基于CAN总线的汽车仪表系统中芯片的选型与电路设计

系统MCU的选型在整个方案设计中至关重要，是主要功能实现的关键元件，并直接关系到外围元器件的配置要求和整体方案的可实现性。系统性能的稳定性、功能需求的可靠性以及市场定位要求和合理的经济性都是在MCU方案选择中必须考虑的。选择的MCU过于昂贵，即使性能良好也会因为价格的原因而失去市场;系统方案满足实验室台架试验，其价格也比较合理，但却不能满足汽车电气设备基本技术条件（QC门禅13一2002）中的振动、高低温、耐酸等试验，这同样会使你的开发方案失去价值。所以在进行开发方案系统设计时，选择适合本系统的MCU是开发方案成功的重要一步。如今，嵌入式应用技术在过去的20年里得到了迅猛的发展，世界上很多单片机公司都根据汽车的特定环境推出了各种不同性能的MCU 。其中在汽车领域内比较领先的有Freeseale、Philips，其他单片机公司如：microchip、atmel、fujitsu、TI、NEC、ST等也相继开发除了适合汽车工作环境的单片机。本系统MCU选择FREESCAI石公司的16位单片MC9512H128。Freescafe（飞思卡尔）半导体公司（原MOTOROLA公司半导体产品部）是世界上最大的单片机供应商。其单片机产品的技术根基可追溯到1974年的8位处理器MC6800和后来的MC6801，使用HMOS工艺，功耗高。最早出现CMOS工艺的单片机是MC14685，后来出现了HCMOS（高速CMOS）工艺的单片机MC68HC05，产量突破了20亿片，是世界上产量最高的单片机。其后又推出了HCS05和HCLDS两个系列的单片机，于2000年后推出了低功耗、低成本、高性能的8位单片机有Hc08、MCSOS、HCn，其系列品种繁多、片内资源丰富，应用范围广泛，可靠性高，抗干扰能力强。其他相关产品见表4一1
　　
　　随着电子技术的不断发展以及人们对产品应用性能要求的提高，处理位数更高的单片机也得到了迅速的发展，各公司纷纷推出了16位和犯位高性能的单片机。但由于价格，技术等因素的影响，还没有普遍应用，一般在特定环境和有专门需求的场合中应用。FREESCALE公司的16位单片机产品有HC12系列、512系列、He16系列等［35］。
　　本课题在MCU选型方案方案上做了大量工作，经过了如下程序：首先根据功能需求划分功能模块，然后根据功能模块选择合适型号的MCU，根据各MCU的性能进行配置外围电路，最后通过比较各个方案的综合性能、成本价格、工艺条件后最后确定了以H128为MCU的开发方案，选择了Freescale公司专门为汽车仪表设计的16位单片机Megs12H12s（以后简称HiZs）136］。H12s属于16位单片机中512系列中的一种（512系列单片机根据应用场合的不同分为A、B、C、D、E、F、G、H、L等系列）。选择H128其最主要的原因就是其片内功能模块的高集成度完全符合本系统结构框图方案的功能需求，无需扩展任何外围电路即可完成系统功能的实现。H128其外围引脚功能如图4一1所示。
　　
　　MC9512H128单片机的功能正好能满足仪表系统的需求，其内部集成的每个功能模块都在本仪表中使用到，并有部分接口预留，可以作为功能扩展和产品升级使用。H128内部丰富的集成资源、成本价格相对便宜，专门针对汽车环境进行功能开发能满足汽车电子耐温、振动、耐酸等多项试验，使得系统性能稳定，工作可靠。H128单片机在使用和运行上具有以下特点：
　　1.低功率消耗：通过编程的方法对输入时钟进行分频，避开了功耗更大的高频电路，总线速率为4MHz时，通过4分频，只需使用16MHz晶体。此外，还具有认AIT和STOP模式进一步降低功耗。它还可以使用低频率晶体（例如32K）的节能方式，通过PLL倍频后供MCU使用。程序可控制PLL在满足要求的前提下尽量降低时钟速率，自动平衡性能与功耗之间的关系。
　　2.兼容性：CPU12完全兼容HCn的源程序，多数指令汇编后生成相同的目标代码，它的程序设计模型与中断相应的堆栈操作顺序与HCll完全相同。此外CPU12增加了不少新的指令。
　　3.提高速度：CPU12是16位的处理器，ALU在某些运算中为20位。MCgs12内部所有数据总线为16位，外部总线可扩展为16位工作方式，也可以扩展为8位工作方式，这样可用8位的存储器件构成低成本的应用系统。即使选择了这种8位的工作方式，CPU12仍然按16位方式操作，智能总线接口自动将其分成两次8位操作，期间暂时冻结CPu。其次，CPU12具有一个类似流水线的指令队列，用于缓冲指令代码。CPU开始执行任何一条指令时，除了8位操作码以外，至少另外两个字节的目标代码对CPU可见。这意味着对于多数指令来讲，开始执行时，所需代码已经进入CPU，可在单个周期内完成，而无需等待取指令操作。取指令操作固定按照16位进行，与指令代码长度无关，因此不要求代码长度是偶数字节，从而提高了代码效率。CPU12的指令队列逻辑和微代码使对齐的和非对齐的指令执行时间完全相同。