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瑞萨MCU汽车仪表解决方案


瑞萨科技于2003年4月由日立制作所和三菱电机的半导体部门合并成立,致力于提供移动通信、汽车电子以及PC/AV(数码家电)领域的半导体解决方案。在全球汽车半导体市场中,瑞萨占有7.1%的市场份额,排名第四位;在日本市场中占据第一位,市场份额为22.3%。其汽车半导体解决方案包含了安全、信息、动力总成、底盘以及车身五个方面,其中每个方面都有多种解决方案。

        汽车仪表解决方案

         仪表MCU的特点分以下几个方面:

         1. 内嵌步进电机PWM控制器:可直接控制和驱动4-6个步进电机,无需外驱动器IC,因此可以节省成本和布局空间,具有优良的EMI/EMC性能;

         2. 内嵌LCD控制器:28/32段×4公共引脚,可以直接控制LCD,同样无需外置驱动器IC,因此可以节省成本和布局空间,具有优良的EMI/EMC性能;

         3. 高速CPU:单指令周期,20 MHz的H8S最小指令执行时间为50ns,而40 MHz的H8SX最小指令执行时间是25ns;

         4. 强大的定时器:片上16位定时器脉冲单元有三个16位定时器通道,包括输入捕捉、输出比较、PWM和相位计算。

         H8S/228X特殊模块的基本功能,包括三个部分:定时器脉冲单元(TPU);步进电机PWM控制器和LCD控制器。

         TPU是由3个16位定时器通道组成,包括最多8个脉冲输入/输出,可以为每个通道设置:比较匹配的波形输出;输入捕捉功能;计数器清零操作;同步运行;定时器计数器能够同时写入;可以比较匹配与输入捕捉同时清零;利用同步计数器操作实现寄存器同时输入/输出;与同步运行结合的最大7相位PWM输出。

         步进电机PWM功能包括:最大16个脉冲输出,其中两个10位PWM通道,每个通道有8个输出,可以直接独立控制4个步进电机;0%至100%占空比;5个操作时钟;可以通过16位总线接口进行高速访问;两个中断源;可以设置模块停止模式。

         对于LCD控制器/驱动器,其重要功能有:28/32段×4公共引脚;段输出引脚可用作11个帧频的4组端口选择;A或B波形可以用软件进行选择;内置电源分离电阻;除了待机模式和模块停止模式外,还有操作模式显示。

         仪表盘应用解决方案

         1.微步进电机解决方案

         微步进电机成本低,结构简单,但具有高可靠性,且无需维护、无需反馈元件。但是经常在低速率时出现共振效应,而且随着速度增加转矩会降低。图1显示了VID步进电机的内部结构,其中左边是转子,中间是齿轮,右边是电机输出。

         2. 电机驱动模式

         电机驱动模式有分步驱动模式和微步驱动模式。图2所示的是分步驱动的时序图,可以看到一个周期由六步组成,脉冲序列从左向右时,指针顺时针方向转动;反之,如果脉冲序列从右向左时指针逆时针方向转动。图3所示的是微步驱动模式时序图,其中蓝色线代表左线圈的电流,红色线代表右线圈的电流。一个周期共有24个微步组成,线圈上的电流波形近似于正弦波型。

         瑞萨仪表盘解决方案

         图4所示的是瑞萨H8S/228X仪表盘解决方案框图,其中左边的是电压输入,包括燃料、温度等等;还有脉冲输入,包括转速表和速度,框图中给出了各个功能模块。图的右边是4步进电机、PWM调光器、CAN和LCD。

         图5所示为H8SX/1544仪表盘解决方案的框图。框图的左边是电压输入,包括燃料、温度等;还有脉冲输入,包括转速表和速度、E2PROM和PC。框图给出了各个功能模块;图的右边是4步进电机、扬声器、2步进电机、PWM调光器、CAN1、CAN2和LCD。

         H8S/228X的开发工具软件包括编译器、汇编程序和连接程序,还有调试器和模拟器;硬件包括仿真器、JTAG仿真器、评估板和CPU板。

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