基于CAN總線的汽車儀表系統(tǒng)中芯片的選型與電路設(shè)計

系統(tǒng)MCU的選型在整個方案設(shè)計中至關(guān)重要，是主要功能實現(xiàn)的關(guān)鍵元件，并直接關(guān)系到外圍元器件的配置要求和整體方案的可實現(xiàn)性。系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性、功能需求的可靠性以及市場定位要求和合理的經(jīng)濟性都是在MCU方案選擇中必須考慮的。選擇的MCU過于昂貴，即使性能良好也會因為價格的原因而失去市場;系統(tǒng)方案滿足實驗室臺架試驗，其價格也比較合理，但卻不能滿足汽車電氣設(shè)備基本技術(shù)條件（QC門禪13一2002）中的振動、高低溫、耐酸等試驗，這同樣會使你的開發(fā)方案失去價值。所以在進(jìn)行開發(fā)方案系統(tǒng)設(shè)計時，選擇適合本系統(tǒng)的MCU是開發(fā)方案成功的重要一步。如今，嵌入式應(yīng)用技術(shù)在過去的20年里得到了迅猛的發(fā)展，世界上很多單片機公司都根據(jù)汽車的特定環(huán)境推出了各種不同性能的MCU 。其中在汽車領(lǐng)域內(nèi)比較領(lǐng)先的有Freeseale、Philips，其他單片機公司如：microchip、atmel、fujitsu、TI、NEC、ST等也相繼開發(fā)除了適合汽車工作環(huán)境的單片機。本系統(tǒng)MCU選擇FREESCAI石公司的16位單片MC9512H128。Freescafe（飛思卡爾）半導(dǎo)體公司（原MOTOROLA公司半導(dǎo)體產(chǎn)品部）是世界上最大的單片機供應(yīng)商。其單片機產(chǎn)品的技術(shù)根基可追溯到1974年的8位處理器MC6800和后來的MC6801，使用HMOS工藝，功耗高。最早出現(xiàn)CMOS工藝的單片機是MC14685，后來出現(xiàn)了HCMOS（高速CMOS）工藝的單片機MC68HC05，產(chǎn)量突破了20億片，是世界上產(chǎn)量最高的單片機。其后又推出了HCS05和HCLDS兩個系列的單片機，于2000年后推出了低功耗、低成本、高性能的8位單片機有Hc08、MCSOS、HCn，其系列品種繁多、片內(nèi)資源豐富，應(yīng)用范圍廣泛，可靠性高，抗干擾能力強。其他相關(guān)產(chǎn)品見表4一1
　　
　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對產(chǎn)品應(yīng)用性能要求的提高，處理位數(shù)更高的單片機也得到了迅速的發(fā)展，各公司紛紛推出了16位和犯位高性能的單片機。但由于價格，技術(shù)等因素的影響，還沒有普遍應(yīng)用，一般在特定環(huán)境和有專門需求的場合中應(yīng)用。FREESCALE公司的16位單片機產(chǎn)品有HC12系列、512系列、He16系列等［35］。
　　本課題在MCU選型方案方案上做了大量工作，經(jīng)過了如下程序：首先根據(jù)功能需求劃分功能模塊，然后根據(jù)功能模塊選擇合適型號的MCU，根據(jù)各MCU的性能進(jìn)行配置外圍電路，最后通過比較各個方案的綜合性能、成本價格、工藝條件后最后確定了以H128為MCU的開發(fā)方案，選擇了Freescale公司專門為汽車儀表設(shè)計的16位單片機Megs12H12s（以后簡稱HiZs）136］。H12s屬于16位單片機中512系列中的一種（512系列單片機根據(jù)應(yīng)用場合的不同分為A、B、C、D、E、F、G、H、L等系列）。選擇H128其最主要的原因就是其片內(nèi)功能模塊的高集成度完全符合本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖方案的功能需求，無需擴展任何外圍電路即可完成系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。H128其外圍引腳功能如圖4一1所示。
　　
　　MC9512H128單片機的功能正好能滿足儀表系統(tǒng)的需求，其內(nèi)部集成的每個功能模塊都在本儀表中使用到，并有部分接口預(yù)留，可以作為功能擴展和產(chǎn)品升級使用。H128內(nèi)部豐富的集成資源、成本價格相對便宜，專門針對汽車環(huán)境進(jìn)行功能開發(fā)能滿足汽車電子耐溫、振動、耐酸等多項試驗，使得系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作可靠。H128單片機在使用和運行上具有以下特點：
　　1.低功率消耗：通過編程的方法對輸入時鐘進(jìn)行分頻，避開了功耗更大的高頻電路，總線速率為4MHz時，通過4分頻，只需使用16MHz晶體。此外，還具有認(rèn)AIT和STOP模式進(jìn)一步降低功耗。它還可以使用低頻率晶體（例如32K）的節(jié)能方式，通過PLL倍頻后供MCU使用。程序可控制PLL在滿足要求的前提下盡量降低時鐘速率，自動平衡性能與功耗之間的關(guān)系。
　　2.兼容性：CPU12完全兼容HCn的源程序，多數(shù)指令匯編后生成相同的目標(biāo)代碼，它的程序設(shè)計模型與中斷相應(yīng)的堆棧操作順序與HCll完全相同。此外CPU12增加了不少新的指令。
　　3.提高速度：CPU12是16位的處理器，ALU在某些運算中為20位。MCgs12內(nèi)部所有數(shù)據(jù)總線為16位，外部總線可擴展為16位工作方式，也可以擴展為8位工作方式，這樣可用8位的存儲器件構(gòu)成低成本的應(yīng)用系統(tǒng)。即使選擇了這種8位的工作方式，CPU12仍然按16位方式操作，智能總線接口自動將其分成兩次8位操作，期間暫時凍結(jié)CPu。其次，CPU12具有一個類似流水線的指令隊列，用于緩沖指令代碼。CPU開始執(zhí)行任何一條指令時，除了8位操作碼以外，至少另外兩個字節(jié)的目標(biāo)代碼對CPU可見。這意味著對于多數(shù)指令來講，開始執(zhí)行時，所需代碼已經(jīng)進(jìn)入CPU，可在單個周期內(nèi)完成，而無需等待取指令操作。取指令操作固定按照16位進(jìn)行，與指令代碼長度無關(guān)，因此不要求代碼長度是偶數(shù)字節(jié)，從而提高了代碼效率。CPU12的指令隊列邏輯和微代碼使對齊的和非對齊的指令執(zhí)行時間完全相同。