飞思卡尔单片机在汽车电子中的应用

飞思卡尔单片机在汽车电子中的应用　刘永春，王秋花　（中国重汽集团技术发展中心汽车电子设计部，山东济南　２５０００２）　摘要：详细介绍飞思卡尔１６位单片机ＭＣ９Ｓ１２ＸＥＰ１００的结构、功能特点及性能优势；通过其在汽车后处理系统　电控单元的应用实例，说明其在汽车电子领域的应用方法。　关键词：ＭＣ９Ｓ１２Ｘ　ＥＰＩＯ０；单片机；汽车电子　中图分类号：Ｕ４６３．６　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３—８６３９（２０１５）０３—００３８—０２　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　Ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ　ｉｎ　Ａｕｔｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｕｕ　Ｙｏｎｇ—ｃｈｕｎ．ＷＡＮＧ　Ｑｉｕ。ｈｕａ　（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｈｅａｖｙ　Ｄｕｔｖ　ＴⅢｃｋ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．．Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ　２５０００２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ　１６　ｂｉｔ　ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ　ＭＣ９Ｓｌ２ＸＥＰ１００　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌｓ．Ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｎ　ａｕｔｏ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｉｓ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｐｏｓｔ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ＥＣＵ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＭＣ９Ｓ１２ＸＥＰ１００：ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ：ａｕｔｏ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　随着汽车电子化和智能化的高速发展．单片机　在汽车电子中发挥着越来越重要的作用。在汽车动　力系统中的燃油喷射控制、安全系统中的制动防抱　死控制、后处理系统中的尿素喷射控制、汽车门控　系统等，无不大量采用单片机作为核心控制器件。　飞思卡尔半导体供应商推出的８位、１６位和３２位系　列单片机，能够满足车辆各个控制方面的应用需　求．被广泛应用于汽车电子控制单元中．其中ｌ６位　单片机ＭＣ９Ｓｌ２ＸＥＰ１００则以强大的功能和性能优势　广泛受到人们的青睐。　１　结构　位增强型捕捉定时器ＥＣＴ、兼容ＣＡＮ２．ＯＡ／Ｂ协议的５　个ＣＡＮ接口模块、一个内部ＩｌＣ总线模块及丰富的１０　端驱动器、片内拥有６４　ＫＢ的随机存储器ＲＡＭ、　１　０２４ＫＢ的闪速存储器Ｆｌａｓｈ、４ＫＢ的电可擦写可编　程只读存储器ＥＥＰＲＯＭ，能够满足汽车级芯片温度　范围和各种复杂环境的要求。　２功能特点　ＭＣ９Ｓ１２ＸＥ系列是专用于汽车电子领域的高性　能双核微控制器ＭＣＵ，它享有低成本、低功耗、卓　越的ＥＭＣ性能和高效的代码等优势，可以满足客户　对设计灵活性和平台兼容性的需求。该系列包括６　种型号。闪速存储器容量从１２８　ＫＢ～１　０２４　ＫＢ不等，　封装从８０引脚一２０８￣ＪＩ脚不等。设计员可以灵活选择　不同容量的存储器、封装、价格等，以满足不同应　用的需求。　ＭＣ９Ｓ１２ＸＥＰ１００（以下简称ＸＥＰ１００）片内总线　时钟可高达５０ＭＨｚ．片内资源非常丰富，同时集成　了许多标准的模块．主要包括１６个ｌ２位精度的ＡＤ　转换模块、８个异步串行通信接口ＳＣＩ、３路同步串　行通信接口ＳＰＩ、８通道脉宽调制模块ＰＷＭ、８个ｌ６　收稿日期：２０１４—０４—０８：修回日期：２０１４—０４—１７　ＭＣ９Ｓ１２ＸＥ系列单片机于２００９年９月推向市场。　经过几年的市场考验，其应用已日趋成熟化。飞思　卡尔公司为确保此系列单片机产品供货的长期性和　稳定性，提供了业内领先的长期市场供货计划，保　证最短１５年的供货期和一流的技术支持，并在国内　设有生产厂，目前市场售价６０元左右。　ＭＣ９Ｓ１２ＸＥ系列单片机主要有五大特点。　１）单片机内部采用了增强型ＸＧＡＴＥ协处理器　模块，允许高速数据自主地在单片机外设和内部　ＲＡＭ、Ｉ／０端口之间进行数据传输与处理。ＸＧＡＴＥ　内置有一个１６位的精简指令集内核，可以对要传输　的数据进行预处理并执行复杂的通信协议．易于用　Ｃ语言进行编程。ＸＧＡＴＥ可以显著降低ＣＰＵ的负荷，　使ＣＰＵ，Ｓ，够集中资源运行关键的系统活动，从而提　高了单片机的数据处理能力。　２）Ｓ１２ＸＥ系列包括一个存储器保护单元（ＭＰＵ），　用于防止软件中的系统错误。这个ＭＰＵ解决了不同　作者简介：刘永春（１９８２一），女，硕士，主要从事柴油机电控系统的开发研究；王秋花（１９８４一），女，硕士，主要从事　柴油机电控系统的开发研究。　ｊ　《汽车电器》２０１５年第３期　模块之间的错误交互导致的潜在问题，这项特性在　汽车设计中非常关键，因为它有助于最大程度地控　制汽车中系统故障的扩散。　３）单片机片内集成了可达１　０２４ＫＢ的闪速存储　器Ｆｌａｓｈ。近年来。随着Ｆｌａｓｈ在单片机片内的应用　走向成熟，单片机的开发和应用又迎来了一次新的　飞跃。Ｆｌａｓｈ是一种非易失性存储介质，读取它的内　容同ＲＡＭ的读取一样方便，而对它的写操作却比　ＥＥＰＲＯＭ还要快。在系统掉电后，Ｆｌａｓｈ中的内容仍　能可靠保持不变。Ｆｌａｓｈ的主要优点是结构简单、集　成密度大、成本低。由于Ｆｌａｓｈ可以局部擦除，且写　人、擦除次数可达数万次以上．从而使开发微控制　器不再需要昂贵的仿真器。　４）简单的背景开发模式（ＢＤＭ）：ＰＣ主机＿÷　ＢＤＭ调试器一目标板，使得开发成本进一步降低，　也使得现场开发和系统升级变得比较方便。６针　ＢＤＭ接口的引脚定义见表ｌ。　表Ｉ　ＢＤＭ接口引脚定义　引脚　定义　引脚　定义　１　通信线ＢＫＧＤ　２　地线ＧＮＤ　３　空ＮＣ　４　复位ＲＳＴ　５　空ＮＣ　６　芯片电压ＶＤＤ　５）应用锁相环技术提高了系统的电磁兼容性。　在以往不使用锁相环的微控制器应用系统中．晶振　电路由于其工作频率比较高（通常为几兆赫兹至几　十兆赫兹）而成为一个很大的干扰源，这一问题给　系统设计、线路板布局带来了很多不便。ＭＣ９Ｓ１２ＸＥ　系列单片机在时钟发生系统中巧妙地使用了锁相环　技术．因而可在几兆赫兹的外部晶振情况下．通过　软件编程产生上百兆的系统时钟，从而降低了对外　辐射干扰，提高了系统的稳定性。　３在汽车电子中的应用　现以一个典型的后处理系统电控单元的设计开　发为例，说明ＸＥＰ１００在汽车电子领域的应用，图ｌ　为后处理电控单元的系统框图。该系统基于模块化　的设计思想，主要从电源模块、信号输入调理模　ｌ电源模块　ｌ　ｃＡＮ通信模块　数字信　——一　中央处理模块　量　单片机　覆　童　ｌ信号输入　调理模块　ＭＣ９８１２ＸＥＰ１００　号输入Ｊ　＝＝＝＝＝　尿素泵管　——Ｉ诊断模块　箱加热的　驱动模块　图１后处理电控单元的系统框图　块、中央处理模块、通信模块、尿素泵的驱动模　块、尿素喷嘴的驱动模块、尿素泵管箱加热的驱动　模块、故障诊断模块而设计。中央处理模块采用了　飞思卡尔ｌ６位单片机ＸＥＰ１００作为核心处理器．主　要功能是根据从ＣＡＮ总线上获得的发动机的实时工　况、数字信号（包括钥匙开关、蓄电池的电源开关　等）和模拟信号（包括尿素温度、尿素液位、尿素　压力、催化器前温等）由单片机ＸＥＰＩＯ０进行精确　的逻辑运算，来控制尿素溶液的喷射时刻和喷射　量，尿素溶液被喷射到排气管中与发动机尾气进行　化学反应，从而起到净化尾气的作用。　电源模块需要把蓄电池电压２４　ｖ转换为５　Ｖ的直　流电压，为单片机等集成芯片及传感器提供５　ｖ电　源。中央处理模块是由中央处理器、晶振电路、复　位电路、程序刷写电路和外围接口电路组成．它是　整个控制器ＤＣＵ的核心，也是单片机ＸＥＰ１００工作　必不可少的最小模块单元。ＣＡＮ通信模块实现与发　动机控制器ＥＣＵ、仪表控制器信息的交互．通过　ＣＡＮ总线实现参数的在线标定调试、程序的刷写。　信号调理模块主要用于处理模拟信号和钥匙开关等　数字信号，模拟信号需要经过一系列的调理电路处　理成０—５Ｖ的电压信号给单片机的ＡＤ端口，再由单　片机进行ＡＤ转换，数字信号经过一系列的调理电　路给单片机的１０口。尿素泵的驱动模块中采用了　ｉｎｆｉｎｅｏｎ公司的电机控制芯片，它内部集成了Ｈ桥电　路，用来驱动泵内的电机，实现电机的正反转；对　喷嘴、尿素箱加热、尿素泵加热、尿素管加热的驱　动采用了安森美公司的ＭＯＳＦＥＴ功率驱动芯片，对　执行器的诊断可通过ＳＰＩ接口与单片机通信，实时　读取故障信息。　该后处理系统的电控单元被应用在重汽国Ⅳ重　型柴油车辆上，主要包括Ａ７车型和ＨＯＷＯ车型，以　满足重型柴油机国Ⅳ排放法规的需要。经过长期的　试验验证，证明以单片机ＸＥＰ１００为主控芯片的电　控单元具有非常好的稳定性和可靠性．并赢得了良　好的市场反映　４结束语　单片机ＸＥＰ１００的应用并不复杂。对于一般简　单的应用硬件，只需增加少量的外围电路即可实　现；对于相对复杂的系统，进行外围电路的扩展也　极为方便。特别是在汽车电子领域。ＸＥＰ１００凭借　着丰富的片内资源、强大的功能、卓越的性能优势　及较高的性价比，给硬件设计及软件编程提供了极　大的方便。我们可以预见：汽车电子工业的迅猛发　展，必将给这种高性价比的微控制器带来更为广泛　的应用和发展空间。　（编辑杨　景）　《汽车电器》２ｏ１５年第３期