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瑞萨MCU在汽车仪表及CAN/LIN应用中的解决方案

作者:时间:2008-07-31来源:与非网

  科技于2003年4月由日立制作所和三菱电机的部门合并成立,致力于提供移动通信、汽车电子以及PC/AV(数码家电)领域的解决方案。在全球汽车市场中,占有7.1%的市场份额,排名第四位;在日本市场中占据第一位,市场份额为22.3%。其汽车半导体解决方案包含了安全、信息、动力总成、底盘以及车身五个方面,其中每个方面都有多种解决方案。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/86473.htm

  解决方案

  仪表的特点分以下几个方面:

  1. 内嵌PWM控制器:可直接控制和驱动4-6个,无需外驱动器IC,因此可以节省成本和布局空间,具有优良的EMI/EMC性能;

  2. 内嵌LCD控制器:28/32段×4公共引脚,可以直接控制LCD,同样无需外置驱动器IC,因此可以节省成本和布局空间,具有优良的EMI/EMC性能;

  3. 高速CPU:单指令周期,20 MHz的H8S最小指令执行时间为50ns,而40 MHz的H8SX最小指令执行时间是25ns;

  4. 强大的定时器:片上16位定时器脉冲单元有三个16位定时器通道,包括输入捕捉、输出比较、PWM和相位计算。

  H8S/228X特殊模块的基本功能,包括三个部分:定时器脉冲单元(TPU);PWM控制器和LCD控制器。

  TPU是由3个16位定时器通道组成,包括最多8个脉冲输入/输出,可以为每个通道设置:比较匹配的波形输出;输入捕捉功能;计数器清零操作;同步运行;定时器计数器能够同时写入;可以比较匹配与输入捕捉同时清零;利用同步计数器操作实现寄存器同时输入/输出;与同步运行结合的最大7相位PWM输出。

  步进电机PWM功能包括:最大16个脉冲输出,其中两个10位PWM通道,每个通道有8个输出,可以直接独立控制4个步进电机;0%至100%占空比;5个操作时钟;可以通过16位总线接口进行高速访问;两个中断源;可以设置模块停止模式。

  对于LCD控制器/驱动器,其重要功能有:28/32段×4公共引脚;段输出引脚可用作11个帧频的4组端口选择;A或B波形可以用软件进行选择;内置电源分离电阻;除了待机模式和模块停止模式外,还有操作模式显示。

  仪表盘应用解决方案

  1.微步进电机解决方案

  微步进电机成本低,结构简单,但具有高可靠性,且无需维护、无需反馈元件。但是经常在低速率时出现共振效应,而且随着速度增加转矩会降低。图1显示了VID步进电机的内部结构,其中左边是转子,中间是齿轮,右边是电机输出。

  2. 电机驱动模式

  电机驱动模式有分步驱动模式和微步驱动模式。图2所示的是分步驱动的时序图,可以看到一个周期由六步组成,脉冲序列从左向右时,指针顺时针方向转动;反之,如果脉冲序列从右向左时指针逆时针方向转动。图3所示的是微步驱动模式时序图,其中蓝色线代表左线圈的电流,红色线代表右线圈的电流。一个周期共有 24个微步组成,线圈上的电流波形近似于正弦波型。


  仪表盘解决方案

  图4所示的是瑞萨H8S/228X仪表盘解决方案框图,其中左边的是电压输入,包括燃料、温度等等;还有脉冲输入,包括转速表和速度,框图中给出了各个功能模块。图的右边是4步进电机、PWM调光器、CAN和LCD。

  图5所示为H8SX/1544仪表盘解决方案的框图。框图的左边是电压输入,包括燃料、温度等;还有脉冲输入,包括转速表和速度、E2PROM和PC。框图给出了各个功能模块;图的右边是4步进电机、扬声器、2步进电机、PWM调光器、CAN1、CAN2和LCD。




  H8S/228X的开发工具软件包括编译器、汇编程序和连接程序,还有调试器和模拟器;硬件包括仿真器、JTAG仿真器、评估板和CPU板。

  HEW是瑞萨自主开发、支持自己的开发环境,功能包括:代码和调试支持,全面的仿真能力,自动产生启动代码,带有彩色键盘功能的集成编辑器,根据功能可以利用图形显示执行周期数,全面的断点功能,可视调试功能,包括图形和波形显示,并且可集成的第三方工具。

  E6000仿真器具有零等待状态实时仿真功能,它具有256个PC断点,总时间或相关执行时间的分辨率可以达到20ns至16us;此外还有多种目标时钟可以选择。

  CAN/LIN车身解决方案

  车身模块共包括八个部分:中央车身控制器/网关(BCM;CEM)、包括车门模块、柱式集成模块(CIM;MRSM)、加热、通风和空调(HVAC)、座椅模块(SCS)、前灯、雨刷以及无钥门禁。M16C系列车身平台有三个系列:32位的M32C架构模块、16位的M16C架构模块,还有8位的R8C架构模块。这些系列引脚兼容,软硬件兼容,外设兼容。瑞萨的车身低端产品包括16位MCU,20至32MHz,20引脚到100引脚。针对中国市场推广R8C/20/21/22/23; R8C/28/29;M16C/28/29。高/中端车身高MCU产品包括16/32位MCU, 1到4 个CAN。

  R8C/Tiny系列的产品命名为M16C系列代表(M16C平台);CPU是R8C;产品命名:R8C/Tiny,其中R代表瑞萨,8代表内部外设总线宽度(CPU:16位),C代表小型(沿用M16C系列命名),/代表沿用M16C系列命名,Tiny代表最少引脚的单片机和片上小型闪存。

  用于R&C/22组、R&C/23组MCU的CAN(控制局域网络)模块是一个执行CAN 2.0B协议的通信控制器。R&C/22组、R&C/23组包含一个完整CAN模块,可以发送和接收标准(11位)ID和扩展(29位) ID格式的信息。

  硬件LIN的主节点模式具有:产生同步中断、检测总线冲突的功能;从节点模式具有检测同步中断、测量同步场、控制输入到UART0的同步中断和同步场信号、检测总线冲突的功能。

  图7所示的是CAN/LIN解决方案,共有3个CAN节点。


  问答选编

  问:瑞萨单片机与Freescal、Infineon、等公司的产品相比,在性能、成本、开发方便性、供货方面有何优势?

  答:针对汽车市场,Renesas MCU有很高的市场占有率。Dashboard MCU 相对以上公司而言,我们提供了高性价的专用MCU。我们可以提供两种仪表参考方案,加速客户的开发。

  问:汽车产品的EMC性能要求较高,Renesas MCU的EMC 性能如何?在使用时需要采用什么措施?

  答:瑞萨汽车领域的产品均是汽车级的产品,不仅包括汽车级的温度范围,还包括汽车级的质量标准。瑞萨MCU的EMC都有相关的应用测试数据,性能很好。

  问:瑞萨仪表盘提供了哪些车行信息,有哪些独特之处?16位及32位MCU分别对应哪类应用?

  答:一般指示发动机转速、车速、水温、油表等。瑞萨汽车仪表应用方面有H8S/228x系列,为16位单片机,针对通用市场,4表,LCD段式显示;还有高端产品H8SX/1544系列产品,为32位单片机,双通道CAN,高端显示。

  瑞萨H8S/228x系列单片机控制汽车仪表方面的优势和特点主要有:

  A、专用步进电机控制PWM模块,可以直接控制4个步进电机;

  B、 LCD控制器/驱动器,可以直接控制段式LCD屏,28seg×4com,32seg×4com;

  C、强大的定时器单元;

  D、高速CPU;

  E、多种省电模式;

  F、汽车级芯片。

  问:CAN和LIN分别用于什么地方?

  答:LIN应用于速度低、可靠性要求不高的场合,如应用于车身辅助系统:后视镜,电动车窗,门锁,电动座椅等。CAN速度可靠性都比较高,可应用于汽车、工业领域等多种场合。

  问:瑞萨的CAN芯片是否可以侦测CAN的总线错误?

  答:可以,并且可指出发生错误的类型。

  问:在CAN/LIN的网络中,对构成网络的连接器有哪些要求?

  答:CAN在不同领域中的应用,由不同的国际标准支持其物理层。如DS-102标准中应用DB9连接器。

  问:MCU中使用5V驱动电机,这对指针的稳定性控制好不好?

  答:瑞萨具有仪表领域专用的单片机,其具有的电机控制PWM模块可以直接控制步进电机,不需要外部驱动器,能够为用户节约空间和成本。使用瑞萨单片机的专用步进电机PWM控制单元可以很好的控制仪表指针的转动,具有稳定性、平滑性等性能,涉及到软件控制算法,瑞萨可以提供相关方案及建议。

  问:瑞萨单片机在低功耗方面为何不支持掉电模式,是否基于稳定性方面的考虑?

  答:瑞萨H8S/228x系列单片机有多种低功耗模式,高速模式、中速模式、软硬件睡眠模式等,可以独立关闭单片机的各个外围设备模块。H8S/2280睡眠时的功耗,典型值为2μA,可以满足应用需求。

  问:汽车点火对MCU会产生怎样的影响?如何消除汽车 点火对MCU产生的影响?

  答:汽车点火会产生强大的干扰讯号,瑞萨MCU有良好的抗干扰能力,加上布板时对干扰的考虑,足以应付这些干扰对MCU的影响。

  问:瑞萨汽车音响是否支持视频播放?具体应用了哪些芯片?

  答: 有专门的16位MCU控制汽车视频系统。主要是应用了SH4/4A 。

  问:瑞萨汽车导航系统是否具有智能语音导航功能?精确度有多高?

  答:瑞萨提供汽车导航系统专用的32位SH4AMCU,其强大功能足以提供语音功能。

  问:MCU中提供的LCD驱动模块,是否只是一组并行接口?

  答:瑞萨汽车仪表MCU的LCD模块包括LCD控制器/驱动器,可以直接驱动段式LCD屏。

  问:如何选择H8S/2282,H8SX/1544 或 r8c于车载应用?

  答:H8S/2282 针对基本仪表需求市场;H8SX/1544针对高端市场,R8C 主要对车身市场。

  问:汽车中的CAN 总线抗干扰、误码率实际效果如何?

  答:正常的应用中低于4.7*10e-11。

  问:瑞萨H8S228X是否有在线仿真器支持?

  答:瑞萨H8S/228x采用E6000仿真器,为全实时仿真工具,使用简单方便。关于瑞萨开发环境,瑞萨拥有自主的C编译器,支持C语言、汇编语言、C++语言开发。瑞萨拥有仿真器、在线调试器等工具。也可以支持第三方编译器和调试工具。

  问:瑞萨在协助客户开发CAN/LIN应用产品方面,能否提供代码/库之类的支持?

  答:CAN:由于应用环境比较复杂,提供样例程序,用户根据需要修改。LIN:标准库由瑞萨第三方party提供。

  问:怎样保证A/D转换尽量可靠?瑞萨MCU集成了多少A/D接口?

  答:为了保证A/D转化的精度,有必要对内部的CAP进行完全充电,但是如果转换的目标阻抗太大,充放电将花费不少时间,转化数据也不太准确,需尽量减少阻抗。同时在A/D口加上小电容也可以稳定。

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