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基于MPC564的发动机电控单元硬件解析
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2017-11-30
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发动机电子控制技术是汽车电子领域的关键技术，随着欧洲排放法规的日益严格化，以及对汽车安全、节能、环保、舒适、方便的要求越来越高，发动机电子控制单元的功能也越来越强大，对控制芯片的要求也随之提高。32位微控制器功能强大，提供了低功耗、高性能的处理能力，目前已经逐渐取代8位、16位微控制器而成为主流应用产品。我国在汽车发动机电子控制等关键技术领域与国外存在明显的差距，研究具有自主知识产权的发动机电子控制单元对我国的汽车工业发展具有重要的战略意义。本文基于Freescale公司的32位高性能控制芯片MPC564对赛欧轿车479QE型汽油机进行了电控单元的硬件设计，台架试验表明硬件设计方案可行。
电控单元硬件电路包括输入级电路、微控制器和输出级电路三大部分，其结构框图如图1所示。
1 微控制器
根据发动机电控技术的发展趋势，设计中选用了32位高性能微控制器MPC564，其主要功能模块有：
· 最高主频56M的精简指令集CPU；
· 64bit浮点数单元（FPU），支持高级语言编程；
· 512KB FLASH+32KB SRAM；
· 独立工作双时间处理单元（TPU3）；
· 模块化输入输出系统（MIOS）；
· 双队列模数转换模块（QADC）；
· 三个CAN2.0B控制器模块（TOUCAN）；
· 增强型队列串行多通道模块（QSMCM）。
MPC564微控制器不仅具有高速运算、实时输入和输出、高速AD转换的能力，同时其卓越的集成模块，如TPU、CAN等专门为汽车电子量身定制，使得电控单元无需过多外接功能驱动芯片，硬件布线减少，成本降低，有助于提高系统的可靠性。
2 输入级电路
（1）电源管理模块
系统的硬件设计中，电源部分占有重要地位，它直接影响系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力。PC33994是Freescale公司的一款中等功率的集成芯片，它能提供5V和2.6V的微控制器主电源以及5V的传感器供电电源，同时还带有3.3V备用电源。基本电路如图2所示。
（2）曲轴位置传感器
曲轴位置传感器为电磁式传感器，输出差分的频率/脉冲信号，电压波动范围为400mV～40V。曲轴位置信号决定各缸何时喷油及点火，它是发动机电控单元正常工作的基础。该信号的处理电路非常重要，而且精度要求高，否则会引起发动机工作混乱。设计中选用NCV7001芯片进行信号处理，通过滤波、限幅、比较和整型等处理环节得到微控制器识别的方波信号。基本电路如图3所示。
电控单元硬件电路包括输入级电路、微控制器和输出级电路三大部分，其结构框图如图1所示。
1 微控制器
根据发动机电控技术的发展趋势，设计中选用了32位高性能微控制器MPC564，其主要功能模块有：
· 最高主频56M的精简指令集CPU；
· 64bit浮点数单元（FPU），支持高级语言编程；
· 512KB FLASH+32KB SRAM；
· 独立工作双时间处理单元（TPU3）；
· 模块化输入输出系统（MIOS）；
· 双队列模数转换模块（QADC）；
· 三个CAN2.0B控制器模块（TOUCAN）；
· 增强型队列串行多通道模块（QSMCM）。
MPC564微控制器不仅具有高速运算、实时输入和输出、高速AD转换的能力，同时其卓越的集成模块，如TPU、CAN等专门为汽车电子量身定制，使得电控单元无需过多外接功能驱动芯片，硬件布线减少，成本降低，有助于提高系统的可靠性。
2 输入级电路
（1）电源管理模块
系统的硬件设计中，电源部分占有重要地位，它直接影响系统的稳定性、可靠性和抗干扰能力。PC33994是Freescale公司的一款中等功率的集成芯片，它能提供5V和2.6V的微控制器主电源以及5V的传感器供电电源，同时还带有3.3V备用电源。基本电路如图2所示。
（2）曲轴位置传感器
曲轴位置传感器为电磁式传感器，输出差分的频率/脉冲信号，电压波动范围为400mV～40V。曲轴位置信号决定各缸何时喷油及点火，它是发动机电控单元正常工作的基础。该信号的处理电路非常重要，而且精度要求高，否则会引起发动机工作混乱。设计中选用NCV7001芯片进行信号处理，通过滤波、限幅、比较和整型等处理环节得到微控制器识别的方波信号。基本电路如图3所示。
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