ATMEL: микроконтроллеры для автопрома

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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