專利名稱：新型動(dòng)力車用控制器通用子板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于車用控制裝置范圍，尤其是以單片機(jī)為控制器核心的一種新型動(dòng)力車用控制器通用子板。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，汽車動(dòng)力系統(tǒng)已突破了傳統(tǒng)意義上內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的概念，在朝著柴油機(jī)電子控制、內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)集成的串連式混合動(dòng)力及燃料電池等新型動(dòng)力方向發(fā)展，而整車的性能取決于上述各種新型動(dòng)力控制器及整車控制器的性能。
新型動(dòng)力車用控制器集成了大量的傳感器和執(zhí)行器，同時(shí)需要復(fù)雜的控制算法，因此，其控制核心既要有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，又要有豐富的I/O接口。Motorola公司32位CPU的新型單片機(jī)MC68376集成了16通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器QADC、CAN控制器、定時(shí)處理器單元(TPU)、CTM、系統(tǒng)集成模塊(SIM)、隊(duì)列串行模塊(QSM)等周邊模塊，特別適合于新型動(dòng)力系統(tǒng)的控制。但MC68376的數(shù)字電路相當(dāng)復(fù)雜，開發(fā)難度大；同時(shí)，目前已有的MC68376單片機(jī)系統(tǒng)多是針對(duì)單一任務(wù)設(shè)計(jì)，難以跨平臺(tái)直接使用，重復(fù)性的開發(fā)要浪費(fèi)大量的資源。
在新型動(dòng)力系統(tǒng)控制應(yīng)用中，單片機(jī)數(shù)字電路核心部分結(jié)構(gòu)變化不大，主要差別在于傳感器輸入接口電路和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電路。例如，柴油機(jī)電子控制單元主要是驅(qū)動(dòng)高速電磁閥，而燃料電池執(zhí)行器有電磁閥、比例閥、繼電器和電機(jī)等多種，且路數(shù)較多，傳感器也有空氣壓力傳感器、氫氣壓力傳感器、空氣流量傳感器、輸出電流傳感器、輸出電壓傳感器、漏電傳感器等，因此需要有多種I/O接口與其適配。特別針對(duì)MC68376單片機(jī)作為控制器的核心，有必要設(shè)計(jì)一種通用的子板，配合由不同的輸入輸出調(diào)理電路及電源電路構(gòu)成的母板，就可以分別用作各種新型動(dòng)力系統(tǒng)的控制器及整車控制器。這樣，可以使系統(tǒng)控制器整體開發(fā)難度降低，避免重復(fù)設(shè)計(jì)，提高開發(fā)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種新型動(dòng)力車用控制器通用子板；所要解決的技術(shù)問題是，通過配合由不同的輸入輸出調(diào)理電路及供電電源構(gòu)成的母板，可以分別用作各種新型動(dòng)力系統(tǒng)的控制器及整車控制器，從而實(shí)現(xiàn)車用新型動(dòng)力系統(tǒng)控制器的跨平臺(tái)直接使用、避免重復(fù)性開發(fā)、提高控制器開發(fā)的效率。
為解決上述問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是AD輸入通道擴(kuò)展電路通過控制總線與MC68376單片機(jī)及基本支持電路連接，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和走馬燈電路通過控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線與MC68375單片機(jī)連接，CAN通訊和串口通訊電路通過地址、數(shù)據(jù)和控制總線和MC68376單片機(jī)連接，接插件電路通過資源線和MC68376單片機(jī)連接。
所述基本支持電路由晶振電路、BDM調(diào)試接口、上拉電路、復(fù)位電路和存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路構(gòu)成。
所述存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和走馬燈電路采用了一片AM29F400 Flash芯片和兩片HY628400 RAM芯片對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行了擴(kuò)展。其中AM29F400芯片的地址線與數(shù)據(jù)線分別和MC68376芯片地址線和數(shù)據(jù)線相連接、片選信號(hào)線連接到MC68376單片機(jī)的片選信號(hào)線，以及其他控制引腳分別和MC68376單片機(jī)的部分控制引腳相連接，形成512k byte ROM的擴(kuò)展電路；HY628400芯片的地址線與數(shù)據(jù)線分別和MC68376單片機(jī)地址線和數(shù)據(jù)線相連接，使能引腳與MC68376芯片的片選信號(hào)CS2相連接，寫信號(hào)引腳分別與MC68376單片機(jī)的片選信號(hào)CS0和CS1相連接，其他控制引腳分別和MC68376單片機(jī)的部分控制引腳相連接，形成1M byte RAM的擴(kuò)展電路。采用74HC273芯片設(shè)計(jì)的走馬燈電路，包括MC68376單片機(jī)的地址線到74HC273數(shù)據(jù)輸入端的連接、MC68376單片機(jī)的片選線CS3到74HC273芯片時(shí)鐘信號(hào)引腳的連接以及74HC273數(shù)據(jù)輸出端到限流電阻和發(fā)光二極管的連接。
所述CAN通訊和串口通訊電路，采用了MAX232、6N137、82C250和DCP010505實(shí)現(xiàn)了隔離的一路串口通訊電路，其中MAX232芯片的收發(fā)端口分別連接到MC68376單片機(jī)的SCI串口端口。采用了6N137、82C250和DCP010505設(shè)計(jì)了兩路隔離的CAN收發(fā)電路，其中一路包括CAN的收發(fā)器82C250到6N137芯片的相應(yīng)連接，以及從6N137到MC68376芯片TOUCAN引腳的相應(yīng)連接；第二路CAN通訊采用82527 CAN控制器實(shí)現(xiàn)，包括82C250到6N137的相應(yīng)連接、從6N137到82527芯片輸出引腳的相應(yīng)連接及82527通過低8位地址總線(A0～A7)、高8位數(shù)據(jù)總線(D8～D15)及片選信號(hào)、讀寫信號(hào)、握手信號(hào)、復(fù)位信號(hào)及中斷請(qǐng)求信號(hào)等控制總線和單片機(jī)MC68376的相應(yīng)引腳相連。
所述AD輸入通道擴(kuò)展電路由兩片多路開關(guān)MAX378構(gòu)成，包括模擬輸入信號(hào)到MAX378的連接、MAX378的選通控制引腳MA0～MA2及信號(hào)輸出引腳ANX、ANY與MC68376單片機(jī)的相應(yīng)引腳的連接及MAX378的使能端與高電平的連接。
所述接插件連接電路使用4個(gè)40針雙排標(biāo)準(zhǔn)接插件設(shè)計(jì)安排接插口，包括從接插件到MC68376芯片各部分資源信號(hào)引腳的連接。
本實(shí)用新型的有益效果，通過簡(jiǎn)單接插配合其它母板使用，完全能夠滿足車用新型動(dòng)力系統(tǒng)控制的需要，具有通用性強(qiáng)，功能完善，從而使新型動(dòng)力車用控制器整體設(shè)計(jì)難度降低，避免了重復(fù)設(shè)計(jì)，大大提高開發(fā)效率。


圖1是新型車用動(dòng)力控制器的通用子板結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為MC68376單片機(jī)基本支持電路及存儲(chǔ)器擴(kuò)展和走馬燈電路圖。
圖3為AD輸入通道擴(kuò)展電路圖。
圖4為含雙路CAN接口和一路SCI接口的通訊模塊電路圖。
圖5是接插件電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
圖1為新型車用動(dòng)力控制器的通用子板結(jié)構(gòu)框圖，包括五個(gè)部分，即MC68376單片機(jī)及其基本支持電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展及走馬燈電路、AD輸入通道擴(kuò)展電路、CAN和串口通訊電路以及接插件電路。各部分間通過數(shù)據(jù)總線(D0～D15)、地址總線(A1～A19)、控制總線和資源線進(jìn)行連接。
圖2所示為MC68376單片機(jī)基本支持電路存儲(chǔ)器擴(kuò)展和走馬燈電路。其中，單片機(jī)基本支持電路主要包括晶振電路、BDM調(diào)試接口、復(fù)位電路及上拉電路，通過控制總線(CONTROL)和數(shù)據(jù)總線(D0～D15)總線連接到單片機(jī)。晶振電路由標(biāo)稱值4.194MHz晶振CY1及相關(guān)電阻電容構(gòu)成，C8、C9為27pF的電容，R1、R2分別為1M和1.5k歐姆的電阻，并連接后接入U(xiǎn)1的XTAL、EXTAL，提供系統(tǒng)運(yùn)行的晶振。BDM接口包括BDM所標(biāo)識(shí)的元件和相關(guān)電阻構(gòu)成的電路連接。其中BDM為10針接插口，按照?qǐng)D中的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)連接后，可以給系統(tǒng)提供BDM調(diào)試功能。復(fù)位電路包括U16以及相關(guān)元件和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)所構(gòu)成的連接。其中U16芯片型號(hào)為MC34064，可以保證復(fù)位的準(zhǔn)確性，S1為普通按鍵開關(guān)。上拉電路包括MC68376芯片的中斷信號(hào)引腳IRQ0～I(xiàn)RQ7，以及部分和讀寫相關(guān)的引腳通過電阻上拉到高電平VCC的電路連接。
存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路包括U3～U5及相關(guān)電阻。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)A1～A19的地址信號(hào)及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)D0～D15與U3～U5的各個(gè)相關(guān)引腳連接，U5為Flash ROM，利用CSBOOT和R/W信號(hào)通過U2(74LS00)對(duì)MC68376的外設(shè)讀寫控制信號(hào)進(jìn)行邏輯變換，產(chǎn)生Flash的讀寫和復(fù)位信號(hào)。另外從CONTROL總線上引出片選信號(hào)CS0～CS2接入到U3、U4的相關(guān)引腳產(chǎn)生使能信號(hào)。U3、U4為RAM，用CS0和CS1分別產(chǎn)生兩個(gè)RAM的寫信號(hào)，RAM的片選端直接接地。該部分電路中U5的型號(hào)為AM29F400；U3、U4型號(hào)HY628400。擴(kuò)展后的存儲(chǔ)器容量為512k byte ROM和1M byte RAM。
走馬燈電路主要為方便調(diào)試而設(shè)計(jì)，主要包括RH1～RH8、H1～H8，U9以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)構(gòu)成的電路。鎖存器U9的CLK(11腳)接入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)CS3的片選信號(hào)產(chǎn)生時(shí)鐘，輸入端輸入網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)D0～D7這8個(gè)地址信號(hào)，輸出端連接到H1～H8，并且連接限流電阻RH1～RH8上拉到VCC。其中U9芯片型號(hào)為74HC273，H1～H8為發(fā)光二極管，RH1～RH8均為470歐姆的電阻。網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)VCC為5V。
圖3所示為通訊模塊電路，包括一路SCI收發(fā)電路和兩路CAN通訊電路。其通訊模塊SCI收發(fā)電路由RS232收發(fā)器U7、部分電容以及網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)所標(biāo)識(shí)的電路，提供兩路串口驅(qū)動(dòng)。外部RS232電平TXD、RXD通過U23、U24與U7相連，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)SRXD、STXD連接到單片機(jī)U1的相應(yīng)引腳(如圖2所示)。該部分主要芯片型號(hào)有UP4型號(hào)為DCP010505，LP5為普通鐵氧體磁珠，U23、U24為光電耦合器件6N137。
第一路CAN通訊電路采用MC683766單片機(jī)內(nèi)部集成的TOUCAN實(shí)現(xiàn)。將5V電平VCC接入DC-DC隔離芯片UP2生成隔離的5V電源CANVCC和CANGND，為CAN通訊部分提供電源。CAN的收發(fā)部分由U11～U13按照?qǐng)D2所示連接構(gòu)成。外部CAN信號(hào)線由網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)CANAH、CANAL引入信號(hào)子板，經(jīng)CAN收發(fā)器U13后與光隔器件U11、U12連接，相應(yīng)的CAN信號(hào)CANRXO、CANTXO連接至單片機(jī)的相應(yīng)引腳。此外設(shè)計(jì)了CAN電路的終端電阻跳線電路，即當(dāng)CAN節(jié)點(diǎn)工作在CAN網(wǎng)絡(luò)的端點(diǎn)時(shí)，需要將Jum1通過短路環(huán)短接。該部分主要芯片型號(hào)有U13為CAN的收發(fā)器82C250，U11、U12為光電耦合器件6N137。
第二路CAN通訊采用Intel公司的82527 CAN控制器實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用第一路CAN通訊電路的電源CANVCC和CANGND為CAN通訊部分提供電源。CAN的收發(fā)部分由U17、U301～U303連接構(gòu)成。外部CAN信號(hào)線由網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)CANBH、CANBL引入信號(hào)子板，經(jīng)CAN收發(fā)器U303后與光隔器件U301、U302連接，相應(yīng)的CAN信號(hào)RXO、TXO連接CAN控制器U17的相應(yīng)引腳。U17通過低8位地址總線(A0～A7)和高8位數(shù)據(jù)總線(D8～D15)和單片機(jī)的相應(yīng)引腳相連(如圖2所示)。U17通過如下控制總線連接到MC68376單片機(jī)的相應(yīng)引腳片選信號(hào)CS4、讀寫信號(hào)R/W、握手信號(hào)DSACKO、復(fù)位信號(hào)PE7及中斷請(qǐng)求信號(hào)IRQ5。采用8MHz晶振Cy2配以22PF電容C300、C301連接到U17的XTAL1和XTAL2引腳作為U17的時(shí)鐘源。該部分主要芯片型號(hào)有U17為U13為CAN控制器82527，U303為CAN收發(fā)器82C250，U301、U302為光電耦合器件6N137。
圖4為AD輸入通道擴(kuò)展電路，由兩片多路開關(guān)MAX378(U7和U8)及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)構(gòu)成構(gòu)成。8路模擬輸入信號(hào)Vin1～Vin8與多路開關(guān)U7的IN1～I(xiàn)N8引腳連接，U7的選通控制引腳MA0～MA2及信號(hào)輸出引腳ANX分別與單片機(jī)U1的相應(yīng)引腳連接(如圖2所示)；另8路模擬輸入信號(hào)Vin9～Vin16與多路開關(guān)U8的IN1～I(xiàn)N8引腳連接，U8的選通控制引腳MA0～MA2及信號(hào)輸出引腳ANY分別與U7及單片機(jī)U1的相應(yīng)引腳連接(如圖2所示)。U7與U8的使能端(引腳2)直接連接到5V電源。擴(kuò)展后的AD輸入通道達(dá)到27路。
圖5所示是接插件電路，包括SI1～SI4以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)構(gòu)成的連接。SI1～SI4為標(biāo)準(zhǔn)40針雙排接插件。MC68376單片機(jī)的可用資源均連接至有電源引腳的SI1～SI3，因此，該子板和母板協(xié)同工作時(shí)，均能夠從母板直接獲得電源。
權(quán)利要求1.一種新型動(dòng)力車用控制器的通用子板，其特征在于該通用子板的AD輸入通道擴(kuò)展電路通過控制總線與MC68376單片機(jī)及基本支持電路連接，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和走馬燈電路通過控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線與MC68376單片機(jī)連接，CAN通訊和串口通訊電路通過地址、數(shù)據(jù)和控制總線和MC68376單片機(jī)連接，接插件電路通過資源線和MC68376單片機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型動(dòng)力車用控制器的通用子板，其特征在于所述基本支持電路由晶振電路、BDM調(diào)試接口、上拉電路、復(fù)位電路和存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型動(dòng)力車用控制器的通用子板，其特征在于所述存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和走馬燈電路采用了一片AM29F400 Flash芯片和兩片HY628400RAM芯片對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行了擴(kuò)展；其中AM29F400芯片的地址線與數(shù)據(jù)線分別和MC68376單片機(jī)地址線和數(shù)據(jù)線相連接、片選信號(hào)線連接到MC68376單片機(jī)的片選信號(hào)線，以及其他控制引腳分別和MC68376單片機(jī)的部分控制引腳相連接，形成512k byte ROM的擴(kuò)展電路；HY628400芯片的地址線與數(shù)據(jù)線分別和MC68376單片機(jī)地址線和數(shù)據(jù)線相連接，使能引腳與MC68376單片機(jī)的片選信號(hào)CS2相連接，寫信號(hào)引腳分別與MC68376單片機(jī)的片選信號(hào)CS0和CS1相連接，其他控制引腳分別和MC68376單片機(jī)的部分控制引腳相連接，形成1M byte RAM的擴(kuò)展電路；采用74HC273芯片設(shè)計(jì)的走馬燈電路，包括MC68376單片機(jī)的地址線到74HC273數(shù)據(jù)輸入端的連接、MC68376單片機(jī)的片選線CS3到74HC273芯片時(shí)鐘信號(hào)引腳的連接以及74HC273數(shù)據(jù)輸出端到限流電阻和發(fā)光二極管的連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型動(dòng)力車用控制器的通用子板，其特征在于所述CAN通訊和串口通訊電路，采用了MAX232、6N137、82C250和DCP010505實(shí)現(xiàn)了隔離的一路串口通訊電路，其中MAX232芯片的收發(fā)端口分別連接到MC68376單片機(jī)的SCI串口端口；采用了6N137、82C250和DCP010505設(shè)計(jì)了兩路隔離的CAN收發(fā)電路，其中一路包括CAN的收發(fā)器82C250到6N137芯片的相應(yīng)連接，以及從6N137到MC68376單片機(jī)TOUCAN引腳的相應(yīng)連接；第二路CAN通訊采用82527CAN控制器實(shí)現(xiàn)，包括82C250到6N137的相應(yīng)連接、從6N137到82527芯片輸出引腳的相應(yīng)連接及82527通過低8位地址總線(A0～A7)、高8位數(shù)據(jù)總線(D8～D15)及片選信號(hào)、讀寫信號(hào)、握手信號(hào)、復(fù)位信號(hào)及中斷請(qǐng)求信號(hào)等控制總線和單片機(jī)MC68376的相應(yīng)引腳相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型動(dòng)力車用控制器的通用子板，其特征在于所述AD輸入通道擴(kuò)展電路由兩片多路開關(guān)MAX378構(gòu)成，包括模擬輸入信號(hào)到MAX378的連接、MAX378的選通控制引腳MA0～MA2及信號(hào)輸出引腳ANX、ANY與MC68376的相應(yīng)引腳的連接及MAX378的使能端與高電平的連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型動(dòng)力車用控制器的通用子板，其特征在于所述接插件連接電路使用4個(gè)40針雙排標(biāo)準(zhǔn)接插件設(shè)計(jì)安排接插口，包括從接插件到MC68376單片機(jī)各部分資源信號(hào)引腳的連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了屬于車用控制裝置范圍的以單片機(jī)為控制器核心的一種新型動(dòng)力車用控制器通用子板。它由MC68376單片機(jī)及基本支持電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路、走馬燈電路、通訊電路、AD輸入通道擴(kuò)展電路和標(biāo)準(zhǔn)接插件電路通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線和資源線進(jìn)行連接。應(yīng)用多路開關(guān)使AD輸入通道增加至27路；應(yīng)用MC68376單片機(jī)內(nèi)部集成的TOUCAN外和82527 CAN控制器實(shí)現(xiàn)了雙路CAN通訊能力，應(yīng)用Max232實(shí)現(xiàn)SCI通訊接口；資源信號(hào)引腳均連接到接插件。通過簡(jiǎn)單接插配合其它母板使用，完全能夠滿足車用新型動(dòng)力系統(tǒng)控制的需要，具有通用性強(qiáng)，功能完善，從而使新型動(dòng)力車用控制器整體設(shè)計(jì)難度降低，避免了重復(fù)設(shè)計(jì)，大大提高開發(fā)效率。
文檔編號(hào)F02D29/00GK2681952SQ20042000732
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者許家群, 劉原, 李建秋, 歐陽明高 申請(qǐng)人:清華大學(xué)