.整車控制器硬件設計實現(xiàn)PPT課件

整車控制器硬件設計 1 設計輸入 確定控制器的成本目標確定控制器的技術參數(shù) 功能和性能 能支持基于模型的設計 以方便主機廠二次開發(fā) 至少具有三路CAN 至少具有16路數(shù)字輸入 輸出通道 4路AD通道 AD通道的分辨率至少在8位以上 至少2路PWM輸出 對外提供2路電源 工作電壓范圍9 32 10 DVC 使用溫度范圍 40 125 使用濕度范圍 95 RH 防護等級 IPxx 滿足一般汽車電器電磁兼容要求 2 設計過程 1 控制器造型和尺寸統(tǒng)一性原則 物理認識和精神感受統(tǒng)一時空性原則 根據人的心理感覺 使造型產生生命力的感覺用戶需求 滿足用戶需求2 初步結構設計安裝在密閉的金屬殼內外殼打密封膠 3 主控制芯片的選型選用汽車級的主控制芯片 如飛思卡爾16BIT或32BIT系列芯片 3 硬件設計 整車控制器硬件設計框圖 4 硬件設計 1 總體設計思路本控制器設計采用模塊化設計思想 整個控制器電路由以下幾個功能部分組成 如圖 5 硬件設計 CPU模塊為控制器的處理器單元 power電源模塊為控制器電源部分 為控制器提供必需的電源 Digital input模塊為數(shù)字輸入部分 為控制器外部數(shù)字量輸入部分 Digital output模塊為數(shù)字輸出部分 為控制器的數(shù)字量輸出部分 Analog input模塊為控制器的模擬量輸入部分 Communication部分為控制器通訊功能模塊 為控制器提供通訊 6 硬件設計 1 電源電路 7 硬件設計 8 硬件設計 9 硬件設計 電源電路經過型號為IB0505S的DC DC電源隔離后分別給MCU CAN電路 RS232電路芯片供電 這樣設計目的是為了減少相互干擾 提供硬件抗干擾性 也解決外部對內部電路電磁干擾問題 10 硬件設計 2 時鐘電路 11 硬件設計 時鐘電路可用于控制整個系統(tǒng)的運行節(jié)奏 圖中的X101為16M有源晶振 可保證系統(tǒng)時鐘的可靠性 此時保證MCU的PE7引腳接地 下半部分為看門狗電路 在程序執(zhí)行出錯時 可通過看門狗消除復位 X5043不僅有降壓檢測 復位控制 且具有保護功能的4K容量的EEPROM 它有一個四線構成的SPI總線方式操作 其擦寫周期至少有100W次 并且寫好的數(shù)據能夠保存100年 12 硬件設計 3 BDM復位電路 13 硬件設計 BDM復位電路有兩個功能 1 手動復位 R122和C114組成上電復位電路 按下圖中S101鍵 系統(tǒng)即可復位重新啟動 2 BDM功能 BDM BackgroudDubugMode 后臺調試模式 是一種調試技術 也叫BDM調試器 它的基本基本原理是在MCU片內嵌入一個智能化的通信模塊 通過單線通信協(xié)議與外界通信 該智能化通信模塊名稱為BDM模塊 利用BDM模塊可完成以下三項功能 1 可以對片內Flash進行擦除和寫入操作 完成應用程序的下載 2 實現(xiàn)應用程序的的動態(tài)調試和靜態(tài)調試 3 配置和修復MCU內部資源 14 硬件設計 4 AD采集電路 15 硬件設計 模擬信號ADCx x 0 3 表示有4路AD采集電路 輸入 到連接到MCU的PAD0 x x 0 3 它們之間使用HCNR201線性光耦結合運算放大器LM124 能有效地把外部信號傳送到內部MCU的AD管腳 并消除外部的電磁干擾 其中PESD5V0SIBA器件是屬于瞬態(tài)電壓抑制器 TVS 的電磁保護器件 16 硬件設計 5 IO輸入電路 17 硬件設計 整車控制器總共設計多路輸入IO信號 圖為其中的一路 圖中IOIN2為外部IO輸入信號 經過ADum1410隔離器件 進入MCU的端口引腳 另從圖中可以看出 外部電路和內部電路的電源是不同的 外部電路使用VCC電源 而內部電路使用MVDD 5 0 起到完全隔離作用 阻止了外部干擾信號的進入 器件ADum1410是ADI公司推出的基于iCouple磁耦隔離技術的四通道數(shù)字隔離器 它采用了高速的CMOS工藝和芯片級的高壓器技術 在性能 功能 體積等各方面有光電隔離無法比擬的優(yōu)勢 18 硬件設計 6 IO輸出電路 19 硬件設計 上圖中為其中的一路IO輸出 TLP521 4是一個光電耦合器件 可外接4路輸出 可有效地隔離內部和外部信號 當MCU上管腳IOOUT5 PA5設為低電平時 發(fā)光TLP521 4的對應二極管導通 從而Q603三級管導通 則IOOUT3為低電平 反之則IOOUT3為高電平 圖中的D603需并聯(lián)一個電感元件 當輸出從高電平轉為低電平時 起到釋放電流的作用 實際使用時 IOOUT3輸出外接一個繼電器 通過斷開或閉合繼電器的方式控制外部信號的閉合和導通 20 硬件設計 7 CAN總線接口電路 21 硬件設計 圖中ADuM1201和TJA1050芯片的組合搭建 是典型的CAN總線接口電路 也是整車控制器能否正常工作的關鍵電路 圖中EM201是共模電感用于防止電磁干擾信號 ESD201是CAN總線的ESD electro staticdischarge 靜電釋放 保護二極管 R201是CAN總線的終端電阻 防止總線上的信號反射 ADuM1201是ADI公司采用其iCouple磁耦隔離技術的雙通道隔離的電平轉換器 采用高速的CMOS工藝和芯片級的變壓器技術 在性能 功耗等方面有很高的優(yōu)勢TJA1050是CAN總線協(xié)議控制器和物理總線之間的接口 22 硬件設計 8 外部板端接