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      單片機汽車電子論文

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      單片機汽車電子論文

      1功能特點

      MC9S12XE系列單片機于2009年9月推向市場,經過幾年的市場考驗,其應用已日趨成熟化。飛思卡爾公司為確保此系列單片機產品供貨的長期性和穩定性,提供了業內領先的長期市場供貨計劃,保證最短15年的供貨期和一流的技術支持,并在國內設有生產廠,目前市場售價60元左右。MC9S12XE系列單片機主要有五大特點。

      1)單片機內部采用了增強型XGATE協處理器模塊,允許高速數據自主地在單片機外設和內部RAM、I/O端口之間進行數據傳輸與處理。XGATE內置有一個16位的精簡指令集內核,可以對要傳輸的數據進行預處理并執行復雜的通信協議,易于用C語言進行編程。XGATE可以顯著降低CPU的負荷,使CPU能夠集中資源運行關鍵的系統活動,從而提高了單片機的數據處理能力。

      2)S12XE系列包括一個存儲器保護單元(MPU),用于防止軟件中的系統錯誤。這個MPU解決了不同模塊之間的錯誤交互導致的潛在問題,這項特性在汽車設計中非常關鍵,因為它有助于最大程度地控制汽車中系統故障的擴散。

      3)單片機片內集成了可達1024KB的閃速存儲器Flash。近年來,隨著Flash在單片機片內的應用走向成熟,單片機的開發和應用又迎來了一次新的飛躍。Flash是一種非易失性存儲介質,讀取它的內容同RAM的讀取一樣方便,而對它的寫操作卻比EEPROM還要快。在系統掉電后,Flash中的內容仍能可靠保持不變。Flash的主要優點是結構簡單、集成密度大、成本低。由于Flash可以局部擦除,且寫入、擦除次數可達數萬次以上,從而使開發微控制器不再需要昂貴的仿真器。

      4)簡單的背景開發模式(BDM):PC主機→BDM調試器→目標板,使得開發成本進一步降低,也使得現場開發和系統升級變得比較方便。

      5)應用鎖相環技術提高了系統的電磁兼容性。在以往不使用鎖相環的微控制器應用系統中,晶振電路由于其工作頻率比較高(通常為幾兆赫茲至幾十兆赫茲)而成為一個很大的干擾源,這一問題給系統設計、線路板布局帶來了很多不便。MC9S12XE系列單片機在時鐘發生系統中巧妙地使用了鎖相環技術,因而可在幾兆赫茲的外部晶振情況下,通過軟件編程產生上百兆的系統時鐘,從而降低了對外輻射干擾,提高了系統的穩定性。

      2在汽車電子中的應用

      現以一個典型的后處理系統電控單元的設計開發為例,說明XEP100在汽車電子領域的應用,該系統基于模塊化的設計思想,主要從電源模塊、信號輸入調理模塊、中央處理模塊、通信模塊、尿素泵的驅動模塊、尿素噴嘴的驅動模塊、尿素泵管箱加熱的驅動模塊、故障診斷模塊而設計。中央處理模塊采用了飛思卡爾16位單片機XEP100作為核心處理器,主要功能是根據從CAN總線上獲得的發動機的實時工況、數字信號(包括鑰匙開關、蓄電池的電源開關等)和模擬信號(包括尿素溫度、尿素液位、尿素壓力、催化器前溫等)由單片機XEP100進行精確的邏輯運算,來控制尿素溶液的噴射時刻和噴射量,尿素溶液被噴射到排氣管中與發動機尾氣進行化學反應,從而起到凈化尾氣的作用。電源模塊需要把蓄電池電壓24V轉換為5V的直流電壓,為單片機等集成芯片及傳感器提供5V電源。中央處理模塊是由中央處理器、晶振電路、復位電路、程序刷寫電路和外圍接口電路組成,它是整個控制器DCU的核心,也是單片機XEP100工作必不可少的最小模塊單元。CAN通信模塊實現與發動機控制器ECU、儀表控制器信息的交互,通過CAN總線實現參數的在線標定調試、程序的刷寫。信號調理模塊主要用于處理模擬信號和鑰匙開關等數字信號,模擬信號需要經過一系列的調理電路處理成0~5V的電壓信號給單片機的AD端口,再由單片機進行AD轉換,數字信號經過一系列的調理電路給單片機的IO口。尿素泵的驅動模塊中采用了infineon公司的電機控制芯片,它內部集成了H橋電路,用來驅動泵內的電機,實現電機的正反轉;對噴嘴、尿素箱加熱、尿素泵加熱、尿素管加熱的驅動采用了安森美公司的MOSFET功率驅動芯片,對執行器的診斷可通過SPI接口與單片機通信,實時讀取故障信息。該后處理系統的電控單元被應用在重汽國Ⅳ重型柴油車輛上,主要包括A7車型和HOWO車型,以滿足重型柴油機國Ⅳ排放法規的需要。經過長期的試驗驗證,證明以單片機XEP100為主控芯片的電控單元具有非常好的穩定性和可靠性,并贏得了良好的市場反映。

      3結束語

      單片機XEP100的應用并不復雜。對于一般簡單的應用硬件,只需增加少量的外圍電路即可實現;對于相對復雜的系統,進行外圍電路的擴展也極為方便。特別是在汽車電子領域,XEP100憑借著豐富的片內資源、強大的功能、卓越的性能優勢及較高的性價比,給硬件設計及軟件編程提供了極大的方便。我們可以預見:汽車電子工業的迅猛發展,必將給這種高性價比的微控制器帶來更為廣泛的應用和發展空間。

      作者:劉永春王秋花單位:中國重汽集團技術發展中心汽車電子設計部

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