隨著汽車車身控制應(yīng)用復(fù)雜性的提高，對(duì)16位微控制器（MCU）的性能要求也越來越高。以前曾用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)的門控、座椅調(diào)節(jié)、車內(nèi)照明和空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)在都改成了電子控制。這樣一個(gè)電子化汽車車身控制系統(tǒng)包括電源系統(tǒng)、CAN收發(fā)器、多開關(guān)檢測(cè)接口、輸出系統(tǒng)、電子馬達(dá)控制、嵌入式仿真以及內(nèi)存編程等幾個(gè)主要部分，本文不僅介紹了一系列芯片，而且將使設(shè)計(jì)工程師對(duì)汽車電子控制系統(tǒng)有一個(gè)比較概要和全面的認(rèn)識(shí)。

隨著汽車車身控制應(yīng)用復(fù)雜性的提高，對(duì)16位微控制器（MCU）的性能要求也越來越高。以前曾用機(jī)械方法控制的門控、座椅調(diào)節(jié)、車內(nèi)照明和空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)在都改成了電子控制。許多半導(dǎo)體廠商包括摩托羅拉公司所提供的大量專用半導(dǎo)體解決方案使這些新的電子控制應(yīng)用成為可能。這些新的解決方案不僅提供了必要的控制功能，還提供了舊機(jī)械系統(tǒng)所不能提供的高級(jí)診斷能力。消費(fèi)者希望新型汽車中的控制系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)車內(nèi)發(fā)生的任何系統(tǒng)工作故障發(fā)出報(bào)警信息。

本文介紹摩托羅拉公司的MC9S12DP25616位MCU和若干個(gè)外圍IC產(chǎn)品，這些產(chǎn)品專為適應(yīng)汽車系統(tǒng)中常見的惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)，此外，還詳細(xì)討論這些產(chǎn)品提供的高級(jí)診斷功能。圖1給出了所用方案的方框圖。

一、電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)是任何汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要的子系統(tǒng)之一。整體功耗、電池反極保護(hù)、汽車跳啟、車輛噪聲和汽車休眠功率都是必須考慮的因素。如果電源設(shè)計(jì)比較糟糕的話再好的系統(tǒng)也不能正常發(fā)揮作用。摩托羅拉公司提供的智能化電源半導(dǎo)體產(chǎn)品能很好地管理電源子系統(tǒng)的所有方面。

摩托羅拉公司的系統(tǒng)級(jí)芯片（SBC）MC33989具有二個(gè)電源整流器，專為MCU和外圍器件提供電源。片上還提供1個(gè)速度為1兆波特的CAN接口、4個(gè)高壓喚醒輸入端以及系統(tǒng)保護(hù)功能。這個(gè)智能化的半導(dǎo)體器件可以提供所有必需的系統(tǒng)電壓，它內(nèi)部有一個(gè)低噪聲的200mA整流器用來給MCU子系統(tǒng)供電。另外，還有一個(gè)控制外部導(dǎo)通晶體管的裝置用來給外圍設(shè)備供電。這個(gè)外部導(dǎo)通晶體管允許調(diào)整二次電源，使之滿足每種特殊應(yīng)用所需的功耗極限要求。二次供電電源還能根據(jù)要求切斷所選外圍設(shè)備的供電，并以此達(dá)到降低功耗的目的。

輸入電源直接來自車載電池。只需加一個(gè)外部二極管就能達(dá)到電池極性保護(hù)的目的。SBC可以在所有過壓條件下完成保護(hù)動(dòng)作。功率MOSFET工藝技術(shù)的應(yīng)用也使本器件在電池電壓低至4.5V時(shí)還能正常工作，當(dāng)電池電壓低至3V時(shí)能輸出電池故障告警信號(hào)。該電源系統(tǒng)還有過溫保護(hù)功能，溫度到160攝氏度時(shí)將進(jìn)行內(nèi)部熱關(guān)斷處理，溫度在130攝氏度時(shí)會(huì)輸出一個(gè)告警信號(hào)。另外，SBC還能提供低功耗的休眠模式，該模式下系統(tǒng)的電流能減小至40μA。

二、CAN收發(fā)器

除了提供系統(tǒng)電源外，SBC內(nèi)部還集成了一個(gè)1兆波特的CAN收發(fā)器。該收發(fā)器具有主控狀態(tài)超時(shí)檢測(cè)、內(nèi)部熱保護(hù)以及CAN+和CAN-輸入端短路保護(hù)等功能。收發(fā)器內(nèi)部還對(duì)CAN和CAN-輸入端進(jìn)行了跳啟、電池反接以及短接至電源或地的保護(hù)。

4個(gè)高壓喚醒輸入端使器件具備了強(qiáng)大的喚醒功能。這些喚醒輸入端的最大耐壓能達(dá)40V。輸入端的上拉源能在芯片上產(chǎn)生。由于只需用上拉源就能隨時(shí)檢測(cè)開關(guān)輸入的變化，因此能較好地降低功耗。該器件還具有周期性喚醒功能。另外，SBC還提供了針對(duì)MCU的復(fù)位調(diào)節(jié)與低壓檢測(cè)功能。

多開關(guān)檢測(cè)接口

由于需要特殊的觸點(diǎn)濕性電流（wetting currents）和電路故障檢測(cè)功能，汽車電子設(shè)備需要高復(fù)雜度的輸入傳感電路來檢測(cè)開關(guān)狀態(tài)。摩托羅拉公司的多開關(guān)檢測(cè)接口（MSDI）器件MC33993正是為此而設(shè)計(jì)的。

需要大量開關(guān)接口的系統(tǒng)具有許多分立元件，而這些分立元件會(huì)占用標(biāo)準(zhǔn)印刷線路板上的大量空間，并且必須進(jìn)行焊點(diǎn)連接完整性檢測(cè)。而集成化方案能減少焊點(diǎn)數(shù)量，占用的空間也少，并能提供更寬的工作電壓，因此具有更大的靈活性。MSDI器件執(zhí)行的就是開關(guān)檢測(cè)功能，最多能檢測(cè)22個(gè)開關(guān)觸點(diǎn)的開閉狀態(tài)，這些檢測(cè)到的開閉狀態(tài)再通過一條高速串行鏈路傳送給MCU。在輸入端只需加一個(gè)合適的靜電放電電容就能實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬態(tài)干擾的保護(hù)。同樣，所有輸入端都具備電池反接、跳啟和負(fù)載拆卸保護(hù)功能。

MSDI還具有可選的濕性電流。這些內(nèi)部電流源極大地減少了系統(tǒng)部件數(shù)量，并使金屬或橡膠開關(guān)的使用成為可能。用于檢測(cè)金屬開關(guān)的大濕性電流能在檢測(cè)過程中有選擇的使用，從而達(dá)到降低功耗的目的。利用內(nèi)部電流源可以將輸入端作為輕型負(fù)載的供電電源使用，如傳感器、LED或MOSFET門等負(fù)載。這種方法進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能，使這些輸入端在不需要開關(guān)檢測(cè)的情況下能作其它用途。

高阻抗的模擬電路特別容易受到來自電路板上其它信號(hào)噪聲的影響。縮短模擬信號(hào)路徑，并允許器件對(duì)信號(hào)進(jìn)行緩沖可以減少這種影響。MC33993具有強(qiáng)大的模擬接口功能。與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，這種方法能減少系統(tǒng)布線和故障模式。另外MC33993還集成了22比1的模擬復(fù)接器來提升器件性能。通道選擇是通過一條高速串行鏈路實(shí)現(xiàn)的。該器件不僅能提供先進(jìn)的開關(guān)診斷功能，還允許使用模擬傳感器接口和梯形阻抗接口。

MCU輸出電路不能直接驅(qū)動(dòng)汽車負(fù)載，還需要燈、繼電器、馬達(dá)、量程表和LED驅(qū)動(dòng)器等集成電路。這些特殊的輸入接口器件同樣也提供保護(hù)與錯(cuò)誤檢測(cè)功能。

輸出系統(tǒng)

在電源系統(tǒng)與輸入調(diào)整確認(rèn)后就必須考慮輸出系統(tǒng)。許多汽車負(fù)載不能被MCU或低電流接口器件直接驅(qū)動(dòng)，包括馬達(dá)和燈。繼電器或機(jī)械式開關(guān)是當(dāng)今汽車車身控制結(jié)構(gòu)中主要的大電流開關(guān)器件。由于電磁系統(tǒng)成本低，設(shè)計(jì)成熟，不少系統(tǒng)結(jié)構(gòu)師仍樂于選用。然而使用電磁系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很多問題，例如：

1.機(jī)械觸點(diǎn)的有限壽命限制了繼電器的開關(guān)頻率。由于觸點(diǎn)在打開或閉合的時(shí)候具有一定的慣性，在穩(wěn)定到下一個(gè)狀態(tài)前會(huì)有一定程度的跳動(dòng)。這一跳動(dòng)限制了最大的工作頻率，如果超過這一頻率繼電器的壽命將大大縮短。

2.電磁系統(tǒng)不具備診斷功能。在惡劣的汽車環(huán)境中，這些器件的可靠性是個(gè)大問題。

利用專為這類負(fù)載設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器可以方便地把這些負(fù)載集成到系統(tǒng)中去。摩托羅拉公司提供的具有4個(gè)高端與8個(gè)低端的MC33888開關(guān)就是專為驅(qū)動(dòng)汽車負(fù)載設(shè)計(jì)的。這種器件能直接控制4個(gè)功率達(dá)60W的高端負(fù)載和8個(gè)小電流（2.5W）的低端負(fù)載。MC33888器件還內(nèi)建了處理與白熾燈有關(guān)的浪涌電流的功能。從圖2可以看出由白熾燈引起的浪涌電流能達(dá)到正常工作電流的10到15倍，這會(huì)給沒有這些大浪涌電流處理電路的系統(tǒng)帶來很大的問題。對(duì)這類負(fù)載的最常見措施是觸發(fā)過流保護(hù)電路來切斷這些負(fù)載。