基于LIN總線的汽車方向盤按鍵控制器設(shè)計解析

人們在選購家用轎車時，對舒適性的要求在不斷提高，舒適性能已成為購車因素的一項重要指標。傳統(tǒng)的汽車方向盤只具備控制轉(zhuǎn)向和喇叭的功能，而隨著汽車車身電子的發(fā)展，方向盤上正逐漸集成許多用于控制其他功能的按鍵，如控制收音機的按鈕、控制DVD或者CD播放的按鈕、手機藍牙免提、自動巡航控制等，甚至還預(yù)留了用戶可配置功能的按鍵，即學(xué)習(xí)型按鍵。
　　方向盤按鍵的設(shè)計風(fēng)格體現(xiàn)了每種車型不同的個性，因此方向盤的按鍵控制設(shè)計正受到越來越多車廠的關(guān)注?？紤]到汽車方向盤按鍵控制器受到安裝空間、多重命令和設(shè)計成本等諸多因素的限制，同時LIN（Local Interconnect Network）總線在車身電子低速應(yīng)用領(lǐng)域具有可靠性高、節(jié)省線束的優(yōu)勢，我們選用飛思卡爾半導(dǎo)體公司的MC9S08SC4作為主控制器，設(shè)計了一種基于LIN總線的汽車方向盤按鍵控制器。
　　按鍵控制器設(shè)計難點
　　汽車方向盤按鍵控制器的設(shè)計主要有以下三個難點。
　　1 安裝空間限制
　　由于按鍵控制器被安裝在方向盤面板附近的位置，因此需要在設(shè)計時盡可能減小印制板的面積，以方便嵌入到方向盤下方狹小的空間，并且要避免與其他模塊（如ABS）安裝的位置發(fā)生沖突。
　　2 線束數(shù)量限制
　　方向盤按鍵控制器在為駕駛員帶來操控舒適性和駕駛樂趣的同時，需要及時處理各按鍵發(fā)出的多重控制命令，并將這些命令發(fā)送給相應(yīng)的控制模塊，以完成如CD/DVD播放、定速巡航控制或手機電話的免提功能等。如果使用線束方式將按鍵控制器分別與被控模塊相連，勢必增加線束的成本、布線復(fù)雜度和整車重量，因此采用汽車總線的方式實現(xiàn)與各被控模塊之間的通信是高性價比的理想選擇。
　　3成本限制
　　從原理上講，按鍵控制器只是將按鍵操作轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的命令并以最低廉可靠的方式傳給各功能模塊。盡可能減少外圍元器件的個數(shù)，以及盡可能利用微控制器提供的片上資源來實現(xiàn)系統(tǒng)功能是設(shè)計關(guān)鍵所在。
　　按鍵控制器硬件系統(tǒng)設(shè)計
　　按鍵控制器系統(tǒng)主要由輸入信號調(diào)理電路、主控單片機、LIN總線收發(fā)器和按鍵背光輸出驅(qū)動電路組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。輸入信號調(diào)理電路主要對按鍵信號進行鎖存、去抖等處理，處理后的模擬信號送入單片機的AD單元進行數(shù)字化轉(zhuǎn)換，數(shù)字信號則送入單片機中斷接口。主控單片機主要完成按鍵信號的檢查、LED背光的控制以及LIN通信。LIN總線收發(fā)器配合LIN控制器完成與各控制模塊的總線通信。下面著重對主控單片機和LIN總線收發(fā)器的選型予以闡述。
　　
　　圖1 按鍵控制器系統(tǒng)框圖
　　的控制以及LIN通信。LIN總線收發(fā)器配合L I N控制器完成與各控制模塊的總線通信。下面著重對主控單片機和LIN總線收發(fā)器的選型予以闡述。
　　1 主控單片機
　　按鍵控制器的設(shè)計存在安裝空間、線束數(shù)量、成本等諸多限制，關(guān)鍵元器件的選型必須綜合考慮這些因素，力求性價比最優(yōu)。飛思卡爾半導(dǎo)體公司基于增強型H C S08核的8位高性能單片機M C9S08S C4 采用16-T S S O P封裝，外形尺寸僅僅6.40m m×5.00m m，用于方向盤鍵盤控制器設(shè)計將大幅減少P C B面積。另一方面，M C9S08S C4內(nèi)部自帶一個時鐘發(fā)生器，校準后能實現(xiàn)全溫度和全電壓范圍內(nèi)最大誤差不超過±2%的精度，足以滿足時鐘精度要求最高的L I N通信應(yīng)用。因此，可以直接使用內(nèi)部數(shù)字時鐘提供L I N通信和整個系統(tǒng)所需的時鐘信號，省去了芯片外部的時鐘振蕩器，從而達到節(jié)省印制板面積和系統(tǒng)成本的目的。
　　M C9S08S C4內(nèi)部集成有L I N控制器，對于汽車方向盤按鍵所要負責(zé)的多種控制功能，通過L I N總線可以節(jié)省線束成本、減輕重量，也便于功能的升級和裁剪。L I N總線作為一種低成本、高可靠性的汽車總線系統(tǒng)，已在車身電子系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。雖然L I N控制器可以使用普通的串行口控制器U A R T實現(xiàn)，但是M C9S08S C4內(nèi)部的串行口控制器S C I模塊不僅能實現(xiàn)U A R T的功能，而且還集成了與L I N通信相關(guān)的某些硬件特性（例如，對于L I N通信中非常特殊的Break域的產(chǎn)生和檢測過程）。這種硬件集成的L I N通信的功能，相比使用普通U A R T控制器可幫助用戶降低L I N通信軟件設(shè)計復(fù)雜度，加快產(chǎn)品研發(fā)周期和上市時間。