 (external),

I (EMUCS)

8 (external),

I (EMUCS)

10 (external), 1

(EMUCS),

1 (internal SRAM)

DRAM

controllerNot provided Provided

Provided

(supports

SDRAM)

Provided

(supports EDO DARM

and SDRAM)

PLL and

power controlProvided Provided Provided

Provided

(digital PLL)

Interrupt

controllerProvided Provided Provided Provided

Timers 2 1 2 2

RTC 1 Enhanced Enhanced Enhanced

SPI 1 Master Master Master/slave Master/slave

SPI 2 Slave (SPIS) Not provided Master Not provided

UART 1 1 2 2

16-bit PWM Provided Not provided Provided Provided

8-bit PWM Not provided Provided Provided Provided

ICEM Not provided Provided Provided Provided

Bootstrap Not provided Provided Provided Provided

GPIO 77 54 76 93

ASP Not provided Not provided Not provided Provided

MMC/SD Not provided Not provided Not provided Provided

Memory Stick Not provided Not provided Not provided Provided

DMA Not provided Not provided Not provided Provided

Embedded SRAM Not provided Not provided Not provided 100 kbyte

USB Not provided Not provided Not provided Provided

I2C Not provided Not provided Not provided Provided

SpeedUp to

16.58 MHz

Up to 16.58 MHz

and 20 MHz

Up to 33.16

MHzUp to 66.32 MHz

Voltage3.0 V~3.6 V

4.5 V~5.5 V3.0 V to 3.6 V 2.7V to 3.3V 2.7V to 3.3V

Packages 144-pin TQFP100-pin TQFP,

144-pin BGA

144-pin TQFP,

144-pin MAP

BGA

196-pin MAP BGA

- 27 -

ICEM (In-circuit Emulation)

CSPI (Configurable Serial)

UARTs (universal asynchronous)

Reset ()

Bootsrtap ()

DRMAC (DRAM Controller)

GPIO (General-purpose I/O)

PWM (Pulse-width modulation)

RTC (Real-time Clock and sampling

timer)

WD (Watchdog Timer)

추가된것

MMC/SD (Multin‘edia Card and

Secure Digital host controller)

MSHC (General-purpose I/O)

USB (General-purpose I/O)

I2C(General-purpose I/O)

CGM (Clock Generation Module)

eSRAM (Embedded SRAM)

DMAC (Direct Memory Access

Controller)

LCDC (LCD Controller)

ASP(Analog Signal Proce-ssing)

Clock : Up to 66.32 MHz 196-pin MAP BGA

그림 의 블록도2-2. MC68SZ328

제 절 와2 Address Decoder Memory Map

본 연구에서는 보다 많은 차량의 진단을 위하여 비트 를 선택하여 바이32 CPU 4G

트의 메모리를 사용할 수 있도록 하였다 또한 본 연구에 사용된 는 매부에. CPU

를 내장하여 부가적인 의 회로를 사용하지 않아Address decoder address decoder

도 된다 내부에서 지원하는 는 및. CPU Chip select CSA[0~1], CSB0 CSD[0~1]

개의 신호가 있다5 .

는 프로그램을 위한 에 사용하고 는 데이터와 스택CSA0 Flash chip selector . CSD0

을 위한 신호로 사용한다 은 스캐너의 원활한 기능을DRAM chip selector . CSA1

지원하며 소프트웨어의 부담을 감소시키기 위해 사용되는 및 회로Ether Net Latch

를 위하여 사용한다 는 기존의 와 같은 비트 회로를 지원할. CSB0 NAND Flash 8

수 있도록 사용한다 끝으로 은 추후 로 변경될 경우 를 사. CSD1 MC68SZ328 , DMA

용하여 와 같은 고속의 데이터를 전송할 수 있도록 한다 이를 도표로 나타scope .

내면 다음 표 와 같다2 .

- 28 -

표 2. Address Map

제 절3 SCANNER I/O

본 연구에서는 보다 많은 차량의 통신 프로토콜을 지원하기 위하여 다음 그림과 같

이 및 드라이버를 사용하였으며 의 주변장치를 사용CAN, J1850, J1708 OBD CPU

하여 어떠한 통식 방식도 지원할 수 있도록 설계하였다 또한 다양한 커넥터를 지. ,

원하기 위하여 다음 그림과 같이 및 를 사용함으로써 어떠한 차량TX RX selector

이던지 프로그램의 수정만으로 진단이 가능하도록 설계하였다.

- 29 -

그림 스캐너2-3. (a) I/O, (b) CAN interface (c) TX selector, (d) RX selcetor

- 30 -

제 절 입력4 Key Pad

키의 입력을 받아들이기 위하여 일반적으로 의 포트를 사용하여 스캔하는 방식CPU

과 전용 키패드 인터페이스 칩을 사용하는 방식이 있다.

그림 키 입력 인터페이스2-4.

그림 키 입력 흐름도2-5. Routine

- 31 -

전자의 방식은 의 로드를 증가시켜 전체 프로그램의 동작에 영향을 미칠 수 있CPU

다 또한 후자의 방식은 부가적인 칩을 사용해야 한다는 단점이 있다 본 연구에서. .

는 를 사용하여 설계 시 발생하는 을 통합하여 하나의 칩으로 구현EPLD Glue logic

함으로써 전체 제품의 단가를 절감하고 제품의 신뢰성을 높일 수 있도록 하였다.

또한 내에 키 입력부분을 설계해 넣음으로써 부가적인 칩 사용 문제를 해결EPLD

하고 의 로드도 줄임으로써 한층 더 제품의 신뢰성과 성능을 향상하였다CPU .

- 32 -

제 절 사운드 발생을 위한5 PWM

본 연구에서 사용한 는 멤브레인 타입이기 때문에 사용자는 를 누를Key pad , Key

때 그 감각을 느끼기가 힘들다 따라서 다른 방법으로 키의 입력 상황을 사용자에.

게 알려줄 필요가 있다 또한 시스템의 특정한 상황을 소리로 알려줄 필요가 있다. .

이를 위하여 내부에 있는 을 사용하여 그림 와 같이 소리를 발생시킨CPU PWM x

다.

그림 사운드 발생 회로2-6.

이때 발생하는 소리는 사용자의 귀를 거슬리지 않게 하여야 한다 따라서 다음과.

같이 음에 대한 주파수를 사용하여 신호를 발생시킨다PWM .

의 동작1) PWM(Pulse Width Modulation)

주파수는 변하지 않고 의 비율을 변화시키는 것을 펄스 폭 변조라고 한다On/Off .

이 신호를 증폭해서 나 모터에 연결하면 일 때의 시간이 갈수록 더 많은 출LED On

력을 얻게 된다 따라서 의 밝기나 모터의 속도 및 소라의 주파수를 제어할 수. LED

있다

회로의 출력은 다음 그림과 같다 일반적으로 주파수를 결정하기위한PWM . registe,

펄스폭을 조정하기 위한 레지스터 및 동작 모드를 결정하기 위한 레지스터가PWM

내부에 존재하여 그 값에 따라 동작이 결정된다.

- 33 -

그림 출력과 설정2-7. PWM

음에 대한 주파수2)

피아노의 건반에 대한 주파수는 다음 그림과 같다.

그림 음과 주파수의 관계2-8.

한 옥타브간의 주파수 차이는 배 이므로 한 음간의 주파수 차이는2 이다 따라.

서 가온 다의 주파수는

이다 따라서 가장 많이 사용하는 옥타브 내의 주파수는 다음과 같다. .

표 주요음의 주파수3.

- 34 -

제 절 비트 데이터 및 메모리 카드 인터페이스6 8

메모리와 같은 비트 칩들을 지원하기 위하여 다음과 같은 비트NAND FLASH 8 8

인터페이스를 안에 설계하였다 여기서 어드레스는 단순이 를 위EPLD . Chip select

해 사용되며 의 제어 라인을 사용한다CLE, ALE .

그림 비트 및 플래쉬 인터페이스2-9. 8 NAND

메모리 팩에 사용되는 메모라는 용량이 크고 가격이 저렴해야 하므로 NAND

를 사용한다 또한 기능을 위하여 사용되는 변화기와의 인터페이FLASH . scope AID

스를 위하여 비트 인터페이스 및 기능을 지원하도록 설계하였다8 DMA .

- 35 -

제 절 포트 확장7 I/O

본 연구에서 채택한 는 포트를 충분히 보유하고 있으나 다양한 통신 방식CPU I/O

과 다양한 커넥터를 지원하기 위하여 포트를 다음 그림과 같이 확장하여 사용I/O

하였다.

프로그램 시작시 반드시 로 할 것1(0xFFFF) Set 0 : ON 1 : OFF，

을 에 연결하는 스위치Bit 12-0 : CH12-0 K-LINE

을 에 연결하는 스위치Bit 15-13 : CH2-0 L-LINE

프로그램 시작시 반드시 로 할 것1(0x03FF) Set 0 : ON 1 : OFF，

을 에 연결하는 스위치Bit 9-0 : CH12~3(bit#+3) L-LINE

에 연결하는 스위치Bit 10 : K-LINE 4.7Kohm BAT + PULL UP

에 연결하는 스위치Bit 11 : K-LlNE 2Kohm + 5V PULL UP

에 연결하는 스위치Bit 12 : L-LINE 4.7Kohm BAT+ PULL UP

에 연결하는 스위치Bit 13 : L-LINE 2Kohm +5V PULL UP

과 에 연결하는 스위치Bit 14 : K-LINE L-LINE 510 BAT+ PULL UP

을 또는 을 선택하는 스위치Bit 15 : K-LINE PULL UP PULL DOWN

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프로그램 시작시 반드시 로 할 것1(0x3FFF) Set 0 : ON 1 : OFF，

과 연결하는 스위치 과 연결Bit a : VSS_SIGNAL LINE (AST BENZ MULTI ENABLE LINE )

를 출력 하는 스위치Bit 1 : NISSAN CLOCK

를 를 에 연결하는 스위치Bit 2 : J185a BUS+ CH10, BUS- CH11

를 를 에 연결하는 스위치Bit 3 : 485 BUS+ L-LINE, BUS- K-LINE

를 를 에 연결하는 스위치Bit 4 : CAN LOW CH12, HIGH CH0

전압출력을 이 가능하게 하는Bit 5 : CTRL BIT 0 : ENABLE 1 : DISABLE

전용 시키는Bit 6 : J185a CHIP RESET bit 0 : RESET 1 : DEFAULT

를 사용 할경우 과 을 실행J1850 MPU CHIP RESET ENABLE

전용 시키는Bit 7 : J1850 CHIP ENABLE bit 0: ENABLE 1 : DISABLE

전용 시키는Bit 8 : CAN CHIP ENABLE bit 0 : ENABLE 1 : DISABLE

후 사용 현재는 사용않음Bit 9 : CAN_L0 TEST

후 사용 현재는 사용않음Bit 10 : CAN_L1 TEST

후 사용 현재는 사용않음Bit 11 : CAN_L2 TEST

사용시 로 사용Bit 12 : ETHER NET SLEEP MODE 0 : ENABLE 1 : DISABLE

사용시 신호로 사용Bit 13 : PIC CHIP SELECT 0 : ENABLE 1 : DISABLE

Bit 14 : LCD BACK LIGHT ON/OFF CONTROL bit 0 : OFF 1 : ON

조정 할 수 있는 시 사용Bit 15 : VSS_SIGNAL bit(AST BENZ MULTIPLUXER ENABLE )

0 : HIGH 1: LOW(AST BENZ MULTIPLUX ENABLE)

프로그램 시작시 반드시 로 할 것1(0x0707) Set

출력을 선택하는Bit 0 : K-line bit 0 : uart 1 : pulse

출력을 선택하는Bit 1 : L0 -line bit 0 : uart 1 : pulse

출력을 선택하는Bit 2 : 485 bit 0 : uart 1 : high

Bit 3 : NOT USED

입력신호를 선택하는Bit 6~4 bit

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입력신호 bit6 bit5 bit40 RXD_PULL UP 0 0 01 I_FB 0 0 12 K_RXD_OBD(0)-2.5V 0 1 03 K_RXD_OBD(1)-3.6V 0 1 14 K_RXD_OBD(2)-9141 1 0 05 485_RXD 1 0 16 J1850_RXD 1 1 07 CAN_RXD 1 1 1

입력신호 하는Bit 7 : INVERT bit 0 : DON’T CARE 1: INVERTING

출력이 로 선택되었을때 조정하는Bit 8 : K-line pulse Low/High bit 0: Low 1: high

출력을 하는Bit 9 : K-line INVERT bit 0 : DON'T CARE 1: INVERTING

출력이 로 선택되었을때 조정하는Bit 10 : L-line pulse Low/High bit 0 : Low 1: high

출력을 하는Bit 11 : L -line INVERT bit 0 : DON'T CARE 1: INVERTING

Bit 12 : NOT USED

Bit 13 : NOT USED

Bit 14 : NISSAN CLOCK SOURCE SELECT 0 : TIMER 1 : CPU CLOCK

Bit 15 : POWER ON/OFF CONTROL bit 0 : OFF 1 : ON

0 : HIGH 1 : LOW(AST BENZ MULTIPLUX ENABLE)

프로그램 시작시 반드시 로 할것l(0x0004) Set

참조Bit 0 : Nand Flash address latch enable NAND FLASH DATA BOOK

참조Bit 1 : Nand Flash Command latch enable NAND FLASH DATA BOOK

참조Bit 2 : Nand Flash Chip enable NAND FLASH DATA BOOK

Bit 15-3 : NOT USED

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프로그램 시작시 반드시 로 할것l(0x0000) Set

Bit 7~0 : NOT USED

참조Bit 0 : Nand Flash address latch enable NAND FLASH DATA BOOK

참조Bit 1 : Nand Flash Command latch enable NAND FLASH DATA BOOK

참조Bit 2 : Nand Flash Chip enable NAND FLASH DATA BOOK

은 반드시 한 개만 선택 할 것BIT8-BIT13

콘넥터 번핀으로 전압을 출력Bit 8 : OBDII 6 0 : DISABLE 1 : ENABLE

콘넥터 번핀으로 전압을 출력Bit 9 : OBDII 9 0: DISABLE 1 : ENABLE

콘넥터 번핀으로 전압을 출력Bit 10 : OBDII 11 0 : DISABLE 1 : ENABLE

콘넥터 번핀으로 전압을 출력Bit 11 : OBDII 12 0 : DISABLE 1 : ENABLE

콘넥터 번핀으로 전압을 출력Bit 12 : OBDII 13 0 : DISABLE 1 : ENABLE

콘넥터 번핀으로 전압을 출력Bit 13 : OBDII 14 0 : DISABLE 1 : ENABLE

Bit 14 : NOT USED

전압 출력을 을 시키는Bit 15 : ENABLE BIT 0 : DISABLE 1 : ENABLE

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제 절 차량 통신을 위한 속도 결정을 위한 타이머8

다양한 차량 통신 방법에 따른 통신속도를 지원하기 위하여 기본적으로 의, UART

블록을 사용한다 의 이 지원하지 못하는 통신 속도Clock Generation . UART Clock

를 위하여 타이머를 사용한다 의 통신속도를 감지하기 위하여 수신되는 포트. ECU 3

의 신호를 타이머 입력 에 연결하여 통신속도를 계산한다(latch3) RxD (TIN) .

그림 타이머를 사용한 통신속도 결정2-10.

또한 타이머 은 프로그램에서 필요한 특정 지연시간을 위하여 사용하고 타이머1 , 2

는 통신 유지선호 펄스 인트럽트 및 계산을 위하여 사, DTC read ISO9141-1 BPS

용한다.

제 절 최초 프로그램을 위한9 Bootstrap

프로그램을 완성한 이후 프로그램을 제작된 시스템에 포팅하는 것은 플래쉬 메모,

리에 기록하면 된다 이를 위하여 드레곤볼 는 부트스트랩 모드를 지원하고 있. CPU

다.

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그림 최초 프로그램을 위한 부트스트랩2-11.

최초 리셋 신호는 전원인가후 초 동안 를 유지하여야 한다 부트스(RESET) 1.2 LOW .

트랩은 최초 리셋 신호가 인가될 때 신호가 이면 부트스트랩 모드로EMUBRK LOW

들어간다 그렇지 않으면 모드이다 부트스트랩 모드에서는 또는. NORMAL . UART 1

를 사용하여 로 호스트 컴퓨터와 통신할 수 있다 또한 통신을 통하여2 19200bps .

제작된 프로그램을 에 하고 플래쉬 메모리에 할 수 있다RAM DOWNLOAD WRITE .

이러한 기능을 지원하는 프로그램으로는 사의 와MetroWerks BBUGV CodeCruiser

사의 이 있다FLASH328 .

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제 절 시스템10 Clock

본 시스템에서 필요한 클록 은 클록 클록 타이머 클록 등이(Clock) CPU , UART ale

있다 이는 내부에 있는 블록에서 만들어 진다 우선. CPU Clock Generation . CPU

클록은 외부에 의 을 다음 그림과 같이 연결하면 내부의 회32.768kHz Crystal , PLL

로와 연결되어 의 클록을 만든다 그림에서 는33MHz CPU . CLK32 32.768kHz,

는 이다 및 는 의 레지스트 설정에 따라SYSCLK 32Mhz . DMACLK LCDCLK PLLCR

변경할 수 있다.

그림 2-12. CGM (Clock Generation Module)

표 3. CGM Clock Signal Distribution

Used by or Available To CLK32 SYSCLK DMACLK LCDCLK

CLKO/PF2 pin X

DRAM controller X X X

LCD controller X X

PCM X

PWM X X

RTC X

SPls X

Timers X X

UARTs X

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제 절 화면 디스플레이를 위한11 LCD

시스템의 상태나 사용자 입력에 대한 결과값을 출력하는 방법으로 를 사용하였LCD

다 본 연구에 사용된 는 배부에 를 내장하고 있어서 외부에 부가적. CPU LCD Driver

인 호로가 필요하지 않으므로 를 위한 전원과 연결 커넥터만 필요하다LCD .

그림 2-13. LCD interface

에 나타내기 위한 데이터는 메모리인 에 저장되어 있고 의 설정LCD CPU RAM LCD

은 의 용 레지스트의 값에 의해 결정된다 의 깜박임 을 없애기CPU LCD . LCD (flicker)

위하여 프래임 율을 이상으로 설정해야 하는데 와 를 높일30Hz , Contrast Brightness

경우 프래임 율은 보다 높아야 한다 또한 가 높으면 점유율30Hz . Frame Rate DMA

이 높아져 시스템의 성능이 떨어질 수 있기 때문에 적절한 선택이 요구된다 표. 4

에 설정 레지스트와 그 설정값을 나타내었다LCD .

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표 4. Register for LCD

Name Function Value

LSSA 할 이미지가 있는 의 주소Display RAM (LCD Address) 0x0100403E

LXMAX 가로 픽셀수LCD 320

LXMAX 세로 픽셀수 주의LCD - 1, (-1 , ex 240-1=239) 240

LVPW

반드시 주의하여 계산할 것

사이즈와 에 있는 사이즈 간의 계산LCD LSSA Image

이면B/W mode LxMax÷16=320÷16=20

20

LPICF LCD Interface & Mode (0x08=4-bit interface & B/W mode) 08

LPOLCF 01

LACDRC 00

LPXCD LCD Clock Divide 01

LRRA Frame Rate to be calculate 10

LPOSR Panning 00

LCKCON LCD Controller Register 80

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제 장 결 론3 .

본 연구에서는 전세계에 현존하는 자동차를 진단할 수 있는 전자 진단기를 제작하

는 것이다 이를 위하여 제품의 품질과 신뢰성 향상을 위하여 최적의 부품을 선정.

하고 데이터 와 를 참조하여 안정된 시스템을 설계하였다 또한sheet technical note .

설계에 관하여 기존 제품의 성능을 향상시키고 제품의 가격 경쟁력을 갖출 수H/W

있도록 하였다.

의 처리 능력을 고려한 신호처리를 를 사용하여 구현함으로써 구현을CPU EPLD S/W

보다 용이하게 하였으며 를 사용함으로써 기존 제품에 사용되었, Dragon Ball CPU

던 제어회로 및 드라이버와 같은 전자 부품이 프로세서 내부에 내장되DRAM LCD

어 있으므로 원가의 절감 및 제품의 신뢰성을 높일 수 있도록 하였다.

새로운 비트 메모리 차드를 설계하였으며 기존의Memory Card 16 Memory Card

를 사용할 수 있도록 하였다 또한 메모리 카드에 자동 기능을 부가하여 기. Detect

존의 카드와 새로운 카드를 가 자동으로 인식할 수 있도록 설계를 완료하였다CPU .

차량통신 및 컴퓨터 통신은 에 규정된 자동차의 전SAE Surface Vehicle Standard

자제어장치 들과 전자 진단기의 다양한 통신 방법의 전기적 신호의 규격을(ECMs)

통신용 전자 부품과 아날로그 스위치를 사용하여 설계하였다 또한 컴퓨터의.

및 등의 다양한 통신 방법을 지원할 수 있도록 하였다RS232, USB Ethernet .

향후 프로그램의 개발과 업그레이드를 위하여 와 같은 의 사용이 요구될LINUX OS

것으로 전망된다 따라서 이 부분에 대한 초보적인 연구도 수행하였다. .

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부 록 회 로 도.

본 연구에서 설계한 자동차용 전자 진단기는 다음 그림과 같이 계층 구Universal

조를 가지는 방식을 사용하여 설계하였으며 각각의 회로도를 다음에Top-Down ,

첨부하였다.

그림 회로의 계층구조4-1.

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