汽車方向盤按鍵控制器系統(tǒng)設(shè)計

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1、汽車方向盤按鍵控制器系統(tǒng)設(shè)計作者：飛思卡爾半導(dǎo)體中國有限公司錢華隨著汽車在人們?nèi)粘Ｉ钪械钠占耙约捌囯娮釉谄噾?yīng)用領(lǐng)域價值不斷地擴(kuò)大，越來越多的舒適性能和“智能”應(yīng)用被集成進(jìn)車身電子的領(lǐng)域。飛思卡爾最新的汽車級8位微控制器MC9S08SC4便是本文所要介紹的主角，該款微控制器是業(yè)界使用廣泛的飛思卡爾HCS08系列汽車級微控制器家族最新的成員，以其低成本、小封裝但同時兼具高性能、高可靠性的特點，適用于眾多汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域，例如：簡單的燈光控制、按鍵控制、HVAC、LIN通信控制器、車內(nèi)后視鏡調(diào)光以及簡單的繼電器和馬達(dá)控制。如果你正在為你的應(yīng)用物色一顆高性能、低成本的汽車級微控制器，但又

2、為電子模塊成本和PCB面積的限制而苦惱，相信MC9S08SC4正是你要找的這顆芯片。MC9S08SC4的片上資源及性能MC9S08SC4作為飛思卡爾HCS08汽車級8位微控制器家族的成員，設(shè)計上延續(xù)了HCS08微控制器許多的優(yōu)點，例如總線頻率高達(dá)20Mhz的HCS08內(nèi)核，高質(zhì)量汽車級內(nèi)置Flash存儲器可用于EEPROM的模擬，芯片上自帶的時鐘振蕩器在全溫度和電壓范圍內(nèi)可校準(zhǔn)至±2%的精度，還包括內(nèi)部增強(qiáng)型支持LIN通信的串口控制器。圖1是MC9S08SC4芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖和資源配置。MC9S08SC4的典型應(yīng)用人們在選擇家用轎車時，對舒適性要求不斷提高，因此在整車的設(shè)計中舒適性能

3、也受到越來越廣泛地重視，舒適性能已成為購車因素的一項重要指標(biāo)。因此即使在許多中低端的轎車上這種需求也隨處可見，例如現(xiàn)在汽車的方向盤已經(jīng)不僅僅是傳統(tǒng)的只具備控制方向和喇叭的功能，在它上面往往會集成用于控制其他功能的按鍵，例如控制收音機(jī)的操作按鈕、控制DVD或者CD播放的操作按鈕、手機(jī)藍(lán)牙免提、自動巡航控制按鈕，甚至還預(yù)留了用戶可配置功能的按鍵。方向盤按鍵的不同風(fēng)格體現(xiàn)了每種車型不同的個性，因此按鍵設(shè)計正受到越來越多車廠的關(guān)注。本文所要介紹的MC9S08SC4微控制器非常適合類似方向盤按鍵這樣應(yīng)用，能幫助汽車制造商在不增加高昂成本的情況下獲得比競爭者對手較大的差異化優(yōu)勢。MC9S08SC4

4、在鍵盤的應(yīng)用中可作為一個LIN通信的Slave節(jié)點，負(fù)責(zé)采集來自方向盤按鍵的各種控制信號，然后通過LIN總線將這些信號傳遞給車內(nèi)其他的控制器單元，這些控制包括車身電子控制器、CD或者DVD控制器、藍(lán)牙通信控制器和儀表盤控制器等。圖2所示是利用MC9S08SC4作為方向盤按鍵控制器的系統(tǒng)框圖，簡單地表明了整個控制系統(tǒng)從鍵盤信號輸入端經(jīng)過邏輯控制最終輸出驅(qū)動信號這一完整的控制流程。汽車方向盤按鍵控制器單元由藍(lán)色框內(nèi)部組成，雖然整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對簡單，但是該應(yīng)用還是有一些設(shè)計上的挑戰(zhàn)。汽車方向盤按鍵控制器系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)汽車方向盤按鍵控制器的設(shè)計，主要的挑戰(zhàn)在于：方向盤按鍵控制器在安裝的空間

5、上受到限制，由于控制器會被安裝在方向盤面板附近的位置，因此需要在設(shè)計時盡可能減小PCB的面積，以方便地嵌入到方向盤下方狹小的空間，并且要避免和其它模塊例如ABS安裝的位置發(fā)生沖突。方向盤按鍵控制器在為駕駛員帶來操控舒適性和駕駛樂趣的同時，需要承擔(dān)來自按鍵發(fā)出的多重的控制命令并將這些命令發(fā)送給相應(yīng)的控制模塊，例如各種和CD/DVD相關(guān)的娛樂功能，定速巡航控制和手機(jī)或者電話的免提功能，如果使用線束方式將這些功能分別連接到控制對象，將增加大量線束的成本和整車的重量，并且大量的線束也將增加布線的復(fù)雜程度，因此，通過汽車總線的方式實現(xiàn)模塊之間的通信是一種性價比很高的選擇。對于成本敏感的應(yīng)用中，如

6、何盡可能減少外部元器件的個數(shù)，以及盡可能利用微控制器提供的片上資源來實現(xiàn)系統(tǒng)功能是設(shè)計關(guān)鍵所在。但這對微控制器本身的性能提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對于一顆汽車入門級的微控制器而言尤其如此。MC9S08SC4如何應(yīng)對系統(tǒng)設(shè)計挑戰(zhàn)MC9S08SC4系列微控制器在芯片設(shè)計之初便預(yù)見到了在類似應(yīng)用中系統(tǒng)設(shè)計鎖面臨的挑戰(zhàn)，以下將介紹MC9S08SC4是如何逐一克服上述挑戰(zhàn)的。MC9S08SC4系列微控制器的封裝為16-TSSOP，包括管腳的外形尺寸僅為6.40×5.00mm2，用于方向盤鍵盤控制器設(shè)計將大幅減少PCB面積。另一方面，由于在MC9S08SC4微控制器內(nèi)部自帶一個時鐘發(fā)生器，并且在全溫度和全電

7、壓范圍內(nèi)，經(jīng)過校準(zhǔn)后能實現(xiàn)最大誤差不超過±2%的精度，因此，即使對于該系統(tǒng)中對時鐘精度要求最高的應(yīng)用(LIN的通信)來說也能夠勝任?；谏鲜龇治觯脩艨梢灾苯邮褂脙?nèi)部數(shù)字時鐘來提供LIN通訊和整個系統(tǒng)所需的時鐘信號，從而省去在芯片外部接一個晶振或者時鐘振蕩器，達(dá)到節(jié)省PCB面積和系統(tǒng)成本的目的。對于汽車方向盤鍵盤所要負(fù)責(zé)的多種控制功能，通過LIN總線的方式同樣能達(dá)到節(jié)省線束成本、減輕重量和便于功能的升級和裁剪的效果。LIN作為一種低成本、高可靠