Kinetis EA系列微控制器在汽車(chē)儀表中的應用

　　3 Kinetis EA微控制器汽車(chē)儀表功能的實(shí)現

　　通過(guò)上述對汽車(chē)儀表系統分析以及Kinetis EA 微控制器的介紹可知，針對汽車(chē)儀表應用，Kinetis EA微控制器缺少專(zhuān)門(mén)的段碼式LCD驅動(dòng)模塊以及步進(jìn)電機驅動(dòng)模塊。為了擴展Kinetis EA微控制器在汽車(chē)電子市場(chǎng)里面的應用范圍，我們可以通過(guò)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)電機的驅動(dòng)，以滿(mǎn)足市場(chǎng)對成本日益苛刻的要求。

　　對于段碼式LCD驅動(dòng)，為了實(shí)現最多段的驅動(dòng)，一般選取1/4的占空比和1/3偏壓的驅動(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。微控制器可以很容易的生成0v和VLCD這兩種電壓等級。但對于VLCDx1/3和VLCDx2/3，可以利用芯片引腳內的上拉電阻，配合外部的電阻梯實(shí)現。例如圖3所示，R1為內部上拉電阻，R2、R3為PCB設計時(shí)添加的電阻。當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置為輸入”、 “使能上拉電阻且端口設置為輸入”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。由于段碼式LCD為電壓驅動(dòng)方式，故對于驅動(dòng)波形無(wú)對應電流輸出能力的考核。對于驅動(dòng)波形中嚴格的時(shí)序要求，可由定時(shí)器或計數器實(shí)現各控制信號間的同步。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，故這對微控制器的數據準備能力是個(gè)考驗。

　　圖4展示出典型步進(jìn)電機的驅動(dòng)波形，兩相線(xiàn)圈分別由正弦電流和余弦電流控制。在兩相電流的勵磁下，合成出電機轉子旋轉矢量，帶動(dòng)永磁體的轉子進(jìn)行旋轉。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。對于兩個(gè)步進(jìn)電機的應用，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(guò)1個(gè)大電流PWM與1個(gè)大電流GPIO配合來(lái)控制步進(jìn)電機的一相，最終實(shí)現一個(gè)步進(jìn)電機的兩相控制。由此可見(jiàn)，Kinetis EA對于兩個(gè)步進(jìn)電機的驅動(dòng)，完全可由其本身的資源實(shí)現。

　　依據上述分析結果進(jìn)行電路及軟件設計。該系統采用PKEAZ128AMLK，片外8MHz晶振為時(shí)鐘源，通過(guò)FLL倍頻，總線(xiàn)時(shí)鐘運行在48MHz。此系統不僅實(shí)現了4x40段LCD驅動(dòng)和兩個(gè)步進(jìn)電機的位置控制，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(kāi)關(guān)電路，以便在低功耗時(shí)切斷偏置電阻的電流，從而改善系統低功耗性能。低功耗時(shí)，室溫實(shí)測Kinetis EA微控制器待機電流僅為2uA。

　　4 總結

　　本文通過(guò)分析汽車(chē)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(chē)儀表市場(chǎng)中的解決方案并實(shí)現響應功能，拓展了Kinetis EA系列微控制器的應用領(lǐng)域。