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河北華利機械配件有限公司

基于MC9S08DZ60的AMT手柄ECU的設計

2013/7/11 15:49:48

    劉偉,徐進章,孔慧芳

    (合肥工業大學電氣與自動化工程學院,安徽合肥230009

      要:在AMT汽車中換擋手柄ECU的軟硬件設計,采用MC9S08D260單片機的CAN模塊實現AMT手柄ECU與汽車其他系統之間的數據通信。該手柄ECU具有結構簡單、成本低、功能強的特點。

    關鍵詞:手柄ECU;AMT;MC9S08D260;CAN總線

    中圖分類號:TN92    文獻標識碼:A    文章編號:1674-7720(2011)07-0104-03

    采用數字電路可以方便快捷地實現換擋手柄擋位信號的傳遞,但是控制單元間通信的可靠性、實時性、安全性等方面沒有CAN總線技術好。本設計中,手柄ECU可以通過CAN總線向AMT_ECU傳遞駕駛員的駕駛意圖,AMTECU根據手柄ECU所傳遞的報文信息控制變速器進行換擋動作。同時.AMTECU也可以通過CAN總線把變速器的當前狀態f例如檔位狀態和故障狀態1傳送給換擋手柄電路。駕乘人員通過換擋手柄選擇當前期望的擋位,手柄ECU根據接收到霍爾傳感器傳遞的手柄位置信息,執行輸入信號處理,并將處理后的擋位信息通過CAN總線發送給AMTECU,傳遞駕駛員的駕駛意圖.AMTECU根據手柄ECU所傳遞的報文信息控制變速器的換擋動作。由于自身有單片機作為處理單元,可以采用CAN/LIN總線的方式與TCU通信.基本不占用TCU的接口資源。當信號采集電路m現問題時,單片機可白行診斷,簡單故障甚至可代替TCU進行處理【l1。本設計控制電路結構簡單、成本低廉、功能強。

1硬件設計

    本設計硬件電路是以MC9S08D260微控制器為核心,主要包括單片機外圍電路、電源轉換電路、開關量輸m處理電路以及CAN通信電路。

1.1單片機最小系統

    由于手柄ECU系統小但功能全,因此采用摩托羅拉公司的8位微控制器MC9S08D260。該微控制器尺寸小、成本低、功能強大、資源齊全,具有很高的性能價格比,適合汽車手柄換擋的功能要求以及汽車的運行環境。其主要資源包括:一個CAN模塊、一個串行外設接口SPI模塊、兩個串行通信接口SCI模塊、多達24通道的12 bitA/D轉換模塊、一個基本時鐘模塊、60 KB的片上Flash、4 KB的片上RAM、2 KBE2PROM、看門狗定時器(COP   Watc,h - dog),另外還有I2C總線模塊和多個定時器、計數器等。該控制器采周PLL鎖相環技術,能夠產生最高40 MHz的總線頻率。其獨特的片上仿真/淵試模塊(BDC)更是大大簡化了設計,從而確保了MC9S08D260在本設計中的應用地位[31。其外圍電路如圖l所示。

1.2電源模塊

    該模塊采用7805 (UI)芯片實現+12 V轉換成+5 V,MIC29510-3.3(U2)芯片實現+5 V轉換+3.3 V.從而滿足了整個系統的供電,包括單片機的供電。其電路圖如圖2。

1.3開關量處理模塊

    為了使開關量輸入信號更加可靠.每一個開關量的輸入都要通過上拉、限流等處理后送入單片機。當手柄選到期望擋位、進入霍爾傳感器的磁柵范圍內時,傳感器輸出的高電平信號為+3.3 V:其余傳感器輸入端的磁柵范圍內沒有接通的,輸jh低電平信號為OV。本設計采用的霍爾傳感器輸入電壓為+12 V。

1.4 CAN通信電路

    本設計作為整車分布式控制系統的一個節點.與其他車載控制器通信采用CAN網絡通信。本設計采集系統狀態量,并通過CAN命令消息上傳給整車控制器進行T,CAN收發器采用PHILIPS公司的PCA82C250收發器。其硬件電路如圖3所示。

2軟件設計

    系統軟件設計主要包括數據采集存儲和CAN通信兩大模塊。2.1 CAN通信模塊    MC9S08D260內部集成了應用CAN 2.OA/B協議的CAN控制器.包含5個先進先m的接收寄存器、3個使用本地優先級的發送寄存器。在ID識別方面提供了64 bit的掩碼寄存器,可分用為232 bit的滿值寄存器,或416 bit、88 bit的寄存器,這使總線上的消息尋址更加靈活方便。為滿足低功耗需求,該模塊提供睡眠、掉電和MSCAN使能3神模式f 51。

    CAN總線中的數據幀由7個不同的位場組成:幀起始、仲裁場、控制場、數據場、CRC場、應答場、幀結尾。其中數據場的長度可以為0,但模塊封裝的幀最多不超過8個字節。根據仲裁位的不同可分為標準幀(11 bit標識符)和擴展幀(29 bit標識符1。擴展幀格式包括4ID寄存器IRDOIRD3.8個數據寄存器DSRO1個數據長度寄存器DLR.其中IRDO首位是ID28IRD3末位是IDO。兩者之間還存有信號標識位SRR、IDERTRc4i。2.2 CAN通信協議

    CAN總線的通信采用主叫輪詢方式。由于CAN的限制,每個網絡內子節點不宜超過1 000個.這里取10 bit作為源和目的設備的ID標識。因為ID28只能為1.這里規定ID27ID18為幀源ID,而ID17ID8為幀目的ID。因為通信需要傳輸的數據多于8個字節.這里把DSRO作為傳輸多幀數據的總幀數寄存器,把DSRI作為傳輸多幀數據的當前幀數寄存器.DSR2作為幀功能寄存器.DSR3~ DSR6傳輸數據.DSR7為校驗寄存器。

2.3程序設計

    Initializef)完成單片機硬件初始化f手柄ECU初始化、應用程序初始化籌1。上電初始化后,單片機開始采集I/O口擋位的電壓信號,并存儲到片上存儲單元。與主機的CAN通信將以中斷形式完成。圖5為系統整體流程。

    各擋位位置對應的邏輯電平如表l。

    經過試驗,CAN總線傳送的擋位變化信息如圖6所示。    經試驗證明,該手柄ECU在實驗室條件下能夠實現數據采集和網絡通信.并達到換擋目標。采用CAN總線技術的手柄ECU不僅可以降低成本、實現數據共享,同時還可以提高AMT的性能。其最高l Mb/s(40m以內1的傳輸速度使得手柄ECU實時性好、可靠性高、運行情況良好.

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