Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2008 №7

ATMEL: микроконтроллеры для автопрома

Королев Николай


AVR микроконтроллеры корпорации ATMEL присутствуют на рынке электронных компонентов более десяти лет и хорошо известны как микроконтроллеры универсального назначения. Они имеют очень хороший набор технических характеристик — высокую производительность, расширенную RISC-систему команд, богатую периферию, широкий диапазон напряжения питания. Новые представители этой серии выполнены по технологии PicoPower, позволяющей в ряде приложений существенно снизить потребляемую мощность. В 2008 году ATMEL представила семейство ATXmega, построенное на хорошо зарекомендовавшем себя AVR-ядре, но дополненное «взрослой» периферией — набором встроенных генераторов, высокоскоростными 12-разрядными АЦП и ЦАП, многоуровневым контроллером прерываний, контроллерами прямого доступа к памяти, а также «системой событий» (Event System), позволяющей сократить время реакции на внешнее воздействие до двух тактов системной частоты. Между тем, ATMEL также выпускает AVR-микроконтроллеры и для автомобильного применения, причем как 8-разрядные, так и 32-разрядные (AVR32UC3). Основные отличия от стандартной линейки — работа при более высоких температурах, а также наличие специализированных интерфейсов, таких как CAN и LIN.

Для применения в автомобильной промышленности ATMEL выпускает высокотемпературные версии контроллеров. На рис. 1 представлена информация о выпускаемых и готовящихся к выпуску «автомобильных» AVR–контроллерах.

Следует отметить, что это не «отобранные» стандартные кристаллы, а микросхемы с вновь разработанной топологией. Первыми «автомобильными» AVR–контроллерами c диапазоном рабочих температур –40…+125 °C стали ATtiny45 и ATmega88. В настоящее время выпускается более 10 типов контроллеров, а вышеназванные — доступны в исполнении до +150 °C. Теперь эти микросхемы можно размещать в автоматических коробках передач и непосредственно на двигателе для обработки информации от датчиков и управления впрыском. Все «автомобильные» AVRмикроконтроллеры соответствуют стандарту ISO–TS–16949 и прошли сертификационные испытания по нормам AEC–Q100.

Рис. 1. 'Автомобильные' AVR контроллеры
Рис. 1. «Автомобильные» AVR контроллеры

ATMEL выпускает четыре градации «автомобильных» AVR–контроллеров, отличающиеся максимальной рабочей температурой:

  • Grade 3: –40…+85 °C, индекс в названии микросхемы — Т;
  • Grade 2: –40…+105 °C, индекс в названии микросхемы — Т1;
  • Grade 1: –40…+125 °C, индекс в названии микросхемы — Z;
  • Grade 0: –40…+150 °C, индекс в названии микросхемы — Т2.

Основные параметры микросхем приведены в таблице.

Таблица. Основные параметры AVR контроллеров для применения в автомобильной промышленности
Название Статус Flash, кбайт EEPROM, байт SRAM, байт Число вх./вых. Интерфейс LIN Интерфейс UART/USART Интерфейс USI Интерфейс SPI Таймеры, 8 бит Таймеры, 12/16 бит Каналы ШИМ Число входов АЦП Макс. частота, МГц Тип корпуса Температурный диапазон, °C
ATtiny24 P 2 128 128 12 S   1 USI 1 1 4 8 16 MLF20/SOIC14 –40…+125
ATtiny25 P 2 128 128 6 S   1 USI 2   4 4 16 MLF20/SOIC8 –40…+125
ATtiny44 I 4 256 256 12 S   1 USI 1 1 4 8 16 MLF20/SOIC14 –40…+125
ATtiny45 P 4 256 256 6 S   1 USI 2   4 4 16 MLF20/SOIC8 –40…+125
ATtiny84 P 8 512 512 12 S   1 USI 1 1 4 8 16 MLF20/SOIC8 –40…+125
ATtiny85 P 8 512 512 6 S   1 USI 2   4 4 16 MLF20/SOIC8 –40…+125
ATmega48 P 4 256 512 23 S 1   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF32 –40…+125
ATmega88 P 8 512 1K 23 S 1   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF32 –40…+150
ATmega164P P 16 512 1K 32 S 2   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF44 –40…+125
ATmega168 P 16 512 1K 23 S 1   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF32 –40…+150
ATmega324P P 32 1K 2K 32 S 2   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF44 –40…+125
ATmega328P I 32 1K 2K 23 1   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF32 –40…+125
ATmega644P P 64 2K 4K 32 S 2   1+USART 2 1 6 8 16 TQFP/MLF44 –40…+125
ATmega16M1 I 16 1K 2K 32 H 1   1 1 1 6+4 11 16 TQFP/QFN32 –40…+150
ATmega32C1 I 32 1K 2K 32 H 1   1 1 1 4 11 16 TQFP/QFN32 –40…+150
ATmega32M1 I 32 1K 2K 32 H 1   1 1 1 6+4 11 16 TQFP/QFN32 –40…+150
ATmega64C1 I 64 2K 4K 32 H 1   1 1 1 4 11 16 TQFP/QFN32 –40…+150
ATmega64M1 I 64 2K 4K 32 H 1   1 1 1 6+4 11 16 TQFP/QFN32 –40…+150
ATmega169P I 16 512 1K 54 1   1+USI 2 1 4 8 16 TQFP/QFN64 –40…+125
AT90CAN32 P 32 1K 2K 53 S 2   1 2 2 6+2 8 16 TQFP/MLF64 –40…+125
AT90CAN64 P 64 2K 4K 53 S 2   1 2 2 6+2 8 16 TQFP/MLF64 –40…+125
AT90CAN128 P 128 4K 4K 53 S 2   1 2 2 6+2 8 16 TQFP/MLF64 –40…+125

Изготовители современных автомобилей добавляют в свои новые модели различные электронные системы для повышения удобства и безопасности эксплуатации. Каждая такая система управляется микроконтроллером, который принимает и обрабатывает информацию от датчиков и выдает команды на соответствующие двигатели и соленоиды. Эти периферийные контроллеры связаны с центральным компьютером посредством бортовой сети. Наиболее распространенной бортовой сетью является CAN (Controller Area Network). На самом деле, в автомобиле приходится использовать две сети, первую для обслуживания ответственных узлов, таких как антиблокировочная система или подушки безопасности, и вторую для работы с сервисными системами — климат–контролем или освещением в салоне. Использование высокоскоростной шины CAN, поддерживающей режим multi–master, во втором случае не является оптимальным решением. Здесь находит применение шина LIN (Local Interconnect Network).

Микроконтроллеры с шиной CAN ATMEL выпускает практически во всех сериях — AT89, AT90, AT91, также запланирован выпуск CAN–контроллера в серии AVR32. Первые AVR–микроконтроллеры с шиной CAN — это AT90CAN128. Они имеют на кристалле Flash–память объемом 128 кбайт, оперативную память 4 кбайта, а также богатый набор цифровой и аналоговой периферии. Внешняя шина адреса/данных позволяет подключать к контроллеру дополнительные устройства, а также увеличивать объем оперативной памяти. Позднее ATMEL выпустила еще два контроллера, имеющие такой же корпус, но меньший объем памяти.

LIN — дешевая низкоскоростная шина (скорость 20 кбит/с), использующая для межсоединений однопроводную линию связи. Микроконтроллеры с шиной LIN появились в линейке продукции ATMEL сравнительно недавно. Это объясняется тем, что обмен по шине LIN в AVR–микроконтроллерах можно организовать, используя интерфейс UART или USI и внешний LIN–трансивер ATA6660 или ATA6662. Структурная схема представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема LIN трансивера ATA6662
Рис. 2. Структурная схема LIN трансивера ATA6662

В современном автомобиле многие устройства могут управляться по интерфейсу LIN. Ниже — неполный перечень:

  • прием данных от датчиков;
  • фары;
  • стеклоочистители;
  • люк;
  • дверные модули;
  • климат–контроль;
  • электрорегулировка кресла;
  • заряд аккумулятора и т. д.

Стратегия ATMEL в области применения LIN–интерфейса — выпуск микросхем повышенной степени интеграции, причем как со стороны Master–устройства, так и со стороны Slave–устройств. На рис. 3 в графическом виде показана тенденция к увеличению степени интеграции периферийных LIN–микросхем.

Рис. 3. Сводная диаграмма периферийных LIN микросхем
Рис. 3. Сводная диаграмма периферийных LIN микросхем

Из диаграммы видно, что старшие микросхемы — ATA6823/33/34, системные базовые кристаллы (LIN System Basic Chip, SBC) включают даже драйвер для прямого управления внешними полевыми транзисторами.

На основе кристалла SBC, микросхемы ATA6624 и кристалла AVR–микроконтроллера ATmega88/168 ATMEL выпустила микросхему класса «система–в–корпусе» (System–In–Package, SIP) — ATA6612/6613. Эта микросхема упакована в корпус QFN48 и представляет собой компактное законченное однокристальное решение для создания типового LIN–узла.

Структурная схема ATA6612/13 представлена на рис. 4.

Рис. 4. Структурная схема ATA6612/13
Рис. 4. Структурная схема ATA6612/13

В 2008 году ATMEL выпустила новую группу контроллеров для автомобильного применения — ATmega32M1/ATmega32С1. Эти контроллеры наряду с интерфейсом CAN имеют аппаратный LIN–интерфейс, что позволяет использовать их в системах управления моторами по интерфейсу CAN и LIN. Микросхема ATmega32M1 интересна тем, что содержит многоканальный ШИМ–контроллер с тремя парами комплементарных выходов, а это позволяет непосредственно управлять трехканальным драйвером трехфазного бесколлекторного двигателя постоянного тока, например ATA6834. На рис. 5 показана схема построения системы управления бесколлекторным двигателем постоянного тока на основе ATmega32M1 и ATA6834.

Рис. 5. Функциональная схема модуля управления двигателем на ATmega32M1
Рис. 5. Функциональная схема модуля управления двигателем на ATmega32M1
Общие технические характеристики ATmega32M1/ATmega32C1:
  • аппаратный LIN/UART–контроллер с подстройкой частоты;
  • аппаратный контроллер CAN;
  • интерфейс SPI Master/Slave;
  • 8–разрядный таймер–счетчик;
  • 16–разрядный таймер–счетчик;
  • 10–разрядный АЦП, 120 ksps 11 одиночных входов/3 дифференциальных входа;
  • 10–разрядный ЦАП;
  • термодатчик;
  • четыре аналоговых компаратора;
  • корпус QFN32 и QFP32;
  • диапазон рабочих температур –40…+150 °C.
Специальные технические характеристики ATmega32M1:
  • 12–разрядный ШИМ–контроллер;
  • ФАПЧ–умножитель до 64 МГц;
  • шесть комплементарных ШИМ–выходов;
  • защита от сквозного тока;
  • синхронизация с ADC;
  • быстрый аварийный останов.

Типовые применения ATmega32M1 включают практически все автомобильные системы с электромоторами — вентиляторы охлаждения двигателя, вентилятор кондиционера, бензонасосы, масляные насосы, управление положением сидений, управление стеклоподъемниками и люком.

Не остаются в стороне от автомобильных приложений и 32–разрядные AVR–микроконтроллеры. Один из уже выпускаемых контроллеров, AT32UC3A0512 — прошел сертификацию для автоприменений, и целая линейка AVR32–контроллеров готовится к проведению сертификации. На рис. 6 представлена информация о выпускаемых и готовящихся к выпуску «автомобильных» контроллерах AVR32 семейств UC3A и UC3B.

Рис. 6. Контроллеры AVR32 для автомобильных приложений
Рис. 6. Контроллеры AVR32 для автомобильных приложений

Таким образом, корпорация ATMEL предлагает весьма широкий выбор электронных компонентов для использования в экстремальных условиях, в частности, в автомобильных применениях. На смену выпускающимся в течение долгого времени 4–разрядным микроконтроллерам MARC4 приходят более скоростные и высокоинтегрированные 8– и 32–разрядные кристаллы и модули. Наращивание номенклатуры «автомобильных» контроллеров подтверждает серьезность намерений ATMEL расширить свои позиции на мировом рынке автомобильной электроники.

Литература

  1. Материалы семинара ATMEL в Лас–Вегасе, апрель 2008 года.
  2. Описания микросхем и примеры их использования, www.atmel.com
  3. Королев Н., Шабынин А. Архитектура AVR: развитие вширь и вглубь. Часть 1 // Компоненты и технологии. 2007. № 2.
  4. Русскоязычные материалы по теме: www.argussoft.ru/atmel, www.argussoft.ru/as-tools

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке