.整车控制器硬件设计实现PPT课件

整车控制器硬件设计 1 设计输入 确定控制器的成本目标确定控制器的技术参数 功能和性能 能支持基于模型的设计 以方便主机厂二次开发 至少具有三路CAN 至少具有16路数字输入 输出通道 4路AD通道 AD通道的分辨率至少在8位以上 至少2路PWM输出 对外提供2路电源 工作电压范围9 32 10 DVC 使用温度范围 40 125 使用湿度范围 95 RH 防护等级 IPxx 满足一般汽车电器电磁兼容要求 2 设计过程 1 控制器造型和尺寸统一性原则 物理认识和精神感受统一时空性原则 根据人的心理感觉 使造型产生生命力的感觉用户需求 满足用户需求2 初步结构设计安装在密闭的金属壳内外壳打密封胶 3 主控制芯片的选型选用汽车级的主控制芯片 如飞思卡尔16BIT或32BIT系列芯片 3 硬件设计 整车控制器硬件设计框图 4 硬件设计 1 总体设计思路本控制器设计采用模块化设计思想 整个控制器电路由以下几个功能部分组成 如图 5 硬件设计 CPU模块为控制器的处理器单元 power电源模块为控制器电源部分 为控制器提供必需的电源 Digital input模块为数字输入部分 为控制器外部数字量输入部分 Digital output模块为数字输出部分 为控制器的数字量输出部分 Analog input模块为控制器的模拟量输入部分 Communication部分为控制器通讯功能模块 为控制器提供通讯 6 硬件设计 1 电源电路 7 硬件设计 8 硬件设计 9 硬件设计 电源电路经过型号为IB0505S的DC DC电源隔离后分别给MCU CAN电路 RS232电路芯片供电 这样设计目的是为了减少相互干扰 提供硬件抗干扰性 也解决外部对内部电路电磁干扰问题 10 硬件设计 2 时钟电路 11 硬件设计 时钟电路可用于控制整个系统的运行节奏 图中的X101为16M有源晶振 可保证系统时钟的可靠性 此时保证MCU的PE7引脚接地 下半部分为看门狗电路 在程序执行出错时 可通过看门狗消除复位 X5043不仅有降压检测 复位控制 且具有保护功能的4K容量的EEPROM 它有一个四线构成的SPI总线方式操作 其擦写周期至少有100W次 并且写好的数据能够保存100年 12 硬件设计 3 BDM复位电路 13 硬件设计 BDM复位电路有两个功能 1 手动复位 R122和C114组成上电复位电路 按下图中S101键 系统即可复位重新启动 2 BDM功能 BDM BackgroudDubugMode 后台调试模式 是一种调试技术 也叫BDM调试器 它的基本基本原理是在MCU片内嵌入一个智能化的通信模块 通过单线通信协议与外界通信 该智能化通信模块名称为BDM模块 利用BDM模块可完成以下三项功能 1 可以对片内Flash进行擦除和写入操作 完成应用程序的下载 2 实现应用程序的的动态调试和静态调试 3 配置和修复MCU内部资源 14 硬件设计 4 AD采集电路 15 硬件设计 模拟信号ADCx x 0 3 表示有4路AD采集电路 输入 到连接到MCU的PAD0 x x 0 3 它们之间使用HCNR201线性光耦结合运算放大器LM124 能有效地把外部信号传送到内部MCU的AD管脚 并消除外部的电磁干扰 其中PESD5V0SIBA器件是属于瞬态电压抑制器 TVS 的电磁保护器件 16 硬件设计 5 IO输入电路 17 硬件设计 整车控制器总共设计多路输入IO信号 图为其中的一路 图中IOIN2为外部IO输入信号 经过ADum1410隔离器件 进入MCU的端口引脚 另从图中可以看出 外部电路和内部电路的电源是不同的 外部电路使用VCC电源 而内部电路使用MVDD 5 0 起到完全隔离作用 阻止了外部干扰信号的进入 器件ADum1410是ADI公司推出的基于iCouple磁耦隔离技术的四通道数字隔离器 它采用了高速的CMOS工艺和芯片级的高压器技术 在性能 功能 体积等各方面有光电隔离无法比拟的优势 18 硬件设计 6 IO输出电路 19 硬件设计 上图中为其中的一路IO输出 TLP521 4是一个光电耦合器件 可外接4路输出 可有效地隔离内部和外部信号 当MCU上管脚IOOUT5 PA5设为低电平时 发光TLP521 4的对应二极管导通 从而Q603三级管导通 则IOOUT3为低电平 反之则IOOUT3为高电平 图中的D603需并联一个电感元件 当输出从高电平转为低电平时 起到释放电流的作用 实际使用时 IOOUT3输出外接一个继电器 通过断开或闭合继电器的方式控制外部信号的闭合和导通 20 硬件设计 7 CAN总线接口电路 21 硬件设计 图中ADuM1201和TJA1050芯片的组合搭建 是典型的CAN总线接口电路 也是整车控制器能否正常工作的关键电路 图中EM201是共模电感用于防止电磁干扰信号 ESD201是CAN总线的ESD electro staticdischarge 静电释放 保护二极管 R201是CAN总线的终端电阻 防止总线上的信号反射 ADuM1201是ADI公司采用其iCouple磁耦隔离技术的双通道隔离的电平转换器 采用高速的CMOS工艺和芯片级的变压器技术 在性能 功耗等方面有很高的优势TJA1050是CAN总线协议控制器和物理总线之间的接口 22 硬件设计 8 外部板端接