基于MC9S08DZ60的AMT手柄ECU的設計

　　本設計中，手柄ECU可以通過(guò)CAN總線(xiàn)向AMT_ECU傳遞駕駛員的駕駛意圖，AMT的ECU根據手柄ECU所傳遞的報文信息控制變速器進(jìn)行換擋動(dòng)作。同時(shí)，AMT的ECU也可以通過(guò)CAN總線(xiàn)把變速器的當前狀態(tài)(例如檔位狀態(tài)和故障狀態(tài))傳送給換擋手柄電路。駕乘人員通過(guò)換擋手柄選擇當前期望的擋位，手柄ECU根據接收到霍爾傳感器傳遞的手柄位置信息，執行輸入信號處理，并將處理后的擋位信息通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給AMT的ECU，傳遞駕駛員的駕駛意圖。AMT的ECU根據手柄ECU所傳遞的報文信息控制變速器的換擋動(dòng)作。由于自身有單片機作為處理單元，可以采用CAN/LIN總線(xiàn)的方式與TCU通信，基本不占用TCU的接口資源。當信號采集電路出現問(wèn)題時(shí)，單片機可自行診斷，簡(jiǎn)單故障甚至可代替TCU進(jìn)行處理[1]。本設計控制電路結構簡(jiǎn)單、成本低廉、功能強。

　　1 硬件設計

　　本設計硬件電路是以MC9S08DZ60微控制器為核心，主要包括單片機外圍電路、電源轉換電路、開(kāi)關(guān)量輸出處理電路以及CAN通信電路。

　　1.1 單片機最小系統

　　由于手柄ECU系統小但功能全，因此采用摩托羅拉公司的8位微控制器MC9S08DZ60。該微控制器尺寸小、成本低、功能強大、資源齊全，具有很高的性能價(jià)格比，適合汽車(chē)手柄換擋的功能要求以及汽車(chē)的運行環(huán)境。其主要資源包括：一個(gè)CAN模塊、一個(gè)串行外設接口SPI模塊、兩個(gè)串行通信接口SCI模塊、多達24通道的12 bit的A/D轉換模塊、一個(gè)基本時(shí)鐘模塊、60 KB的片上Flash、4 KB的片上RAM、2 KB的E2PROM、看門(mén)狗定時(shí)器(COP Watch-dog)，另外還有I2C總線(xiàn)模塊和多個(gè)定時(shí)器、計數器等。該控制器采用PLL鎖相環(huán)技術(shù)，能夠產(chǎn)生最高40 MHz的總線(xiàn)頻率。其獨特的片上仿真/調試模塊(BDC)更是大大簡(jiǎn)化了設計，從而確保了MC9S08DZ60在本設計中的應用地位[3]。其外圍電路如圖1所示。

　　1.2 電源模塊

　　該模塊采用7805(U1)芯片實(shí)現+12 V轉換成+5 V，MIC29510-3.3(U2)芯片實(shí)現+5 V轉換+3.3 V，從而滿(mǎn)足了整個(gè)系統的供電，包括單片機的供電。其電路圖如圖2。

　　1.3 開(kāi)關(guān)量處理模塊

　　為了使開(kāi)關(guān)量輸入信號更加可靠，每一個(gè)開(kāi)關(guān)量的輸入都要通過(guò)上拉、限流等處理后送入單片機。當手柄選到期望擋位、進(jìn)入霍爾傳感器的磁柵范圍內時(shí)，傳感器輸出的高電平信號為+3.3 V;其余傳感器輸入端的磁柵范圍內沒(méi)有接通的，輸出低電平信號為0 V。本設計采用的霍爾傳感器輸入電壓為+12 V。

　　1.4 CAN通信電路

　　本設計作為整車(chē)分布式控制系統的一個(gè)節點(diǎn)，與其他車(chē)載控制器通信采用CAN網(wǎng)絡(luò )通信。本設計采集系統狀態(tài)量，并通過(guò)CAN命令消息上傳給整車(chē)控制器進(jìn)行工作，CAN收發(fā)器采用PHILIPS公司的PCA82C250收發(fā)器。其硬件電路如圖3所示。

　　同時(shí)，本設計還預留了一個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出電路，它與CAN總線(xiàn)的功能相同。其電路如圖4，其中包括執行機構驅動(dòng)電路。

　　2 軟件設計

　　系統軟件設計主要包括數據采集存儲和CAN通信兩大模塊。

　　2.1 CAN通信模塊

　　MC9S08DZ60內部集成了應用CAN 2.0A/B協(xié)議的CAN控制器，包含5個(gè)先進(jìn)先出的接收寄存器、3個(gè)使用本地優(yōu)先級的發(fā)送寄存器。在ID識別方面提供了64 bit的掩碼寄存器，可分用為2個(gè)32 bit的滿(mǎn)值寄存器，或4個(gè)16 bit、8個(gè)8 bit的寄存器，這使總線(xiàn)上的消息尋址更加靈活方便。為滿(mǎn)足低功耗需求，該模塊提供睡眠、掉電和MSCAN使能3種模式[5]。

　　CAN總線(xiàn)中的數據幀由7個(gè)不同的位場(chǎng)組成：幀起始、仲裁場(chǎng)、控制場(chǎng)、數據場(chǎng)、CRC場(chǎng)、應答場(chǎng)、幀結尾。其中數據場(chǎng)的長(cháng)度可以為0，但模塊封裝的幀最多不超過(guò)8個(gè)字節。根據仲裁位的不同可分為標準幀(11 bit標識符)和擴展幀(29 bit標識符)。擴展幀格式包括4個(gè)ID寄存器IRD0～IRD3，8個(gè)數據寄存器DSR0和1個(gè)數據長(cháng)度寄存器DLR，其中IRD0首位是ID28，IRD3末位是ID0。兩者之間還存有信號標識位SRR、IDE和RTR[4]。

　　2.2 CAN通信協(xié)議

　　CAN總線(xiàn)的通信采用主叫輪詢(xún)方式。由于CAN的限制，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )內子節點(diǎn)不宜超過(guò)1 000個(gè)，這里取10 bit作為源和目的設備的ID標識。因為ID28只能為1，這里規定ID27～ID18為幀源ID，而ID17～ID8為幀目的ID。因為通信需要傳輸的數據多于8個(gè)字節，這里把DSR0作為傳輸多幀數據的總幀數寄存器，把DSR1作為傳輸多幀數據的當前幀數寄存器，DSR2作為幀功能寄存器，DSR3～DSR6傳輸數據，DSR7為校驗寄存器[2]。