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1、汽車方向盤按鍵控制器系統(tǒng)設計作者：飛思卡爾半導體中國有限公司錢華隨著汽車在人們日常生活中的普及以及汽車電子在汽車應用領域價值不斷地擴大，越來越多的舒適性能和“智能”應用被集成進車身電子的領域。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用領域，例如：簡單的燈光控制、按鍵控制、HVAC、LIN通信控制器、車內后視鏡調光以及簡單的繼電器和馬達控制。如果你正在為你的應用物色一顆高性能、低成本
2、的汽車級微控制器，但又為電子模塊成本和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20Mhz的HCS08內核，高質量汽車級內置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可校準至±2%的精度，還包括內部增強型支持LIN通信的串口控制器。圖1是MC9S08SC4芯片內部的結構框圖和資源配置。MC9S08SC4的典型應用人們在選擇家用轎車時，對舒
3、適性要求不斷提高，因此在整車的設計中舒適性能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。因此即使在許多中低端的轎車上這種需求也隨處可見，例如現在汽車的方向盤已經不僅僅是傳統(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，例如控制收音機的操作按鈕、控制DVD或者CD播放的操作按鈕、手機藍牙免提、自動巡航控制按鈕，甚至還預留了用戶可配置功能的按鍵。方向盤按鍵的不同風格體現了每種車型不同的個性，因此按鍵設計正受到越來越多車廠的關注。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用，能幫助汽車制造商在不增加高
4、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在鍵盤的應用中可作為一個LIN通信的Slave節(jié)點，負責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過邏輯控制最終輸出驅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色框內部組成，雖然整個控制系統(tǒng)的結構相對簡單，但是該應用還是有一些設計上的挑戰(zhàn)。汽車方向盤按鍵控
5、制器系統(tǒng)設計挑戰(zhàn)汽車方向盤按鍵控制器的設計，主要的挑戰(zhàn)在于：方向盤按鍵控制器在安裝的空間上受到限制，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)送給相應的控制模塊，例如各種和CD/DVD相關的娛樂功能，定速巡航控制和手機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
6、增加布線的復雜程度，因此，通過汽車總線的方式實現模塊之間的通信是一種性價比很高的選擇。對于成本敏感的應用中，如何盡可能減少外部元器件的個數，以及盡可能利用微控制器提供的片上資源來實現系統(tǒng)功能是設計關鍵所在。但這對微控制器本身的性能提出了嚴峻挑戰(zhàn)，對于一顆汽車入門級的微控制器而言尤其如此。MC9S08SC4如何應對系統(tǒng)設計挑戰(zhàn)MC9S08SC4系列微控制器在芯片設計之初便預見到了在類似應用中系統(tǒng)設計鎖面臨的挑戰(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
7、，用于方向盤鍵盤控制器設計將大幅減少PCB面積。另一方面，由于在MC9S08SC4微控制器內部自帶一個時鐘發(fā)生器，并且在全溫度和全電壓范圍內，經過校準后能實現最大誤差不超過±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用(LIN的通信)來說也能夠勝任?；谏鲜龇治?，用戶可以直接使用內部數字時鐘來提供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責的多種控制功能，通過LIN總線的方式同樣能達到節(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
8、本、高可靠
