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[仪表板] 瑞萨MCU在汽车仪表应用中的解决方案

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发表于 10-8-2008 13:12:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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瑞萨科技于2003年4月由日立制作所和三菱电机的半导体部门合并成立,致力于提供移动通信、汽车电子以及PC/AV(数码家电)领域的半导体解决方案。在全球汽车半导体市场中,瑞萨占有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。 汽车仪表解决方案

仪表MCU的特点分以下几个方面:

1. 内嵌步进电机PWM控制器:可直接控制和驱动4-6个步进电机,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);步进电机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。

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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。

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瑞萨仪表盘解决方案

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。
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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。

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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MCU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MCU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。

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