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详解基于CAN总线的汽车仪表系统—芯片选型与电

作者:admin时间:2020-09-11 13:39

  的选型正在一共计划策画中至闭紧急,是首要功用完毕的环节元件,并直接联系到外围元器件的摆设恳求和全部计划的可完毕性。体例本能的平稳性、功用需求的牢靠性以及商场定位恳求和合理的经济性都是正在过于高贵,尽管本能优良也会由于价值的缘故而遗失商场;体例计划知足实习室台架试验,其价值也对比合理,但却不行知足汽车电气筑立根基本领条款(QC门禅13一2002)中的振动、崎岖温、耐酸等试验,这同样会使你的开辟计划遗失价钱。因而正在举行开辟计划体例策画时,抉择适合本体例的MCU是开辟计划获胜的紧急一步。当前,嵌入式行使本领正在过去的20年里取得了迅猛的开展,天下上许众单片机公司都依据汽车的特定境况推出了各样差别本能的MCU 。个中正在汽车范围内对比领先的有Freeseale、Philips,其他单片机公司如:microchip、atmel、fujitsu、TI、NEC、ST等也接踵开辟除了适合汽车任务境况的单片机。本体例MCU抉择FREESCAI石公司的16位单片MC9512H128。Freescafe(飞思卡尔)半导体公司(原MOTOROLA公司半导体产物部)是天下上最大的单片机供应商。其单片机产物的本领基础可追溯到1974年的8位执掌器MC6800和其后的MC6801,行使HMOS工艺,功耗高。最早展现CMOS工艺的单片机是MC14685,其后展现了HCMOS(高速CMOS)工艺的单片机MC68HC05,产量冲破了20亿片,是天下上产量最高的单片机。其后又推出了HCS05和HCLDS两个系列的单片机,于2000年后推出了低功耗、低本钱、高本能的8位单片机有Hc08、MCSOS、HCn,其系列种类繁众、片内资源充足,行使局限通常,牢靠性高,抗滋扰材干强。其他干系产物睹外4一1

  跟着电子本领的不停开展以及人们对产人格使本能恳求的提升,执掌位数更高的单片机也取得了敏捷的开展,各公司纷纷推出了16位和犯位高本能的单片机。但因为价值,本领等要素的影响,还没有一般行使,通常正在特定境况和有特意需求的局面中行使。FREESCALE公司的16位单片机产物有HC12系列、512系列、He16系列等[35]。

  本课题正在MCU选型计划计划上做了大宗任务,经历了如下序次:最初依据功用需求划分功用模块,然后依据功用模块抉择适当型号的MCU,依据各MCU的本能举行摆设外围电途,终末通过对比各个计划的归纳本能、本钱价值、工艺条款后终末确定了以H128为MCU的开辟计划,抉择了Freescale公司特意为汽车仪外策画的16位单片机Megs12H12s(自此简称HiZs)136]。H12s属于16位单片机中512系列中的一种(512系列单片机依据行使局面的差别分为A、B、C、D、E、F、G、H、L等系列)。抉择H128其最首要的缘故便是其片内功用模块的高集成度齐全契合本体例组织框图计划的功用需求,无需扩展任何外围电途即可告竣体例功用的完毕。H128其外围引脚功用如图4一1所示。

  MC9512H128单片机的功用正好能知足仪外体例的需求,其内部集成的每个功用模块都正在本仪外中行使到,并有个别接口预留,可能行动功用扩展和产物升级行使。H128内部充足的集成资源、本钱价值相对省钱,特意针对汽车境况举行功用开辟能知足汽车电子耐温、振动、耐酸等众项试验,使得体例本能平稳,任务牢靠。H128单片机正在行使和运转上具有以下特性:

  1.低功率消费:通过编程的设施对输入时钟举行分频,避开了功耗更大的高频电途,总线MHz晶体。其它,还具有认AIT和STOP形式进一步消重功耗。它还可能行使低频率晶体(比如32K)的节能办法,通过PLL倍频后供MCU行使。序次可限定PLL正在知足恳求的条件下尽量消重时钟速度,主动平均本能与功耗之间的联系。

  2.兼容性:CPU12齐全兼容HCn的源序次,大都指令汇编后天生一致的方针代码,它的序次策画模子与中止相应的仓库操作次序与HCll齐全一致。其它CPU12扩大了不少新的指令。

  3.提升速率:CPU12是16位的执掌器,ALU正在某些运算中为20位。MCgs12内部所稀有据总线位,外部总线位任务办法,也可能扩展为8位任务办法,云云可用8位的存储器件组成低本钱的行使体例。尽管抉择了这种8位的任务办法,CPU12仍旧按16位办法操作,智能总线位操作,时候片刻冻结CPu。其次,CPU12具有一个犹如流水线的指令部队,用于缓冲指令代码。CPU着手推行任何一条指令时,除了8位操作码以外,起码此外两个字节的方针代码对CPU可睹。这意味着对待大都指令来讲,着手推行时,所需代码仍然进入CPU,可正在单个周期内告竣,而无需等候取指令操作。取指令操作固定根据16位举行,与指令代码长度无闭,所以不恳求代码长度是偶数字节,从而提升了代码效力。CPU12的指令部队逻辑和微代码使对齐的和非对齐的指令推行时光齐全一致。

  4.片内集成128KB的闪速存储器(FLASH)和 6KBRAM及ZKB的EZPRoM。近年来,跟着闪速存储器正在微限定器片内的行使走向成熟,微限定器的开辟、行使又迎来了一次新的奔腾。FLASH是一种非易失性存储介质,读取它的实质同RAM的读取相同便利,而对它的写操作却比EZPROM还要速。同时,正在体例掉电后,FLASH中的实质仍能牢靠维系稳定。FLASH的首要益处是组织粗略、集成密度大、本钱低。因为FLASH可能部分擦除,且写入、擦除次数可达数万次以上,从而使开辟微限定器不再需求高贵的仿线KB的RAM使得CPU能适合大大都中高级体例的需求。

  5.行使锁相本领提升了体例的电磁兼容性正在以往不成使锁相环的微限定器行使体例中,晶振电途因为其任务频率对比高(日常为几兆赫兹至几十兆赫兹)而成为一个很大的滋扰源,这一题目给体例策画、线途板构造带来了许众未便。MCgs12的时钟发作体例中高明地行使了锁相本领,因此可正在外接几十千赫的外部晶振情状下,通过软件编程发生几兆的体例时钟,从而消重了对外辐射滋扰,提升了体例的平稳性。

  6.笼统运算指令:HCS12CPU中有独特的四条笼统逻辑指令,操纵他们可能企图附属度函数、加权或非加权的原则推理以及用于加权均匀解笼统算法的输出乞降、权值乞降。操纵这些指令,可能正在大约50个字节代码长度内组成一个完备的笼统推理主旨,推行时光仅60us(16MHz晶振)。

  7.后台开辟形式:粗略的后台开辟形式(行使正在线仿真器或评估板)使得开辟本钱进一步消重,也使得现场开辟和体例升级变得对比便利。

  8.硬件断点:若是序次位于ROM中,调试进程需求行使硬件断点逻辑。HCS12可能供应两个寻常断点,或者一个蕴涵16位所在、16位数据及读写信号的条款断点。断点执掌计划蕴涵正在成婚所在前休止CPU或者发生软件中止SWI。双所在断点形式下,通过SWI可认为ROM中的序次作两个软件补丁。

  比如正在初始化阶段对断点逻辑举行筑立,使它正在碰到舛错所在时发生SWI,SWI供职过程可能挪用摆设正在EEPROM中的补丁序次,取代受损的指令序列,终末跳转到舛错指令序列后面持续运转。

  H128集成了充足的外围资源除蕴涵闪速存储器FLASH和内部RAM以外,该芯片还集成众种功用模块。其各功用模块差别与外围电途接口对应,每个功用模块都对应一个人例功用需求,并与外围电途和元器件相对应,是选型的紧急参考要素。首要集成的功用模块:

  (Motorolascalablecontrofler areanetwort)模块,是为16位MCU策画的通用CAN通讯模块,它和CAN2.0川2.0B齐全兼容,完毕CAN限定器的功用。限定器和带动机、变速箱等底盘动力传动安装的CAN总线节点相连,完毕CAN总线数据的领受与发送任务卿l。H128中有两途CAN总线接口,差别为RXCANO、TXCANO和RXCANI、TXCANI。个中CANO口可界说为CAN通讯接口,也可界说为J1850通讯接口,CANI除了界说为cAN端口外也可界说为IZc端口。双途CAN接口使得仪外不只行动CAN总线上的一个节点,同样也可能行动一个中继器,完毕差别搜集答应之间的互连。MSCAN模块组织图如

  2)契合CAN2.OA/B轨范:援助轨范帧和扩展数据帧,最众8个BYTE的数据长度,援助长途央求帧,高达IMbps的可编程通讯速度;

  5)精巧筑立可障蔽标识符 (maskableidentifierfilter)的任务办法,可能摆设2个32位过滤码(实用于扩展形式)、4个16位过滤码或6个8位过滤码;

  8)MSCAN模块供应了行使便利的自钡叮形式,用户可能正在不加任何外围电途的情状下,是CAN的发送和领受两个引脚正在芯片内部相连,用户可能编程测试CAN模块的寻常行使。MSCAN模块通过引脚CANT和CANR和驱动器相连,正在 CAN总线上,CANT输出引脚代外的CAN总线.A/D转换模块

  A/D模块内部可分为三个个别:IP总线接口、转换形式限定寄存器/寄存器列外、自界说模仿量。IP总线接口担负该模块与总线的相连,完毕A/D模块和通用I/O的主意。转换形式限定寄存器列外中有限定该模块的全豹寄存器,自界说模仿量担负模仿量到数字量的转换。A/D转换模块没有分频机制,最大转换时钟频率为 ZMHZ,最小转换时钟为5OOKHZ,因而必需是经历分频后的转换永远频率处于两者之间,或者得不到无误的结果。转换时光可用以下公式来企图:

  正在一个单片机体例中,MCU除了举行限定数据传送外,还需求与外围器件举行数据换取。固然并行接口授输速度比串行接口要速,但其占用了太众的硬件资源,况且连线繁复。所认为了简化体例,现正在各厂家推出的芯片中人人都带有串行数据接口。

  SPI(serialperipheralinterfaee)是一种高速高效力的同步串行本领,这种接口本领首要用于MCU与外部接口芯片换取数据,这正在Freesca1e(原Motorola)单片机中仍然是一个轨范模块,也逐步成为一种工业接口轨范。SPI接口常用于主从散布体例,一个轨范的SPI体例蕴涵一个MCU和几个差别的外部筑立。SPI行使4条线)串行时钟线 SCLK(SerialCloCk)。SCLK是主机与从机之间数据传输的同步信号。对待主机来说,SCLK是时钟输出引脚,而对待从机来说,SCLK便是时钟输出引脚。

  3)主机输出、从机输入数据线 MOSI(Masterout/slavein)。MOSI是Spl模块的此外一根串行数据线)低电平有用的从机抉择线(slaveseleet)。55正在主机和从机形式中具有无须的功用。从机形式下,SS是递次数据传输着手前答应SPI任务的片选信号;主机形式下,SS可能置位 MODF标记位,保障一个人例惟有一个SPI行动主机。SPI任务道理如统一个16位的散布式移位寄存器,一半正在单片机内中,一半正在外设中。当SPI任务时,通过串行时钟线位,从而完毕单片机与外设的数据换取。任务道理如图4一3所示:

  PWM(pulsewidthmodulate)即脉宽调制,脉宽调制波是一种可用序次来限定波形占空比、周期、相位的波形。H128单片机内部集成了2途PWM输出通道,正在精度恳求不高的情状下,PWM模块可能看成单片机的D/A口模块行使,从而消重体例本钱Isl]。本体例恰是操纵了这一特质来改动仪外背光灯的明暗度,其道理如图4一4:

  寻常输入通道中带有一个捕获寄存器用来记载管脚上电平改观时自正在计数器的锁存值。正在带缓冲的输入捕获通道中,除了带有捕获寄存器以外,另有一个维系寄存器,可能正在不中止的条款下继续记载两次自正在计数器的值。脉冲累加器与按时器中4个带缓冲的通道相连,通过检测相应管脚上的有用角落来记载脉冲的个数。相邻的两个8位脉冲累加计数器可能联成为一个16位的脉冲计数器,用户可能抉择4个8位或者2个16位累加计数器。按时器最常睹的用法是用于内部按时和外部脉冲计数,脉冲累加器有两种任务形式:锁存办法和部队办法。

  锁存办法:当模数计数器减为0、向模数计数器写入$仪刃0或写强制锁存位ICLA时,脉冲累加计数器将锁存到相应通道的维系寄存器中,并将累加计数器清零。

  部队办法:当读取某通道维系寄存器的值时,相应的脉冲累加器的值将被写入该维系寄存器中并将脉冲累加器清零。

  H128内部带有笔段式LCD驱动模块,可能驱动32个前极和4个背极,全豹发生的波形均由片内的充电泵供应,不需采用外部元器件脚l。有4个1/0端口BPO一BP3特意用来驱动背极,其他32个前极驱动引脚为复用端口,从FPO一FP27,PT4一PT7。当LCD驱动模块禁止时,LCD显示将被紧闭,全豹的前极和后极驱动电压都为VDD,梯形电阻组织也将不正在和VDD相连,以此来消重功耗。通常依据需求众少背极驱动来筑立LCD输出波形的占空比,可能有三种筑立设施:

  当LCD驱动模块使能后,背极引脚就会根据设定好的占空比输出背极波形。背极波形是周期的。

  H128内部集成了6个步一心电机驱动模块,无须正在外围电途扩大步进电机驱动芯片,是目前为止集成正在芯片上驱动步进电机最众的汽车仪外芯片之一。其片内有零丁的步进电机电源驱动模块,每途驱动两个步进电机。对应的引脚差别为PUO一PU7,PVO一PV7,PWO一Pw7,通过改动各引脚中的电平崎岖和频率来驱动步进电机按偏向和速率运转。

  HCS12系列毗U具有内部时钟天生模块ICG.,可能不操纵外部器件就可认为MCU产平生稳的时钟源,精度可到达士3.5%。内部时钟发作用具有可编程的时钟输出,同时可能抉择外部时钟发作器,通过软件可抉择总线时钟为内部或者外部时钟。HCS12系列MCU还具有及时时钟RTC模块,它可能供应及时时钟与日历功用,并具有年、月和日主动调解的感化,其它还可发生闹钟中止、周期性中止和0.015秒外记时中止。还可能依据闰年主动调解日历功用,其他中止蕴涵报警中止、周期性中止和一个记时按时器。

  因为51单片机正在我邦的普及与通常行使,大大都的项目工程师都对51单片机的组织和本能极端熟习。采用51单片机行动MCU,然后扩大一个CAN限定器(如sJA10加)也可能构成一个CAN的节点,即51单片机+CAN限定器的形式。采用这种办法的特性是其组织粗略易懂,开辟用度对比低廉,大大都学生也可能有条款举行CAN节点的开辟。其缺欠是51单片机没有经历汽车上干系境况本能的试验,对待突发性的境况,会展现舛错;同时,51单片机的珊口资源相对较少,需求扩充相当数目的外围电途,如众通道周D转换芯片,步进电机的驱动芯片,LCD的驱动芯片等等,以致外围电途组织繁复,工艺难度扩大,本能也会相对消重,价值本钱也对比高贵脚]。也有个别正在汽车仪外上行使的芯片如MICR0eHxP的PxC16F946系列PHILIPS的P8X591系列,FUJISTU公司的MB9()F系列的和Tl公司的TMS32OLF系列等,针对本计划的功用需求,也都存正在着资源相对缺乏的题目。

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