【正文】 可用作串行通信接口。PTE0、PTEPTE2連接鍵盤輸入電路。 本章小結(jié)汽車電子控制系統(tǒng)的核心是ECU。設(shè)計汽車電子控制系統(tǒng)的核心首要的是選擇合適的ECU。本章首先通過對本設(shè)計的技術(shù)指標和ECU的一般選擇條件進行分析后選擇了摩托羅拉半導體公司車用8位微處理器MC68HC908GT8。隨后對該芯片進行了詳細的介紹，包括其主要特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)模塊、引腳使用范圍與特點等，為接下來深入了解ECU的工作原理和如何使用ECU打下了基礎(chǔ)。ECU引腳的使用設(shè)計與下一章即將介紹的硬件電路設(shè)計是同時進行的，ECU將與其他部分的電路相配合實現(xiàn)記憶存儲式控制器的各項基本功能。第4章 硬件電路設(shè)計 硬件電路設(shè)計概述硬件電路設(shè)計是本控制器得以實現(xiàn)設(shè)計功能的硬件保證。硬件電路設(shè)計實際上是與ECU的選擇、軟件程序的設(shè)計同時進行的，在設(shè)計的過程中相互協(xié)調(diào)，相互配合以實現(xiàn)功能。實際上本控制器的硬件電路可以分為若干模塊，用于實現(xiàn)記憶存儲信息保存和調(diào)用的記憶存儲電路、用于實現(xiàn)后視鏡調(diào)節(jié)的后視鏡調(diào)節(jié)電路、用于實現(xiàn)座椅調(diào)節(jié)的座椅調(diào)節(jié)電路、用于實現(xiàn)鍵盤輸入信號控制的鍵盤輸入電路、用于實現(xiàn)傳感器信號采集的采樣電路等。本硬件電路設(shè)計中需要秉承的基本原則如下：選用通用、可靠的電子器件；與軟件程序、ECU引腳使用結(jié)合設(shè)計；緊湊設(shè)計電路，考慮功能擴展。在進行硬件電路細節(jié)設(shè)計之前，需要進行方案的設(shè)計和元器件的選擇。硬件電路設(shè)計中的各個部分的電路都是以ECU為連接中心，連接到ECU并且通過ECU進行集中的控制。 硬件電路示意圖，其中元器件以進行細節(jié)設(shè)計后的硬件電路各個部分所使用的元件為準。通過上圖可以看到本控制器的硬件電路是分為記憶存儲、后視鏡調(diào)節(jié)、座椅調(diào)節(jié)、信號采集以及鍵盤控制等幾個模塊的，雖然各個部分的細節(jié)電路設(shè)計無法表示清楚，但是可以很清楚的看到各個部分的電路與ECU的連接。在進行后視鏡和座椅調(diào)節(jié)時，鍵盤首先輸入指令，指令輸入ECU，ECU調(diào)用相關(guān)的程序進行計算和邏輯分析后輸出控制指令控制相應電路或者電機工作以完成后視鏡和座椅位置的調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)完成后，可以進行位置的記憶存儲。記憶存儲同樣通過鍵盤輸入存儲信號，記憶存儲信號輸入ECU中后，ECU通過相應的程序控制記憶存儲電路以將后視鏡和座椅的位置信息存儲在EEPROM中。后視鏡和座椅的位置恢復同樣也是通過鍵盤輸入信號，恢復信號傳遞給ECU以控制相應的恢復程序來自動控制電機進行工作以恢復后視鏡和座椅的位置。本章以下部分將對本控制器硬件電路設(shè)計的各個模塊進行詳細的討論。 記憶存儲電路 記憶存儲電路概述記憶存儲電路是用于存儲后視鏡和座椅的位置信息以便隨時調(diào)用。由于記憶存儲的內(nèi)容需要實時的修改，所以不能使用ECU中的存儲空間，而需要單獨設(shè)計一個記憶存儲電路，通過不需要脫離系統(tǒng)即可擦寫存儲的EEPROM來實現(xiàn)。EEPROM（電可擦除可編程只讀存儲器）是一種既用電信號寫入也用電信號擦除的只讀存儲器芯片，其存儲的信息在斷電后仍能保存，即flash memory。 EEPROM的選擇和特性后視鏡和座椅的位置信息選用型號為AT93C46的EEPROM記憶存儲。AT93C46是Atmel公司推出的低功耗、低電壓電可擦除的可編程只讀存儲器?？芍貜蛯?00萬次，數(shù)據(jù)可保存100年以上。它采用CMOS技術(shù)和Fairchild Semiconductor 公司的Micro Wire工業(yè)標準3線串行接口，具有1KB的容量，并可通過ORG管腳配置成8位128字結(jié)構(gòu)或者16位64字結(jié)構(gòu)。該系列存儲器可靠性高，重復擦寫次數(shù)多，數(shù)據(jù)保存時限長；采用8腳PDIP/SOIC封裝。與并行的EEPROM相比，AT93C46接線簡單，可大大節(jié)省印制板空間。在低電壓的工程應用中，AT93C46得到了廣泛的應用。 AT93C46的引腳。 AT93C46引腳圖AT93C46的各引腳的作用如下[29]。CS(Chip Select)：片選信號。高電平有效，低電平時進入等待模式。在連續(xù)的指令之間，CS信號必須持續(xù)至少250ns的低電平，才能保證芯片正常工作。SK(Serial Data Clock)：串行時鐘信號。在SK的上升沿，操作碼、地址和數(shù)據(jù)位進入器件或從器件輸出。在發(fā)送序列時，SK最好不停止，以防止讀/寫數(shù)據(jù)的錯誤。 DI(Serial Data Input)：串行數(shù)據(jù)輸入?？稍赟K的同步下輸入開始位、操作碼、地址位和數(shù)據(jù)位。DO(Serial Data Output)：串行數(shù)據(jù)輸出。在SK同步下讀周期時，用于輸出數(shù)據(jù)；而在地址擦/寫周期或芯片擦/寫周期時，該端用于提供忙/閑信息。GND(Ground)：接地。VCC(Power Supply)：接＋5V電源。ORG(Internal Organization)：存貯器構(gòu)造配置端。該端接VCC或不連接時即為選擇輸出16位；該端接GND時即為選擇輸出8位。本設(shè)計需要進行8位數(shù)字信號的輸入輸出，即將ORG端口接GND。DC(Don’t Connect)：空腳，不連接。 AT93C46的指令AT93C46的指令如下所列。擦/寫允許指令(EWEN)為保證數(shù)據(jù)的完整性，在第一次上電后，AT93C46自動進入擦/寫允許狀態(tài)。故該指令必須在所有編程模式前執(zhí)行，一旦執(zhí)行擦/寫允許指令后，只要外部沒有斷電或者沒有執(zhí)行擦/寫無效指令就可以對芯片進行編程。地址擦指令(ERASE)該指令用于把指定地址中所有數(shù)據(jù)位都置為“1”。一旦擦除指令和地址被譯碼后擦除自我計時周期就開始。此時需使CS信號保持至少250ns的低電平，然后將CS置為高電平，這時，DO端就顯示“準備好/忙”狀態(tài)信號。DO端為“0”時表示正在執(zhí)行擦指令；DO端變?yōu)椤?”信號，表示該指定地址的寄存器單元已擦完，可以執(zhí)行下一條指令。地址寫指令(WRITE)寫指令包含了需要寫入指定寄存器單元的8位或者16位數(shù)據(jù)。在DI端收到最后一個數(shù)據(jù)位時，自我計時程序周期就開始。在CS端在保持了至少250ns的低電平之后轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖綍r開始，DO端就顯示“準備好/忙”狀態(tài)信號。DO為“0”時表示寫操作仍在進行中；DO為“1”時表示寫指令已經(jīng)操作完成，可以執(zhí)行下一步指令。地址讀指令(READ)該指令包含了所需讀出的地址代碼的存儲位置。讀指令和地址被解碼后，特定存儲單元的地址信息在串行數(shù)據(jù)輸出端DO可用。讀指令在SK的上升沿觸發(fā)。芯片擦指令(ERAL)該指令主要用于試驗，可將整個存儲器內(nèi)存儲陣列全部置為1。在CS端保持低電平至少250ns后轉(zhuǎn)為高電平，DO端可以顯示準備好或者忙信號。同擦指令或?qū)懼噶睿珼O端為“0”顯示忙，為“1”表示準備好下一指令。ERAL指令只在電壓VCC＝5V177。10％時有效。芯片寫指令(WRAL)該指令可將命令中包含的數(shù)據(jù)寫入整個存儲器內(nèi)存儲陣列。DO端同ERAL指令顯示忙或者準備好信號。同樣，WRAL指令也只在電壓VCC＝5V177。10％時有效。擦/寫禁止指令(EWDS)該指令可對寫入的數(shù)據(jù)進行保護，以防意外丟失。但是READ指令是獨立的，可以在任何時候運行。 記憶存儲電路。 記憶存儲電路圖本設(shè)計中記憶存儲電路使用型號為AT93C46的EEPROM，其6腳接地，8腳接電源，7腳不使用，其余四腳連接ECU，形成記憶存儲電路。 后視鏡調(diào)節(jié)電路 后視鏡調(diào)節(jié)電路概述左右后視鏡的調(diào)節(jié)一共需要8個控制信號，包括左右各4個，分別是上轉(zhuǎn)、下轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)。后視鏡和座椅均采用永磁式直流電動機，共8個，工作電壓12V，電機以正反轉(zhuǎn)控制正反方向的調(diào)整。左后視鏡控制電路使用ECU的4個引腳，分別是左后視鏡有效引腳，3個控制引腳。3個控制信號分別通過38譯碼器74LS138處理，輸出8個控制信號，連接電機的驅(qū)動電路通過橋式電路驅(qū)動左后視鏡的2個電機。右后視鏡單獨使用右后視鏡有效引腳，與左后視鏡共用3個控制引腳，通過另一個38譯碼器74LS238控制橋式驅(qū)動電路驅(qū)動右后視鏡的2個電機。 38譯碼器的選擇與使用本設(shè)計中選擇了比較常見的38譯碼器74LS138和74LS238進行譯碼輸出信號。74LS138是一個常用的高性能，低延時38譯碼器，通常用于存儲電路和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)電路中。一般而言，其延時比存儲訪問時間要短，從而可以忽略。－；極限電壓7V；工作溫度為0－70oC[30]。74LS138外部有16個引腳，內(nèi)部是由與非門組成的3－8線譯碼器。16個引腳中，8腳接地，16腳接電源。另外有8個輸出引腳。G1和G2A、G2B是芯片有效引腳；A、B和C是選擇引腳，由這三個引腳的輸入決定輸出的信號。從功能表我們可以看到74LS138的8個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平，則芯片處于非工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平，其余7個輸出引腳全為高電平。一旦出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為0的情況，則該芯片已經(jīng)損壞。74LS138有三個附加的芯片有效引腳（也可稱為控制端）GG2A和G2B。只有當G2A和G2B都是低電平，G1接高電平時，芯片處于工作狀態(tài)。否則芯片的8個輸出引腳都輸出高電平。這三個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來以擴展譯碼器的功能。當芯片處于工作狀態(tài)時，其輸出的信號邏輯式如下[30]。 74LS138的輸出邏輯式輸出信號表達式輸出信號表達式由以上邏輯式可以看出，同時又是這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。74LS238和74LS138基本一樣，輸入輸出信號邏輯一致。74LS138和74LS238在本設(shè)計電路中起到的作用是在選中工作后，能將3個輸入的控制信號通過譯碼轉(zhuǎn)換為8個輸出信號，以控制調(diào)節(jié)電路，從而控制電機的工作。假如不使用38譯碼器來調(diào)整輸入信號，而直接通過ECU來控制電機驅(qū)動電路，至少需要使用ECU的8個引腳。在主控制ECU芯片引腳有限的情況下，通過兩個譯碼器的變換獲得了16 個驅(qū)動信號來驅(qū)動4個H型橋式驅(qū)動電路以驅(qū)動電機，而僅僅使用了ECU的5個引腳。而本身38譯碼器的成本很低，優(yōu)化了成本相對比較高的ECU的選擇。 電機驅(qū)動電路設(shè)計電機的驅(qū)動是通過H型橋式驅(qū)動電路實現(xiàn)的。H型橋式電路是常見的電機驅(qū)動電路，通常由4個三極管按照方形的四角放置，中間連接電機。在對角線的三極管導通時，電流可能從左到右或從右到左流過電機，即可驅(qū)動電機正、反轉(zhuǎn)。本設(shè)計中的H型橋式驅(qū)動使用了2個型號為8550的PNP 型三極管，同時使用了2個型號為8050的NPN 型三極管，這兩個型號的三極管通常是相互配合使用的。本設(shè)計的H型橋式驅(qū)動的聯(lián)通機理如下。首先通過芯片有效引腳輸入高電平使兩個譯碼器中的一個處于工作狀態(tài)，另一個處于非工作狀態(tài)。處于非工作狀態(tài)的譯碼器的8個輸出都是高電平，處于工作狀態(tài)的譯碼器的8個輸出有7個是高電平，有一個低電平。這樣在4個H型驅(qū)動電路的一個對角邊的兩個三極管導通，就會形成一個通路，從而驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動。由電路圖可以清楚的看到，2個譯碼器的16個輸出組合成8對高低電平的輸出，在得到相應的信號控制后，可以控制4個電機各進行兩個方向的旋轉(zhuǎn)。 座椅調(diào)節(jié)電路 座椅調(diào)節(jié)電路概述座椅調(diào)節(jié)也需要8個控制信號，分別是前升高、前下降、后升高、后下降、向前滑動、向后滑動、椅背角變大和椅背角變小。座椅控制電路使用ECU的4個引腳。分別是座椅有效引腳，3個控制引腳。3個控制信號通過38譯碼器74LS238處理，輸出8個信號，通過8路達林頓驅(qū)動器ULN2803驅(qū)動4個繼電器JQC16F，控制4個電機工作。 座椅控制電路圖 38譯碼器的選擇與使用在座椅調(diào)節(jié)電路中，本設(shè)計也采用了一個38譯碼器來進行信號的輸入輸出。選用的譯碼器74LS238在后視鏡調(diào)節(jié)電路部分已進行功能使用說明。這里同樣只需要使用3 個控制信號的輸入即可輸出8個控制信號，同時使用1個座椅調(diào)節(jié)有效引腳，共4個。 電機驅(qū)動電路的設(shè)計座椅調(diào)節(jié)中所需要控制的電機的啟動電流遠遠大過后視鏡內(nèi)的電機，而H型橋式驅(qū)動電路只是用來驅(qū)動在較低的電壓下工作的器件，這里不能使用。所以座椅調(diào)節(jié)電路使用了晶體管陣列驅(qū)動器來驅(qū)動繼電器的驅(qū)動方式。晶體管陣列選用型號為ULN2803 的高電壓大電流的八路達林頓晶體管陣列，繼電器選用型號為JQC－16F的車用繼電器。ULN2803是常用的八路達林頓驅(qū)動器，也叫做晶體管陣列或晶體管陳列，用于放大驅(qū)動電流，可以直接驅(qū)動繼電器工作，甚至可以直接驅(qū)動低壓燈泡。一個ULN2803最多能夠驅(qū)動8個繼電器，本設(shè)計中驅(qū)動4個繼電器即可控制4個電機的正反轉(zhuǎn)[32]。JQC16F是常用的超小型汽車繼電器，額定線圈電壓是12V，最大切換電流是20A。其延時短，而且有兩個獨立的系統(tǒng)[33]。座椅控制電路中的電機驅(qū)動使用JQC16F來控制電機的正反轉(zhuǎn)。 鍵盤控制電路 鍵盤控制電路概述鍵盤分為調(diào)節(jié)鍵和存儲功能鍵。調(diào)節(jié)鍵輸入調(diào)節(jié)信號通過優(yōu)先編碼器SN74LS148N輸入至ECU。優(yōu)先編碼器是指當兩個或兩個以上的輸入端發(fā)出輸入請時,。存儲功能鍵有5個，分別是存儲、恢復和位置M3鍵。存儲功能鍵一鍵一線連入ECU。、。