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技術

瑞薩MCU在汽車儀表及CAN/LIN應用中的解決方案

2025China.cn   2008年12月11日

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

         儀表MCU的特點分以下幾個方面:

         1. 內嵌步進電機PWM控制器:可直接控制和驅動4-6個步進電機,無需外驅動器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. 內嵌LCD控制器:28/32段×4公共引腳,可以直接控制LCD,同樣無需外置驅動器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:單指令周期,20 MHz的H8S最小指令執(zhí)行時間為50ns,而40 MHz的H8SX最小指令執(zhí)行時間是25ns;

         4. 強大的定時器:片上16位定時器脈沖單元有三個16位定時器通道,包括輸入捕捉、輸出比較、PWM和相位計算。

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

         TPU是由3個16位定時器通道組成,包括最多8個脈沖輸入/輸出,可以為每個通道設置:比較匹配的波形輸出;輸入捕捉功能;計數(shù)器清零操作;同步運行;定時器計數(shù)器能夠同時寫入;可以比較匹配與輸入捕捉同時清零;利用同步計數(shù)器操作實現(xiàn)寄存器同時輸入/輸出;與同步運行結合的最大7相位PWM輸出。

         步進電機PWM功能包括:最大16個脈沖輸出,其中兩個10位PWM通道,每個通道有8個輸出,可以直接獨立控制4個步進電機;0%至100%占空比;5個操作時鐘;可以通過16位總線接口進行高速訪問;兩個中斷源;可以設置模塊停止模式。

         對于LCD控制器/驅動器,其重要功能有:28/32段×4公共引腳;段輸出引腳可用作11個幀頻的4組端口選擇;A或B波形可以用軟件進行選擇;內置電源分離電阻;除了待機模式和模塊停止模式外,還有操作模式顯示。

         儀表盤應用解決方案

         1.微步進電機解決方案

         微步進電機成本低,結構簡單,但具有高可靠性,且無需維護、無需反饋元件。但是經(jīng)常在低速率時出現(xiàn)共振效應,而且隨著速度增加轉矩會降低。圖1顯示了VID步進電機的內部結構,其中左邊是轉子,中間是齒輪,右邊是電機輸出。

 

         2. 電機驅動模式

         電機驅動模式有分步驅動模式和微步驅動模式。圖2所示的是分步驅動的時序圖,可以看到一個周期由六步組成,脈沖序列從左向右時,指針順時針方向轉動;反之,如果脈沖序列從右向左時指針逆時針方向轉動。圖3所示的是微步驅動模式時序圖,其中藍色線代表左線圈的電流,紅色線代表右線圈的電流。一個周期共有24個微步組成,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,包括轉速表和速度,框圖中給出了各個功能模塊。圖的右邊是4步進電機、PWM調光器、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,包括轉速表和速度、E2PROM和PC??驁D給出了各個功能模塊;圖的右邊是4步進電機、揚聲器、2步進電機、PWM調光器、CAN1、CAN2和LCD。

 


 

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

         HEW是瑞薩自主開發(fā)、支持自己MCU的開發(fā)環(huán)境,功能包括:代碼和調試支持,全面的仿真能力,自動產(chǎn)生啟動代碼,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),全面的斷點功能,可視調試功能,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)實時仿真功能,它具有256個PC斷點,總時間或相關執(zhí)行時間的分辨率可以達到20ns至16us;此外還有多種目標時鐘可以選擇。

         CAN/LIN車身解決方案

         車身模塊共包括八個部分:中央車身控制器/網(wǎng)關(BCM;CEM)、包括車門模塊、柱式集成模塊(CIM;MRSM)、加熱、通風和空調(HVAC)、座椅模塊(SCS)、前燈、雨刷以及無鑰門禁。M16C系列車身平臺有三個系列:32位的M32C架構模塊、16位的M16C架構模塊,還有8位的R8C架構模塊。這些系列引腳兼容,軟硬件兼容,外設兼容。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。針對中國市場推廣R8C/20/21/22/23; R8C/28/29;M16C/28/29。高/中端車身高MCU產(chǎn)品包括16/32位MCU, 1到4 個CAN。

         R8C/Tiny系列的產(chǎn)品命名為M16C系列代表(M16C平臺);CPU是R8C;產(chǎn)品命名:R8C/Tiny,其中R代表瑞薩,8代表內部外設總線寬度(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)模塊是一個執(zhí)行CAN 2.0B協(xié)議的通信控制器。R&C/22組、R&C/23組包含一個完整CAN模塊,可以發(fā)送和接收標準(11位)ID和擴展(29位)ID格式的信息。

         硬件LIN的主節(jié)點模式具有:產(chǎn)生同步中斷、檢測總線沖突的功能;從節(jié)點模式具有檢測同步中斷、測量同步場、控制輸入到UART0的同步中斷和同步場信號、檢測總線沖突的功能。

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

 

         問答選編

         問:瑞薩單片機與Freescal、Infineon、等公司的產(chǎn)品相比,在性能、成本、開發(fā)方便性、供貨方面有何優(yōu)勢?

         答:針對汽車市場,Renesas MCU有很高的市場占有率。Dashboard MCU 相對以上公司而言,我們提供了高性價的專用MCU。我們可以提供兩種儀表參考方案,加速客戶的開發(fā)。

         問:汽車產(chǎn)品的EMC性能要求較高,Renesas MCU的EMC 性能如何?在使用時需要采用什么措施?

         答:瑞薩汽車領域的產(chǎn)品均是汽車級的產(chǎn)品,不僅包括汽車級的溫度范圍,還包括汽車級的質量標準。瑞薩汽車儀表MCU的EMC都有相關的應用測試數(shù)據(jù),性能很好。

         問:瑞薩儀表盤提供了哪些車行信息,有哪些獨特之處?16位及32位MCU分別對應哪類應用?

         答:汽車儀表一般指示發(fā)動機轉速、車速、水溫、油表等。瑞薩汽車儀表應用方面有H8S/228x系列,為16位單片機,針對通用市場,4表,LCD段式顯示;還有高端產(chǎn)品H8SX/1544系列產(chǎn)品,為32位單片機,雙通道CAN,高端顯示。

         瑞薩H8S/228x系列單片機控制汽車儀表方面的優(yōu)勢和特點主要有:

         A、專用步進電機控制PWM模塊,可以直接控制4個步進電機;

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

         C、強大的定時器單元;

         D、高速CPU;

         E、多種省電模式;

         F、汽車級芯片。

         問:CAN和LIN分別用于什么地方?

         答:LIN應用于速度低、可靠性要求不高的場合,如應用于車身輔助系統(tǒng):后視鏡,電動車窗,門鎖,電動座椅等。CAN速度可靠性都比較高,可應用于汽車、工業(yè)領域等多種場合。

         問:瑞薩的CAN芯片是否可以偵測CAN的總線錯誤?

         答:可以,并且可指出發(fā)生錯誤的類型。

         問:在CAN/LIN的網(wǎng)絡中,對構成網(wǎng)絡的連接器有哪些要求?

         答:CAN在不同領域中的應用,由不同的國際標準支持其物理層。如DS-102標準中應用DB9連接器。

         問:MCU中使用5V驅動電機,這對指針的穩(wěn)定性控制好不好?

         答:瑞薩具有儀表領域專用的單片機,其具有的電機控制PWM模塊可以直接控制步進電機,不需要外部驅動器,能夠為用戶節(jié)約空間和成本。使用瑞薩單片機的專用步進電機PWM控制單元可以很好的控制儀表指針的轉動,具有穩(wěn)定性、平滑性等性能,涉及到軟件控制算法,瑞薩可以提供相關方案及建議。

         問:瑞薩單片機在低功耗方面為何不支持掉電模式,是否基于穩(wěn)定性方面的考慮?

         答:瑞薩H8S/228x系列單片機有多種低功耗模式,高速模式、中速模式、軟硬件睡眠模式等,可以獨立關閉單片機的各個外圍設備模塊。H8S/2280睡眠時的功耗,典型值為2μA,可以滿足應用需求。

         問:汽車點火對MCU會產(chǎn)生怎樣的影響?如何消除汽車 點火對MCU產(chǎn)生的影響?

         答:汽車點火會產(chǎn)生強大的干擾訊號,瑞薩MCU有良好的抗干擾能力,加上布板時對干擾的考慮,足以應付這些干擾對MCU的影響。

         問:瑞薩汽車音響是否支持視頻播放?具體應用了哪些芯片?

         答: 有專門的16位MCU控制汽車視頻系統(tǒng)。主要是應用了SH4/4A 。

         問:瑞薩汽車導航系統(tǒng)是否具有智能語音導航功能?精確度有多高?

         答:瑞薩提供汽車導航系統(tǒng)專用的32位SH4AMCU,其強大功能足以提供語音功能。

         問:MCU中提供的LCD驅動模塊,是否只是一組并行接口?

         答:瑞薩汽車儀表MCU的LCD模塊包括LCD控制器/驅動器,可以直接驅動段式LCD屏。

         問:如何選擇H8S/2282,H8SX/1544 或 r8c于車載應用?

         答:H8S/2282 針對基本儀表需求市場;H8SX/1544針對高端市場,R8C 主要對車身市場。

         問:汽車中的CAN 總線抗干擾、誤碼率實際效果如何?

         答:正常的應用中低于4.7*10e-11。

         問:瑞薩H8S228X是否有在線仿真器支持?

         答:瑞薩H8S/228x采用E6000仿真器,為全實時仿真工具,使用簡單方便。關于瑞薩開發(fā)環(huán)境,瑞薩擁有自主的C編譯器,支持C語言、匯編語言、C++語言開發(fā)。瑞薩擁有仿真器、在線調試器等工具。也可以支持第三方編譯器和調試工具。

         問:瑞薩在協(xié)助客戶開發(fā)CAN/LIN應用產(chǎn)品方面,能否提供代碼/庫之類的支持?

         答:CAN:由于應用環(huán)境比較復雜,提供樣例程序,用戶根據(jù)需要修改。LIN:標準庫由瑞薩第三方party提供。

         問:怎樣保證A/D轉換盡量可靠?瑞薩MCU集成了多少A/D接口?

         答:為了保證A/D轉化的精度,有必要對內部的CAP進行完全充電,但是如果轉換的目標阻抗太大,充放電將花費不少時間,轉化數(shù)據(jù)也不太準確,需盡量減少阻抗。同時在A/D口加上小電容也可以穩(wěn)定。

 

標簽:瑞薩MCU 汽車儀表 CAN/LIN 我要反饋 
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