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數(shù)字化制造

瑞薩MCU在汽車儀表及CAN/LIN應(yīng)用中的解決方案

2025China.cn   2008年09月23日

        瑞薩科技于2003年4月由日立制作所和三菱電機(jī)的半導(dǎo)體部門合并成立,致力于提供移動(dòng)通信、汽車電子以及PC/AV(數(shù)碼家電)領(lǐng)域的半導(dǎo)體解決方案。在全球汽車半導(dǎo)體市場(chǎng)中,瑞薩占有7.1%的市場(chǎng)份額,排名第四位;在日本市場(chǎng)中占據(jù)第一位,市場(chǎng)份額為22.3%。其汽車半導(dǎo)體解決方案包含了安全、信息、動(dòng)力總成、底盤以及車身五個(gè)方面,其中每個(gè)方面都有多種解決方案。

汽車儀表解決方案

  儀表MCU的特點(diǎn)分以下幾個(gè)方面:

  1. 內(nèi)嵌步進(jìn)電機(jī)PWM控制器:可直接控制和驅(qū)動(dòng)4-6個(gè)步進(jìn)電機(jī),無(wú)需外驅(qū)動(dòng)器IC,因此可以節(jié)省成本和布局空間,具有優(yōu)良的EMI/EMC性能;

  2. 內(nèi)嵌LCD控制器:28/32段×4公共引腳,可以直接控制LCD,同樣無(wú)需外置驅(qū)動(dòng)器IC,因此可以節(jié)省成本和布局空間,具有優(yōu)良的EMI/EMC性能;

  3. 高速CPU:?jiǎn)沃噶钪芷冢?0 MHz的H8S最小指令執(zhí)行時(shí)間為50ns,而40 MHz的H8SX最小指令執(zhí)行時(shí)間是25ns;

  4. 強(qiáng)大的定時(shí)器:片上16位定時(shí)器脈沖單元有三個(gè)16位定時(shí)器通道,包括輸入捕捉、輸出比較、PWM和相位計(jì)算。

  H8S/228X特殊模塊的基本功能,包括三個(gè)部分:定時(shí)器脈沖單元(TPU);步進(jìn)電機(jī)PWM控制器和LCD控制器。

  TPU是由3個(gè)16位定時(shí)器通道組成,包括最多8個(gè)脈沖輸入/輸出,可以為每個(gè)通道設(shè)置:比較匹配的波形輸出;輸入捕捉功能;計(jì)數(shù)器清零操作;同步運(yùn)行;定時(shí)器計(jì)數(shù)器能夠同時(shí)寫入;可以比較匹配與輸入捕捉同時(shí)清零;利用同步計(jì)數(shù)器操作實(shí)現(xiàn)寄存器同時(shí)輸入/輸出;與同步運(yùn)行結(jié)合的最大7相位PWM輸出。

  步進(jìn)電機(jī)PWM功能包括:最大16個(gè)脈沖輸出,其中兩個(gè)10位PWM通道,每個(gè)通道有8個(gè)輸出,可以直接獨(dú)立控制4個(gè)步進(jìn)電機(jī);0%至100%占空比;5個(gè)操作時(shí)鐘;可以通過(guò)16位總線接口進(jìn)行高速訪問(wèn);兩個(gè)中斷源;可以設(shè)置模塊停止模式。

  對(duì)于LCD控制器/驅(qū)動(dòng)器,其重要功能有:28/32段×4公共引腳;段輸出引腳可用作11個(gè)幀頻的4組端口選擇;A或B波形可以用軟件進(jìn)行選擇;內(nèi)置電源分離電阻;除了待機(jī)模式和模塊停止模式外,還有操作模式顯示。

儀表盤應(yīng)用解決方案

  1.微步進(jìn)電機(jī)解決方案

  微步進(jìn)電機(jī)成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但具有高可靠性,且無(wú)需維護(hù)、無(wú)需反饋元件。但是經(jīng)常在低速率時(shí)出現(xiàn)共振效應(yīng),而且隨著速度增加轉(zhuǎn)矩會(huì)降低。圖1顯示了VID步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),其中左邊是轉(zhuǎn)子,中間是齒輪,右邊是電機(jī)輸出。

2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式

  電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式有分步驅(qū)動(dòng)模式和微步驅(qū)動(dòng)模式。圖2所示的是分步驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖,可以看到一個(gè)周期由六步組成,脈沖序列從左向右時(shí),指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng);反之,如果脈沖序列從右向左時(shí)指針逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。圖3所示的是微步驅(qū)動(dòng)模式時(shí)序圖,其中藍(lán)色線代表左線圈的電流,紅色線代表右線圈的電流。一個(gè)周期共有24個(gè)微步組成,線圈上的電流波形近似于正弦波型。


 

瑞薩儀表盤解決方案

  圖4所示的是瑞薩H8S/228X儀表盤解決方案框圖,其中左邊的是電壓輸入,包括燃料、溫度等等;還有脈沖輸入,包括轉(zhuǎn)速表和速度,框圖中給出了各個(gè)功能模塊。圖的右邊是4步進(jìn)電機(jī)、PWM調(diào)光器、CAN和LCD。

  圖5所示為H8SX/1544儀表盤解決方案的框圖??驁D的左邊是電壓輸入,包括燃料、溫度等;還有脈沖輸入,包括轉(zhuǎn)速表和速度、E2PROM和PC??驁D給出了各個(gè)功能模塊;圖的右邊是4步進(jìn)電機(jī)、揚(yáng)聲器、2步進(jìn)電機(jī)、PWM調(diào)光器、CAN1、CAN2和LCD。

  H8S/228X的開(kāi)發(fā)工具軟件包括編譯器、匯編程序和連接程序,還有調(diào)試器和模擬器;硬件包括仿真器、JTAG仿真器、評(píng)估板和CPU板。

  HEW是瑞薩自主開(kāi)發(fā)、支持自己MCU的開(kāi)發(fā)環(huán)境,功能包括:代碼和調(diào)試支持,全面的仿真能力,自動(dòng)產(chǎn)生啟動(dòng)代碼,帶有彩色鍵盤功能的集成編輯器,根據(jù)功能可以利用圖形顯示執(zhí)行周期數(shù),全面的斷點(diǎn)功能,可視調(diào)試功能,包括圖形和波形顯示,并且可集成的第三方工具。

  E6000仿真器具有零等待狀態(tài)實(shí)時(shí)仿真功能,它具有256個(gè)PC斷點(diǎn),總時(shí)間或相關(guān)執(zhí)行時(shí)間的分辨率可以達(dá)到20ns至16us;此外還有多種目標(biāo)時(shí)鐘可以選擇。

CAN/LIN車身解決方案

  車身模塊共包括八個(gè)部分:中央車身控制器/網(wǎng)關(guān)(BCM;CEM)、包括車門模塊、柱式集成模塊(CIM;MRSM)、加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)、座椅模塊(SCS)、前燈、雨刷以及無(wú)鑰門禁。M16C系列車身平臺(tái)有三個(gè)系列:32位的M32C架構(gòu)模塊、16位的M16C架構(gòu)模塊,還有8位的R8C架構(gòu)模塊。這些系列引腳兼容,軟硬件兼容,外設(shè)兼容。瑞薩的車身低端MCU產(chǎn)品包括16位MCU,20至32MHz,20引腳 到100引腳。針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)推廣R8C/20/21/22/23; R8C/28/29;M16C/28/29。高/中端車身高M(jìn)CU產(chǎn)品包括16/32位MCU, 1到4 個(gè)CAN。

  R8C/Tiny系列的產(chǎn)品命名為M16C系列代表(M16C平臺(tái));CPU是R8C;產(chǎn)品命名:R8C/Tiny,其中R代表瑞薩,8代表內(nèi)部外設(shè)總線寬度(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代表最少引腳的單片機(jī)和片上小型閃存。

  用于R&C/22組、R&C/23組MCU的CAN(控制局域網(wǎng)絡(luò))模塊是一個(gè)執(zhí)行CAN 2.0B協(xié)議的通信控制器。R&C/22組、R&C/23組包含一個(gè)完整CAN模塊,可以發(fā)送和接收標(biāo)準(zhǔn)(11位)ID和擴(kuò)展(29位)ID格式的信息。

  硬件LIN的主節(jié)點(diǎn)模式具有:產(chǎn)生同步中斷、檢測(cè)總線沖突的功能;從節(jié)點(diǎn)模式具有檢測(cè)同步中斷、測(cè)量同步場(chǎng)、控制輸入到UART0的同步中斷和同步場(chǎng)信號(hào)、檢測(cè)總線沖突的功能。

圖7所示的是CAN/LIN解決方案,共有3個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)。

(轉(zhuǎn)載)

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