周剛 楊永平
摘 要:本課題基于對單片機(jī)最小系統(tǒng)的研究,在現(xiàn)有汽車電子控制技術(shù)的基礎(chǔ)下,通過對汽車電控系統(tǒng)的學(xué)習(xí),完成對單片機(jī)電路設(shè)計 、時鐘電路設(shè)計 、電源電路設(shè)計、通訊電路設(shè)計(串口、CAN)。
關(guān)鍵詞:汽車電子;單片機(jī)電路設(shè)計;時鐘電路設(shè)計;通訊電路設(shè)計
1 前言
目前世界轎車 95%以上都采用了電子控制。在我國,從 70年代才開始此領(lǐng)域的研究,研究開發(fā)和生產(chǎn)能力還相當(dāng)?shù)谋∪?,只有歐洲國家 70年代的水平。通過對汽車電控系統(tǒng)的學(xué)習(xí)以及其在多內(nèi)外發(fā)展的對比情況,深刻認(rèn)識到國內(nèi)汽車電子發(fā)展的不足。因此我們必須認(rèn)識自己的不足,努力學(xué)習(xí)國外先進(jìn)技術(shù),開拓創(chuàng)新,形成自己獨(dú)有的技術(shù),為我國汽車電子事業(yè)做出巨大的貢獻(xiàn)。本課題就是在此情況下提出的,由于目前大多數(shù)汽車發(fā)動機(jī)還以汽油機(jī)為主,因此在本論文中主要針對汽油機(jī)的電子控制技術(shù)進(jìn)行研究的。
2 原理圖的繪制
首先啟動 Altium Designer release 10,然后單擊工具欄 [文件 ]—[新建 ]—[原理圖 ],把原理圖重新命名為“最小系統(tǒng)”并保存到新建的工程文件夾中。根據(jù)所需要的元器件從庫中尋找,然后拖動放到原理圖工作區(qū)域中,然后進(jìn)行原理圖的布線。然后對封裝所有的元器件進(jìn)行封裝,根據(jù)各元器件的引腳的控制功能以及控制的對象不同建立相關(guān)的連接。然后單擊工具欄的 [工程 ]—[Compile Document 最小系統(tǒng) . SchDoc] 檢查原理圖是否有錯,有錯則可根據(jù)相關(guān)提示進(jìn)行更改。
3 PBC板的設(shè)計
將畫好的原理圖導(dǎo)入 PCB板,進(jìn)行 PCB板的制作。首先單擊工具欄 [文件 ]—[新建 ]— [PCB],重命名并保存到和原理圖一個工程中。然后在單擊工具欄中的 [設(shè)計 ]—[Update PCB Document PCB.PcbDoc],彈出工程更改順序菜單欄,單擊生效更改,查看是否有錯誤,若有錯則可根據(jù)相關(guān)提示進(jìn)行更改,若沒有錯則單擊執(zhí)行更改將原理圖成功導(dǎo)入建好的 PCB板中。接下來進(jìn)行元器件的擺放,根據(jù)元器件的性質(zhì)以及為了方便走線將已有的元器件正確的擺放到 PCB的有效工作區(qū)域內(nèi)。然后根據(jù)規(guī)則進(jìn)行連接與布線。
4 電源電路設(shè)計
MC9S12 系列單片機(jī)的外部供電電壓為 5V,分別為單片機(jī)的內(nèi)部電壓調(diào)整器, IO 端驅(qū)動器,AD 轉(zhuǎn)換器提供電源,詳細(xì)情況如下 :
使用 5v 供電的端口有:( 1)VDDR(41引腳),接 +5V,VSSR(40 引腳),接地,內(nèi)部電壓調(diào)整器供電端;( 2)VDDA(83引腳),接 +5V,VSSA(86 引腳),接地, AD 轉(zhuǎn)換器供電端;( 3)VDDX(107引腳),接 +5V,VSSX (106引腳),接地, IO 驅(qū)動供電端。
使用 2.5v 供電的端口有(內(nèi)部電壓調(diào)整器開啟時不必進(jìn)行外部供電):( 1) VDDPLL(43引腳),接 +2.5V,VSSPLL(45 引腳),接地,鎖相環(huán)供電端。( 2)VDD1(13引腳),接 +2.5V,VSS1(14引腳),接地,內(nèi)部電源供電端 1;(3)VDD2(65引腳),接 +2.5V,VSS2(66引腳),接地,內(nèi)部電源供電端 2。
5 時鐘電路設(shè)計
一般情況外部時鐘都是由時鐘振蕩電路提供的,時鐘振蕩電路又分為無源時鐘電路和有源時鐘電路;無源時鐘電路由 2個 22pF 的電容和 2個分別為 5M和 1K 的電阻和 1個 16MHZ 晶振構(gòu)成, 2個電容都是一端接地另一端連接晶振的管腳,晶振和 2個電阻連接后引入單片機(jī)的 EXTAL和 XTAL引腳;有源的時鐘電路采用的是有源晶振,內(nèi)部有震蕩電路,當(dāng)通上電源后電路可以自己產(chǎn)生標(biāo)定的頻率信號。
6 通訊電路設(shè)計
MC9S12XS128單片機(jī)的 RS232 串行通訊電路設(shè)計需要使用 2個串行通訊口,而單片機(jī)在與 PC的通訊中,由于電腦的串口信號線為正負(fù)邏輯關(guān)系,這與單片機(jī)的邏輯信號電壓定義不同,這樣就需要對兩者之間信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。接下來是對應(yīng) MC9S12XS128單片機(jī)與 MAX232 的電路原理圖,如下圖:
圖中的 RXD0(串行接 0),TXD0(串行發(fā) 0)分別接單片機(jī)的 PS0(89 引腳)和 PS1(90 引腳)。我們只用了串行接口的 3個引角,其中 2引腳為串行發(fā)送,接 MAX232 的 14引角, 3引腳為串行接收,接 MAX232的 13引角,5引角接地。
7 結(jié)論
本文主要是基于 MC9S12XS128單片機(jī)最小系統(tǒng)的研究,了解單片機(jī)的構(gòu)成及整車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。通過對單片機(jī)電源電路設(shè)計、時鐘電路設(shè)計、通訊電路設(shè)計,對 9S12單片機(jī)最小系統(tǒng)有了深刻的認(rèn)識,清楚了最小系統(tǒng)的構(gòu)成以及各引腳的功能。通過這次設(shè)計,也加深了對汽車電子的認(rèn)識,為以后我國的汽車電子發(fā)展增強(qiáng)了信念。
參考文獻(xiàn):
[1]張陽 . MC9S12XS單片機(jī)原理及嵌入式系統(tǒng)開發(fā) .北京:電子工業(yè)出版社,2011.
[2]凌永成 .汽車電子控制技術(shù)(第二版).北京:北京大學(xué)出版社,2011.
[3]任勇 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 :使用 FreescaleS12X構(gòu)建嵌入式系統(tǒng) .北京:清華大學(xué)出版社,2012.
[4]付官星,車兔林 .發(fā)動機(jī) ECU電源系統(tǒng)電路設(shè)計 .汽車實(shí)用技術(shù)[J],2013.
[5]羅峰 .汽車 CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2010.