Kinetis EA系列微控制器在汽車儀表中的應(yīng)用

　　3 Kinetis EA微控制器汽車儀表功能的實(shí)現(xiàn)

　　通過上述對(duì)汽車儀表系統(tǒng)分析以及Kinetis EA 微控制器的介紹可知，針對(duì)汽車儀表應(yīng)用，Kinetis EA微控制器缺少專門的段碼式LCD驅(qū)動(dòng)模塊以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。為了擴(kuò)展Kinetis EA微控制器在汽車電子市場(chǎng)里面的應(yīng)用范圍，我們可以通過改善軟/硬件的方法，在幾乎不添加成本的情況下，模擬出段碼式LCD和步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，以滿足市場(chǎng)對(duì)成本日益苛刻的要求。

　　對(duì)于段碼式LCD驅(qū)動(dòng)，為了實(shí)現(xiàn)最多段的驅(qū)動(dòng)，一般選取1/4的占空比和1/3偏壓的驅(qū)動(dòng)方式。由圖2可知，與LCD相連的的芯片引腳上，需要產(chǎn)生出0v、VLCDx1/3、VLCDx2/3和VLCD此四種電壓等級(jí)。微控制器可以很容易的生成0v和VLCD這兩種電壓等級(jí)。但對(duì)于VLCDx1/3和VLCDx2/3，可以利用芯片引腳內(nèi)的上拉電阻，配合外部的電阻梯實(shí)現(xiàn)。例如圖3所示，R1為內(nèi)部上拉電阻，R2、R3為PCB設(shè)計(jì)時(shí)添加的電阻。當(dāng)R1=1/3(R2)=2/3(R3)時(shí)，改變此IO端口的狀態(tài)為“輸出低電平”、“禁止上拉電阻且端口設(shè)置為輸入”、 “使能上拉電阻且端口設(shè)置為輸入”和“輸出高電平”，則輸出端口的電平值依次為0v、VLCDx1/3、VLCDx2/3和VLCD此四種電壓等級(jí)。由于段碼式LCD為電壓驅(qū)動(dòng)方式，故對(duì)于驅(qū)動(dòng)波形無對(duì)應(yīng)電流輸出能力的考核。對(duì)于驅(qū)動(dòng)波形中嚴(yán)格的時(shí)序要求，可由定時(shí)器或計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)各控制信號(hào)間的同步。段碼式LCD需要實(shí)時(shí)刷新屏幕且刷新率一般是240~480Hz之間，故這對(duì)微控制器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備能力是個(gè)考驗(yàn)。

　　圖4展示出典型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)波形，兩相線圈分別由正弦電流和余弦電流控制。在兩相電流的勵(lì)磁下，合成出電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)矢量，帶動(dòng)永磁體的轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。Kinetis EA具有8個(gè)20mA大電流能力的引腳，其中6個(gè)具有PWM輸出能力，剩余2個(gè)可作大電流輸入輸出控制。對(duì)于兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用，其中4個(gè)具有PWM能力的引腳可以模擬一個(gè)步進(jìn)電機(jī)中的兩相控制。剩余2個(gè)大電流PWM輸出和2個(gè)大電流GPIO，可通過1個(gè)大電流PWM與1個(gè)大電流GPIO配合來控制步進(jìn)電機(jī)的一相，最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的兩相控制。由此可見，Kinetis EA對(duì)于兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，完全可由其本身的資源實(shí)現(xiàn)。

　　依據(jù)上述分析結(jié)果進(jìn)行電路及軟件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)采用PKEAZ128AMLK，片外8MHz晶振為時(shí)鐘源，通過FLL倍頻，總線時(shí)鐘運(yùn)行在48MHz。此系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了4x40段LCD驅(qū)動(dòng)和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的位置控制，而且具有CAN/LIN通訊及網(wǎng)絡(luò)喚醒功能?？紤]到低功耗的要求，還為偏置電阻供電電路添加了開關(guān)電路，以便在低功耗時(shí)切斷偏置電阻的電流，從而改善系統(tǒng)低功耗性能。低功耗時(shí)，室溫實(shí)測(cè)Kinetis EA微控制器待機(jī)電流僅為2uA。

　　4 總結(jié)

　　本文通過分析汽車儀表的技術(shù)特點(diǎn)和飛思卡爾Kinetis EA 微控制器的芯片特性，提出了Kinetis EA微控制器在中低端汽車儀表市場(chǎng)中的解決方案并實(shí)現(xiàn)響應(yīng)功能，拓展了Kinetis EA系列微控制器的應(yīng)用領(lǐng)域。