基于MPC5634的汽車控制器多路AD采樣的設(shè)計

　　引言

　　隨著汽車對控制系統(tǒng)的要求和依賴性提高，AD采樣的設(shè)計模塊成為汽車控制器中重要的組成部分。AD采樣的結(jié)果是汽車控制器控制執(zhí)行器的依據(jù)，它的速率和精度在汽車控制中起著重要的作用。

　　本文主要介紹一種基于MPC5634的多路模擬信號采集方法，通過增強型直接內(nèi)存訪問(DMA)方式，自動在RAM和增強型隊列式模數(shù)轉(zhuǎn)換器eQADC模塊之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，能高效和準(zhǔn)確地完成對模擬信號的采集。

　　1 增強型隊列式模數(shù)轉(zhuǎn)換器eQADC模塊

　　1.1 eQADC模塊的結(jié)構(gòu)

　　MPC5634的eQADC模塊有兩個可獨立工作的ADC轉(zhuǎn)換單元(ADC0和ADC1)，40路模擬通道(可擴展)，0~5V的轉(zhuǎn)換范圍，轉(zhuǎn)換精度有8位、10位、12位三種精度可選，具有軟件和硬件兩種觸發(fā)方式，采樣方式有單次方式和連續(xù)方式等，ADC的工作時鐘可達(dá)15MHz。速率和精度可以滿足汽車控制器的要求。圖1為eQADC模塊的結(jié)構(gòu)框圖，顯示了eQADC模塊的主要組成部分。

　　1.2 命令緩存CFIFO的工作機制

　　eQADC模塊有6個命令緩存CFIFO，每個CFIFO有4個深度，CFIFO有單次掃描和連續(xù)掃描的操作模式，配置為不同的掃描模式時，CFIFO就有不同的觸發(fā)機制。當(dāng)配置為單次掃描模式時，每次會使存儲于隊列中的eQADC轉(zhuǎn)換命令序列執(zhí)行一次。當(dāng)設(shè)置為連續(xù)掃描模式時，只要隊列啟動后，就可以持續(xù)的運行。數(shù)據(jù)的流程如圖2所示。

　　1.3 eQADC的命令格式

　　eQADC有配置命令和轉(zhuǎn)換命令兩種命令格式。配置命令用于對eQADC模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，像使能ADC模塊單元，設(shè)置時鐘分頻因子，轉(zhuǎn)換速率因子，使能DMA請求等;轉(zhuǎn)換命令主要用于設(shè)置采集哪個通道，用哪個ADC模塊單元轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果放在6個結(jié)果緩存的哪一個里面，是否對采集的結(jié)果進(jìn)行校正等。

　　2 增強型存儲器直接訪問(DMA)模塊

　　DMA控制器是總線上的一個主機，能夠在片內(nèi)資源(Flash、RAM和I/O外設(shè)等)以及片外資源之間傳輸數(shù)據(jù)。DMA有32個通道，在某個時刻只能有一個通道成為總線上的主機并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了解決他們之間的沖突，DMA有兩種可編程的優(yōu)先級機制：固定優(yōu)先級機制和輪詢優(yōu)先級機制。一旦一個通道成為主機，該通道將通過先讀再寫的操作方式，把數(shù)據(jù)從一個存儲器地址傳輸?shù)搅硪粋€存儲器地址。每個DMA通道都有一個獨立的傳輸控制描述符(TDCn)。

　　3 多路eQADC采樣程序設(shè)計

　　在這次的設(shè)計中，數(shù)據(jù)的傳輸是通過DMA進(jìn)行的。多路eQADC采樣程序設(shè)計主要包括命令隊列、結(jié)果隊列的定義，eQADC的初始化，DMA初始化，觸發(fā)CFIFO等。程序的設(shè)計流程如圖3。

　　3.1 定義數(shù)組

　　本文中cQUEUE0[40]被定義為轉(zhuǎn)換命令的存儲數(shù)組，rQUEUE0[40]被定義為轉(zhuǎn)換結(jié)果的存儲數(shù)組。把所有通道的轉(zhuǎn)換命令分別放在數(shù)組cQUEUE0[40]中，最后采集的結(jié)果分別放在數(shù)組rQUEUE0[40]中，這個可以隨時讀取rQUEUE0[40]中的數(shù)據(jù)被汽車控制器所用。

　　3.2 初始化DMA

　　TCD0對應(yīng)于CFIFO0，TCD1對應(yīng)于RFIFO0。由于本設(shè)計只要一個命令緩存CFIFO0和一個結(jié)果緩存RFIFO0就可以滿足設(shè)計要求，故只用到一個CFIFO0，一個RFIFO0，以及與他們對應(yīng)的TCD0和TCD1。設(shè)置TCD0:源地址為&cQUEUE0，目的地址為0xFFF80010，源地址偏移為4，傳輸?shù)拇笮?2位，次要字節(jié)傳輸數(shù)NBYTES為2;主迭代數(shù)為40;設(shè)置TCD1：源地址為&rQUEUE0，目的地址為0xFFF80032，源地址偏移為4，傳輸?shù)拇笮?6位，次要字節(jié)傳輸數(shù)NBYTES為2;主迭代數(shù)為40。

　　3.3 初始化eQADC

　　初始化轉(zhuǎn)換命令的存儲數(shù)組cQUEUE0[40]，本設(shè)計是采用ADC0模塊單元，12位精度，采用校正，一次采集40個通道的模擬量。配置eQADC的寄存器，時鐘分頻因子為2，使能DMA0，DMA1請求等。

　　3.4 校正寄存器的設(shè)置

　　本項目的芯片功能很強大，以前的校正都需要外面加硬件來校正采樣結(jié)果，MPC5634自帶的有校正功能，本項目采用的校正是這樣的：ADC的初步轉(zhuǎn)換結(jié)果將通過MAC單元來完成校正。MAC單元執(zhí)行下列算法來進(jìn)行校正：

　　Idealresult=GCCXADCresult+OCC+2 (1)

　　GCC為增益校正的常數(shù)，它是在寄存器ADCn_GCCR中定義的;OCC為偏移量校正常數(shù)，它在寄存器ADCn_OCCR中定義的。

　　GCCR與OCCR的值是需要計算來確定的。通過以下公式進(jìn)行求解：

　　Idealresult1=GCCXADCresult1+OCC+2 (2)

　　Idealresult1=GCCXADCresult1+OCC+2 (3)

　　為了求出GCCR與OCCR的值，我們只需要兩個通道的理想結(jié)果和實際的結(jié)果就行了，通道44和通道43的電壓值分別對應(yīng)0.25Vdd和0.5Vdd。而他們的實際結(jié)果可以采集到。因此，可以求出GCCR和OCCR的值。

　　3.5 使能DMA請求

　　設(shè)置使能DMA0和DMA1請求。

　　3.6 觸發(fā)CFIFO0

　　設(shè)置CFIFO0為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，這樣就可以連續(xù)、持續(xù)地采集信號，并及時把采集的結(jié)果放到結(jié)果存儲數(shù)組中，如此就可以保證汽車控制器在結(jié)果存儲數(shù)組中所讀取的數(shù)據(jù)為最新的采集結(jié)果，可以使控制器根據(jù)最新的數(shù)據(jù)來控制各個執(zhí)行器。

　　4 主程序和執(zhí)行結(jié)果

　　void main(void)

　　{

　　uint32_t cQUEUE0[40]; //定義命令存儲數(shù)組

　　uint16_t rQUEUE0[40]; //結(jié)果存儲數(shù)組

　　dma_init_fnc(); //DMA初始化

　　eqadc_init_fnc (); //eQADC初始化

　　set_calconstants ();//校正寄存器的設(shè)置

　　dma_able();//使能DMA0，DMA1

　　cfifo0_trig();//使能DMA0，DMA1

　　while(1)

　　{

　　}

　　}

　　5 結(jié)束語

　　本設(shè)計完成了汽車控制器的采樣模塊的設(shè)計，它保證在時間上和精度上滿足汽車控制器的要求。通過不斷地測試，該設(shè)計達(dá)到了系統(tǒng)所要求的性能和功能。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]Freescale Semicondutor.MPC5634M Microcontroller Reference Manual

　　[2]Freescale.Semicondutor.Enhanced Time Processing Unit(eTPU) Preliminary Reference Manual[M]

　　[3]Code Warrior Development Tools C Compilers Reference 3.2[M].[S.L.]:Metrowerks company,2004

　　[4]孫同景,陳佳友.十六位單片機原理及嵌入式開發(fā)技術(shù)[D].機械工業(yè)出版社,2008.5

　　[5]SojaR,Bannoura M.MPC5554/5553 微處理器揭秘.龔光華,宮輝,安鵬,譯.北京航空航天大學(xué)出版社,2010

　　[6]FreescaleSemicondutor.Tips and Tricks with DMA on MPC56XX.Rev.0,2010

　　[7]FreescaleSemicondutor.Design,Accuracy,and Calibration of Analog to Digital Converters on the MPC5500 Family Rev.2,2010

　　[8]FreescaleSemicondutor.Using DMA to Emulate ADC Flexible Scan Mode on Kinetis K Series.Reved,2012