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ATmega16L的ISP技術(shù)在汽車(chē)電子差速控制中的應用
作者：
時(shí)間：2013-03-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
當車(chē)輛行駛在轉彎路面或巷道時(shí)，傳統燃油汽車(chē)通過(guò)左右輪間的機械差速器保證了兩側車(chē)輪能夠以不同速度旋轉，雖然滿(mǎn)足了汽車(chē)行駛運動(dòng)學(xué)的要求，同時(shí)也增加了減震懸架系統的復雜度，降低了系統的效率。本文研究的電動(dòng)汽車(chē)采用獨立的輪式驅動(dòng)方式，即每個(gè)車(chē)輪有一個(gè)直接驅動(dòng)的電機。這樣，汽車(chē)兩個(gè)后輪都能獨立提供驅動(dòng)動(dòng)力，可以按運行工況需求獨立分配功率，該電子差速控制器是以?xún)蓚€(gè)驅動(dòng)輪的附著(zhù)系數相等為目標分配兩輪的驅動(dòng)轉矩，從而使車(chē)輛發(fā)生滑轉的可能性減小到最小，具有操作靈活，運行穩定的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的主要方向。電動(dòng)汽車(chē)差速控制器的設計除了要考慮穩定性好，更要考慮在工業(yè)現場(chǎng)便于維護、升級。使用傳統方法對CPU重新編程存在很多不便，所以，采用在系統編程(ISP技術(shù))設計控制器系統。
2 開(kāi)發(fā)模式介紹及芯片選擇
本文介紹的應用系統采用了一種新的開(kāi)發(fā)模式(類(lèi)似于編程器開(kāi)發(fā)模式)。由于利用了芯片的在系統編程(ISP)功能，因此不需要移動(dòng)芯片。在軟件設計時(shí)設計成:一旦代碼文件被重新編過(guò)，即自動(dòng)下載到芯片，并自動(dòng)復位運行，是真正的“所編即所得”。
目前很多單片機都支持在系統編程。8051系列單片機支持在系統編程的也很多，但大多數是支持通過(guò)PC機的串口對單片機進(jìn)行編程。這樣有四個(gè)不方便的地方:一是項目本身與PC機串行通信不方便;二是要增加1片MAX232電平轉換芯片;三是有的芯片要按特定的步驟進(jìn)入下載模式，編程過(guò)程需要手工干預;四是有的芯片需要固件(定制的程序)的支持，如果不小心損壞了固件，則芯片的在系統編程功能也沒(méi)有了。
經(jīng)過(guò)比較，ATMEL公司生產(chǎn)的ATmega16L是一款比較理想的芯片，它的內部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具備了AVR高檔單片機的MEGE系列的全部性能和特點(diǎn)，適合本系統的開(kāi)發(fā)。
在A(yíng)VR產(chǎn)品中，ATmega16L具有突出特點(diǎn):
(1) 高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先進(jìn)的RISC精簡(jiǎn)指令集結構，可通過(guò)SPI接口在系統串行編程與8051兼容。
(2) 片內集成了較大容量的非易失性程序和數據存儲器。16KB的Flash程序存儲器，可擦寫(xiě)壽命達10,000次;512B的EEPROM，擦寫(xiě)壽命達100,000次;支持可在線(xiàn)編程(ISP)和可應用自編程(IAP);可編程的程序加密位。
(3) 豐富強大的外部接口性能。四通道PWM，可實(shí)現任意16b以?xún)鹊?、相位和頻率可調的PWM脈寬調制輸出，為實(shí)現先進(jìn)的電機控制方法提供了條件;8通道A/D轉換;32個(gè)可編程的I/O口。
(4) 特殊的微控制器性能?？煽刂频纳想姀臀灰约翱删幊痰那冯妷簷z測電路;串行編程時(shí)有自動(dòng)擦寫(xiě)周期，在調試大程序時(shí)可以分段下載，節約時(shí)間。
3 ATmega16微控制器在系統編程模式
當芯片的引腳RESET接地時(shí)，Flash程序存儲器、EEPROM數據存儲器、熔絲位和加密鎖定位都可以通過(guò)SPI總線(xiàn)接口[SCK，MOSI(input)，MISO(output)]來(lái)編程。當RESET引腳為低電平后，在編程/擦除操作之前必須首先發(fā)送一條編程允許命令。在串行編程模式下，芯片會(huì )在字節編程之前自動(dòng)插入一個(gè)擦除周期。因此，除非芯片的代碼保護位被編程，編程之前不需要執行全片擦除命令。芯片擦除指令把程序和數據存儲器的每一單元都變成0xFF。而根據系統時(shí)鐘源的不同，串行編程時(shí)鐘SCK必須同系統時(shí)鐘相配合，SCK的低電平和高電平的最小時(shí)間定義如下:Low:大于2個(gè)MCU時(shí)鐘周期(fck＜12MHz);High:大于2個(gè)MCU時(shí)鐘周期(fck＜12MHz)。
4 在系統編程技術(shù)在汽車(chē)電子差速控制中的應用
4.1 系統組成
整個(gè)車(chē)輛控制系統分兩層，外層是差速控制層，根據從直流電機采集到的速度量反饋到CPU，經(jīng)A/D轉換、CPU內部差速算法計算后產(chǎn)生理想轉矩值Td，內層是電機轉矩控制層，根據從直流電機采集到的電流量反饋到CPU，經(jīng)A/D轉換、CPU內部PID算法調節后產(chǎn)生實(shí)際控制電流Io，CPU通過(guò)查表計算出PWM占空比，此信號通過(guò)功率轉換電路輸送給直流電機，一但發(fā)現電機功率轉換電路內出現過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)溫等異常情況時(shí)，保護電路及時(shí)通知CUP并做相應調整。系統運行情況由外部狀態(tài)指示器顯示。RS-485輸出用于與其他車(chē)載電子設備通信。系統組成框圖如圖1所示： 
圖1 汽車(chē)電子差速控制系統結構圖
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