整车控制器硬件设计实现

硬件设计
3）BDM复位电路
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BDM复位电路有两个功能： 1）手动复位，R122和C114组成上电复位电路，按下图中 S101键，系统即可复位重新启动； 2）BDM功能，BDM(Backgroud Dubug Mode,后台调试模式)， 是一种调试技术，也叫BDM调试器，它的基本基本原理是在MCU片 内嵌入一个智能化的通信模块，通过单线通信协议与外界通信，该 智能化通信模块名称为BDM模块。利用BDM模块可完成以下三项功 能：1-可以对片内Flash进行擦除和写入操作，完成应用程序的下载； 2-实现应用程序的的动态调试和静态调试；3-配置和修复MCU内部 资源。
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4）AD采集电路
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模拟信号ADCx(x=0~3,表示有4路AD采集电路)输入，到连接到 MCU的PAD0x(x=0~3)。 它们之间使用HCNR201线性光耦结合运算放大器LM124，能 有效地把外部信号传送到内部MCU的AD管脚, 并消除外部的电磁干 扰。 其中PESD5V0SIBA器件是属于瞬态电压抑制器(TVS)的电磁保 护器件。
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7）CAN总线接口电路
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图中ADuM1201和TJA1050芯片的组合搭建，是典型的CAN总 线接口电路。也是整车控制器能否正常工作的关键电路。 图中EM201是共模电感用于防止电磁干扰信号，ESD201是 CAN总线的ESD(electro-static discharge， 静电释放)保护二极管， R201是CAN总线的终端电阻，防止总线上的信号反射。 ADuM1201是ADI公司采用其iCouple磁耦隔离技术的双通道隔 离的电平转换器，采用高速的CMOS工艺和芯片级的变压器技术， 在性能、功耗等方面有很高的优势 TJA1050是CAN总线协议控制器和物理总线之间的接口
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6）IO输出电路
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上图中为其中的一路IO输出。TLP521-4是一个光电耦合器件， 可外接4路输出，可有效地隔离内部和外部信号。 当MCU上管脚IOOUT5_PA5设为低电平时，发光TLP521-4的对 应二极管导通，从而Q603三级管导通，则IOOUT3为低电平，反之 则IOOUT3为高电平。 图中的D603需并联一个电感元件，当输出从高电平转为低电 平时，起到释放电流的作用。 实际使用时，IOOUT3输出外接一个继电器，通过断开或闭合 继电器的方式控制外部信号的闭合和导通。
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5）IO输入电路
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整车控制器总共设计多路输入IO信号，图为其中的一路。 图中IOIN2为外部IO输入信号，经过ADum1410隔离器件，进 入MCU的端口引脚。 另从图中可以看出，外部电路和内部电路的电源是不同的， 外部电路使用VCC电源，而内部电路使用MVDD_5.0,起到完全隔离 作用，阻止了外部干扰信号的进入。 器件ADum1410是ADI公司推出的基于iCouple磁耦隔离技术的 四通道数字隔离器。它采用了高速的CMOS工艺和芯片级的高压器 技术，在性能、功能、体积等各方面有光电隔离无法比拟的优势。
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8）外部板端接插件
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外部插件采用AMP的通用ECU插头，型号1-936450-2，针脚管 数81针，它具有良好的防水性和锁紧功能，不容易产生虚接现象。
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9）整车控制器实物图
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10）带外壳的整车控制器
设计过程
1）控制器造型和尺寸
统一性原则：物理认识和精神感受统一 时空性原则：根据人的心理感觉，使造型产生生命力的感觉 用户需求：满足用户需求
2）初步结构设计
安装在密闭的金属壳内 外壳打密封胶；
3）主控制芯片的选型
选用汽车级的主控制芯片，如飞思卡尔16BIT或32BIT系列芯片
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硬件设计
CPU 模块为控制器的处理器单元。 power 电源模块为控制器电源部分，为控制器提供必需的电源。 Digital_input 模块为数字输入部分，为控制器外部数字量输入部分。 Digital_output 模块为数字输出部分，为控制器的数字量输出部分。 Analog_input 模块为控制器的模拟量输入部分。 Communication 部分为控制器通讯功能模块，为控制器提供通讯。
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1）电源电路
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硬件设计
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电源电路经过型号为IB0505S的DC/DC电源隔离后分别给MCU、 CAN电路、RS232电路芯片供电，这样设计目的是为了减少相互干 扰，提供硬件抗干扰性，也解决外部对内部电路电磁干扰问题。
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2）时钟电路
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时钟电路可用于控制整个系统的运行节奏，图中的X101为 16M有源晶振，可保证系统时钟的可靠性。此时保证MCU的PE7引 脚接地。 下半部分为看门狗电路，在程序执行出错时，可通过看门狗 消除复位，X5043不仅有降压检测，复位控制，且具有保护功能的 4K容量的EEPROM,它有一个四线构成的SPI总线方式操作，其擦写周 期至少有100W次，并且写好的数据能够保存100年
电源模块 I/O 输 入 AD 输 入 D C / D C 隔 离 MCU核心电路 D C / D C 隔 离 I/O 输 出
BDM复位电路 MCU 时钟电路 外置看门狗 电路 DC/DC隔离 CAN通讯接口 SCI通讯接口
PWM 输 出
整车控制器硬件设计框图
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1）总体设计思路 本控制器设计采用模块化设计思想，整个控制器电路由以下 几个功能部分组成，如图：
整车控制器硬件设计
设计输入
确定控制器的成本目标 确定控制器的技术参数（功能和性能）
能支持基于模型的设计，以方便主机厂二次开发。 至少具有三路 CAN。 至少具有 16 路数字输入/输出通道，4 路 AD 通道，AD 通道的分辨率至少在 8 位以上； 至少 2路 PWM 输出；对外提供2路电源。 工作电பைடு நூலகம்范围 9~32±10%DVC。 使用温度范围：-40℃~125℃。 使用湿度范围：≤95%RH。 防护等级：IPxx。 满足一般汽车电器电磁兼容要求