飞思卡尔单片机在汽车电子中的应用
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汽车电子设计中的Worst Case 理论计算及应用实例
1 什么是Worst Case
在汽车电子的应用中,为了保证我们的设计能满足汽车的环境要求和可
靠性要求,需要在设计阶段充分考虑实际应用中的极端情况,即电路模型的Worst Case。
从PCB 外部来讲,主要考虑环境影响及信号的动态输入,一般涉及以下因素:
环境温度的高低极值;输入信号的电平范围;电源的极端情况等。
从PCB 内部来讲,主要考虑元器件的误差、寿命以及安全工作范围等,一般涉及以下因素:
电源模块(LDO 或DCDC)的误差;各元器件(如电阻/电容)个体特性对标称值的偏差;各元器件安全工作时能承受的最大电压/电流,等等。
从单片机的角度,主要考虑内部电路的误差及安全工作条件等,一般涉
及以下因素:
单片机安全工作时管脚能承受的最大电压/电流等;模数转换(ADC) 的误差;时钟基准的偏差,等等。
由于电路设计及单片机的多样性,极端情况及相应的计算也会有所不同。
下面我们将以几颗飞思卡尔单片机为例,介绍和单片机密切相关的几项Worst Case 计算。
2 S12ZVM 的特性及主要应用
S12ZVM 是最新的16 位单片机,基于S12Z 内核,片内集成了线性电压调节器、总线收发器以及三相电机的预驱动电路,可以直接驱动外部MOS 阵列。
S12ZVM 用于汽车12V 系统的各种BLDC 控制模块,如水泵、油泵等,可。
单片机原理及应用-S12X单片机的结构与组成单片机原理及应用S12X 单片机的结构与组成在当今的电子技术领域,单片机的应用可谓无处不在。
从智能家居到工业控制,从汽车电子到医疗设备,单片机都扮演着至关重要的角色。
其中,S12X 单片机以其出色的性能和独特的结构组成,在众多单片机中脱颖而出。
S12X 单片机是飞思卡尔(现恩智浦)推出的一款高性能 16 位单片机。
它采用了增强型的 HCS12 内核,相较于传统的 8 位单片机,具有更强的处理能力和更丰富的功能。
从硬件结构上看,S12X 单片机主要由以下几个部分组成:1、中央处理器(CPU):这是单片机的核心,负责执行指令和进行数据处理。
S12X 的 CPU 采用了 16 位的架构,具有较高的运算速度和处理能力。
2、存储器:包括程序存储器(Flash 或 ROM)和数据存储器(RAM)。
程序存储器用于存储用户编写的程序代码,而数据存储器则用于存储运行过程中的临时数据。
S12X 单片机通常具有较大的存储空间,以满足复杂应用的需求。
3、输入/输出(I/O)端口:用于与外部设备进行数据交换。
这些端口可以配置为不同的工作模式,如输入、输出、高阻态等,以适应各种接口需求。
4、定时器/计数器:用于实现定时、计数和脉冲宽度调制(PWM)等功能。
S12X 单片机通常配备多个定时器/计数器,以满足不同的定时和计数需求。
5、串行通信接口:如SCI(串行通信接口)、SPI(串行外设接口)和 IIC(集成电路间总线)等,用于与其他设备进行串行数据通信。
6、模数转换器(ADC):用于将模拟信号转换为数字信号,以便单片机进行处理。
7、脉宽调制模块(PWM):可以生成不同占空比的脉冲信号,用于控制电机、灯光等设备。
在软件方面,S12X 单片机通常使用特定的开发工具和编程语言进行编程。
常见的编程语言有 C 语言和汇编语言。
开发人员可以使用这些语言编写程序,并通过下载工具将程序烧录到单片机的存储器中。
S12(X)单片机BDM调试器使用技巧第五届全国大学生“飞思卡尔”杯智能气车竞赛限制采用最新的MC9S12XS128(以下简称XS128)单片机作为主控芯片,替代MC9S12DG128。
XS128是Freescale公司推出的S12系列单片机中的一款增强型16位单片机。
片内资源丰富,接口模块有SPI、SCI、IIC、A/D、PWM等常见模块,在汽车电子应用领域具有广泛用途。
XS128和以往大赛使用的S12DG128系列单片机一样,调试接口都是使用Freescale公司传统的BD M(Background Debug Module)接口。
1 MC9S12XS128单片机介绍(1)CPU:增强型16位HCS12 CPU,片内总线时钟最高40 MHz;(2)片内资源:8 KB RAM、128 KB程序闪存、2 KB数据闪存;(3)串行接口模块:SCI、SPI;(4)脉宽调制模块(PWM)可设置成4路8位或者2路16位,逻辑时钟选择频率宽;(5)1个16路12位精度A/D转换器;(6)控制器局域网模块(CAN);(7)增强型捕捉定时器。
MC9S12XS128单片机有112、80和64引脚3种封装形式。
80-pin封装的单片机没有引出用于扩展方式的端口,仅引出了一个8路A/D接口。
竞赛可使用112或80引脚封装器件。
2 BDM接口和使用BDM调试器内部有一个8位的MC9HC08JB16单片机,该单片机有USB接口,可与PC 机信息交互。
HC08单片机和S12单片机间仅使用一根 I/O线通信,这根相连的信号线名为BKGD。
HC08单片机将BKGD置为输出,以串行发送命令,发送完成后转为输入,以接收信息。
S12单片机收到命令后转为输出,根据调试器发来的命令回送信息,然后立即转入接收态。
BDM工具以此方式实现S12单片机的在线调试、内部闪存的烧写等功能。
关于BDM接口的实现,读者可以参考Freescale任何一款S12单片机的器件手册,其对BDM接口的命令字、交互模式等都有详细描述。
2020年第24期信s与电nChina Computer & Communication针其机工程雇用技术基于单片机技术与CAN总线结合的汽车仪表设计朱海艺(珠海市理工职业技术学校,广东珠海519070)摘要:汽车组合仪表能够在汽车行驶过程中实时向驾驶员提供诸如车速、发动机转速、燃油量、发动机冷却液温度、各种危险报警等反映汽车工作状况的各种信息,是驾驶员与车辆进行信息沟通的重要媒介,对安全行车及控制油耗起到 了至关重要的作用。
本文系统介绍了以飞思卡尔公司的M C9S12DP512为控制核心、基于CAN总线的汽车组合仪表实现方案,并阐述了该系统的硬件电路设计及软件实现。
关键词:汽车组合仪表;CAN总线;M C9S12DP512中图分类号:TP393. 04 文献标识码:A文章编号:1003-9767 (2020) 24-001-04Design of Automobile Instrument Based on Single Chip MicrocomputerTechnology and CAN BusZHU Haiyi(Zhuhai Vocational School of Polytechnic, Zhuhai Guangdong 519070, China)Abstract:The automobile combination instrument can provide drivers with speed, engine speed, fuel quantity, the temperature of engine coolant and various danger alarms in real time, which reflect all kinds of information of the operating condition of the car. The instrument is an important medium of communication between the driver and the vehicle, and plays a vital role in safe driving and the control of fuel consumption. This paper will present a systematic introduction to the realization of the instrument which uses the MG9S12DP512 of Freescale as control center and is based on CAN bus. The hardware circuit design and software implementation of the system will also be expounded.Keywords:combined meter in automobile; CAN bus; MC9S12DP512〇引言随着对车辆的环保性能、安全性能和舒适性能的要求不 断提高,促进了汽车电子控制技术的不断发展,使得汽车电 控单元的数目也在不断增加。
第十届“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛技术报告摘要本文以第十届全国大学生智能车竞赛为背景,介绍了基于电磁导航的智能赛车控制系统软硬件结构和开发流程。
该系统以Freescale半导体公司32 位单片机MK60DV510ZVLQ100为核心控制器,使用IAR6.3程序编译器,采用LC选频电路作为赛道路径检测装置检测赛道导线激发的电磁波来引导小车行驶,通过增量式编码器检测模型车的实时速度,配合控制器运行PID控制等控制算法调节驱动电机的转速和转向舵机的角度,实现了对模型车运动速度和运动方向的闭环控制。
同时我们使用集成运放对LC选频信号进行了放大,通过单片机内置的AD采样模块获得当前传感器在赛道上的位置信息。
通过配合Visual Scope,Matlab等上位机软件最终确定了现有的系统结构和各项控制参数。
实验结果表明,该系统设计方案可使智能车稳定可靠运行。
关键字:MK60DV510ZVLQ100,PID控制,MATLAB,智能车第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告目录第一章引言 (5)第二章系统方案设计 (6)2.1系统总体方案的设计 (6)2.2系统总体方案设计图 (6)电磁传感器模块 (7)控制器模块 (7)电源管理模块 (7)编码器测速模块 (7)舵机驱动模块 (8)起跑线检测模块 (8)人机交互模块 (8)测距模块 (8)第三章机械结构调整与优化 (8)3.1智能车前轮定位的调整 (8)主销后倾角 (9)3.1.2主销内倾角 (9)3.1.3 前轮外倾角 (10)3.1.4 前轮前束 (10)3.2 舵机的安装 (11)3.3编码器安装 (12)3.4车体重心调整 (12)3.5传感器的安装 (13)3.6测距模块的安装 (14)第四章硬件电路设计 (15)4.1单片机最小系统 (15)4.2电源管理模块 (16)4.3电磁传感器模块模块 (17)4.3.1 电磁传感器的原理 (17)4.3.2 信号的检波放大 (18)4.4编码器接口 (19)4.5舵机驱动模块 (20)4.6电机驱动模块 (20)4.7人机交互模块 (21)第五章控制算法设计说明 (22)5.1主要程序流程 (22)5.2赛道信息采集及处理 (23)5.2.1 传感器数据滤波及可靠性处理 (23)5.2.2 位置偏差的获取 (25)5.3 控制算法实现 (27)5.3.1 PID算法原理简介 (27)5.3.2基于位置式PID的方向控制 (31)5.3.3 基于增量式PID和棒棒控制的速度控制 (31)5.3.4 双车距离控制和坡道处理 (33)第六章系统开发与调试 (34)6.1开发环境 (34)6.2上位机显示 (35)6.3车模主要技术参数 (36)第七章存在的问题及总结 (37)7.1 制作成果 (37)7.2问题与思考 (37)7.3不足与改进 (37)参考文献 (38)附录A 部分程序代码 (39)第十届全国大学生智能汽车邀请赛技术报告第一章引言随着科学技术的不断发展进步,智能控制的应用越来越广泛,几乎渗透到所有领域。
S12系列单片机系统在智能车中的应用1.引言随着汽车的普及,智能车及其相关技术的研究已经成为热门。
现在半导体在汽车中的应用越来越普及,汽车的电子化已成为行业发展的必然趋势。
它包括了汽车电子控制装置,即通过电子装置控制汽车发动机、底盘、车身、制动防抱死及动力转向系统等,到车载汽车电子装置,即汽车信息娱乐系统、导航系统、汽车音响及车载通信系统等等,几乎覆盖了汽车的所有系统。
汽车电子的迅猛发展必将满足人们逐步增长的对于安全、节能、环保以及智能化和信息化的需求。
作为全球最大的汽车电子半导体供应商,飞思卡尔一直致力于为汽车电子系统提供全范围应用的单片机、模拟器件和传感器等器件产品和解决方案。
飞思卡尔在汽车电子的半导体器件市场拥有领先的地位并不断赢得客户的认可和信任。
其中在8 位、16 位及32 位汽车微控制器的市场占有率居于全球第一。
飞思卡尔的S12 是一个非常成功的芯片系列,在全球以及中国范围内被广泛应用于各种汽车电子应用中。
2. S12系列微控制器综述Freescal MC9S12系列MCU是以高速CPU12内核为基础的微控制器系列,简称S12系列。
典型的HC12总线频率为8MHZ,而典型的S12总线频率为25MHZ。
HC12与S12指令完全兼容,故在很多场合统称为HCS12系列微控制器。
HCS12是世界上第一款包含完整的模糊逻辑指令的标准MCU,应用模糊控制指令可以简化控制系统,减少代码,加快程序运行速度。
智能产品的设计人员可利用S12系列微控制器低成本的Flash存储器,轻松实现以微控制器为基础的远程升级、换代和现场进行快速再编程系统设计,可缩短嵌入式产品的设计周期,改善性能,同时也能降低售后服务系统的整体成本。
S12微控制器已广泛应用于通信、工业以及无数消费类电子产品中,例如空调、冰箱、洗衣机、电机控制、PC外围设备和通用机电产品。
2.1 S12系列微控制器的最小系统S12系列微控制器的最小系统主要包括:(一)MC9S12DG128单片机MC9S12DG128系统结构分为两部分:MCU核心和MCU外设。
飞思卡尔8位单片机概述----飞思卡尔8位单片机系列主要包括RS08类、HCS08类、HC08类、HC08汽车类、HCS08汽车类。
下面每个类型都将挑选一典型产品进行介绍,更多产品介绍敬请登陆飞思卡尔官方网站。
1、RS088位微控制器正逐渐向小型化应用发展。
在这些小型应用中,也许并不需要使用完整的HC08或S08所具备的丰富功能。
RS08内核是非常流行的SO8中央处理器(CPU)的精简版,它被精心打造为效率更高、成本更低并适合小容量内存的微控制器。
RS08是一些新兴应用的理想解决方案,例如完全用固态电路实现的简单机电设备,或小型便携设备甚至一次性便携设备。
飞思卡尔的工程师将小型化应用不需要的功能从S08内核中去除,而对其余的运算进行了增强,从而提高了超小型控制器的使用效率。
这些控制器的芯片面积非常小,您甚至可以将它们从胡椒罐中摇出来。
RS08内核的尺寸比S08小30%。
为了减小面积,RS08将计数器和地址总线宽度限制为14位,使用一个全局中断标志寄存器取代了矢量中断功能,同时还取消了以下功能:堆栈指针和H:X寄存器及其相关指令和寻址模式乘法、除法以及BCD码指令算术逻辑移位运算(保留了逻辑移位和旋转)条件码寄存器中的若干位以及相关条件分支指令这些被取消的功能由更为简单的结构所代替,这些结构保证了在内存低于16K且引脚数目很少的器件上,可以用非常简洁高效的代码实现大多数嵌入式应用。
为了进一步提高运算效率,飞思卡尔增加了如下内容:屏蔽程序计数器,用于更为高效的子程序调用简短微小的寻址模式,允许对最常用的变量和寄存器进行更为有效地访问和操作内存分页方案,能够更充分地利用直接寻址模式和新型的简短微小的寻址模式RS08内核深化了飞思卡尔8位产品系列,在发展可以共享外围设备和通用开发工具、并且引脚兼容的8位/32位器件的过程中,迈出了第一步。
它将使机械和电子产品开发者开发出史无前例、独具匠心、节约成本的电子应用产品和功能非常先进的一次性产品。