Atmel: микроконтроллеры для автопрома Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ATMEL:

микроконтроллеры для автопрома

AVR-микроконтроллеры корпорации ATMEL присутствуют на рынке более десяти лет и хорошо известны как контроллеры 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.

Николай КОРОЛЕВ

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

Следует отметить, что это не «отобранные» стандартные кристаллы, а микросхемы с вновь разработанной топологией. Первыми «автомобильными» АУИ-контроллерами с диапа-

зоном рабочих температур -40.. . + 125 °С стали АТту45 и ATmega88. В настоящее время выпускается более 10 типов контроллеров, а вышеназванные — доступны в исполнении до +150 °С. Теперь эти микросхемы можно размещать в автоматических коробках передач и непосредственно на двигателе для обработки информации от датчиков и управления впрыском. Все «автомобильные» АУИ-микроконтроллеры 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 сервис-

Flash

128К

64К

32К

16К

8К

4К

2К

Аппаратный LIN

/

Тіпу327 Меда328Р

Tiny 167 Меда168

Тіпу85 Tiny84 Тіпу861 Тіпу87 Меда88

Tiny45 Tiny44 Tiny 461 Тіпу47 Меда48

ТІпу25 Тіпу24 Тіпу261

8 14 20

Программный LIN

CAN & LIN Hardwarc^N Меда64С1 Меда64М1

CAN

90CAN128

90CAN64

Сертифицировано для автопрома

В процессе сертификации

32

44

64

Корпус

В разработке

Рис. 1. «Автомобильные» AVR-контроллеры

Рис. 2. Структурная схема LIN-трансивера ATA6662

Регулятор

напряжения

Сторожевой

таймер

Выходной

драйвер

На

трансивер ^ контроллер АТА6662/63/64

АТА6623/25

АТА6622/24/26

АТА6823/33/34

Интерфейс с датчиками

Рис. 3. Сводная диаграмма периферийных LIN-микросхем

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 ї28 ї28 ї2 S USI ї6 MLF20/SOId4 -40...+ ї25

ATtiny25 P ї28 ї28 S USI ї6 MLF20/SOIC8 -40...+ ї25

ATtiny44 256 256 ї2 S USI ї6 MLF20/SOICM -40.+ ї25

ATtiny45 P 256 256 S USI ї6 MLF20/SOIC8 -40.+ ї25

ATtiny84 P 5ї2 5ї2 ї2 S USI ї6 MLF20/SOIC8 -40.+ ї25

ATtiny85 P 5ї2 5ї2 S USI ї6 MLF20/SOIC8 -40.+ ї25

ATmega48 P 256 5ї2 23 S ї+USART ї6 TQFP/MLF32 -40...+ ї25

ATmega88 P 5ї2 їк 23 S ї+USART ї6 TQFP/MLF32 -40.+ ї50

ATmega^P P ї6 5ї2 їк 32 S ї+USART ї6 TQFP/MLF44 -40.+ ї25

ATmega^ P ї6 5ї2 їк 23 S ї+USART ї6 TQFP/MLF32 -40.+ ї50

ATmega324P P 32 їк 2к 32 S ї+USART ї6 TQFP/MLF44 -40.+ ї25

ATmega328P 32 їк 2к 23 - ї+USART ї6 TQFP/MLF32 -40.+ ї25

ATmega644P P 64 2K 4к 32 S ї+USART ї6 TQFP/MLF44 -40.+ ї25

ATmega16M1 ї6 їк 2к 32 H 6+4 її ї6 TQFP/QFN32 -40.+ ї50

ATmega32d 32 їк 2к 32 H її ї6 TQFP/QFN32 -40.+ ї50

ATmega32M1 32 їк 2к 32 H 6+4 її ї6 TQFP/QFN32 -40.+ ї50

ATmega64d 64 2K 4к 32 H її ї6 TQFP/QFN32 -40...+ ї50

ATmega64M1 64 2к 4к 32 H 6+4 її ї6 TQFP/QFN32 -40.+ ї50

ATmega^P ї6 5ї2 їк 54 - ї+USI ї6 TQFP/QFN64 -40.+ ї25

AT90CAN32 P 32 їк 2к 53 S 6+2 ї6 TQFP/MLF64 -40.+ ї25

AT90CAN64 P 64 2к 4к 53 S 6+2 ї6 TQFP/MLF64 -40.+ ї25

AT90CAM28 P ї28 4к 4к 53 S 6+2 ї6 TQFP/MLF64 -40.+ ї25

ными 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.

Регулятор

напряжения

LIN-

трансивер

Сторожевой

таймер

Микро-

контроллер

LIN&mC SiP АТА6612/13

Интерфейс с датчиками

Рис. 4. Структурная схема ATA6612/13

Motor

Рис. 5. Функциональная схема модуля управления двигателем на ATmega32M1

Flash,

кбайт

512

256

Серия UC3A

83 Mips при 66 МГц 2,0 мВт/МГц 144/100QFP

шшш

UC3A0256

UC3A1256

UC3A0128

Серия UC3B

76 Mips при 60 МГц 1,3 мВт/МГц 64/48 QFP/QFN

UC3B0256 UC3B1256

ЧИЯ £!

UC3B0128 UC3B1128

UC3A1128

64 UC3B064 UC3B164

Сертифицировано для автопрома

Г отовится к сертификации

В производстве

Рис. 6. Контроллеры AVR32 для автомобильных приложений

Структурная схема ATA6612/13 представлена на рис. 4.

В 2008 году ATMEL выпустила новую группу контроллеров для автомобильного применения — ATmega32M1/ATmega32d. 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 интерес-

на тем, что содержит многоканальный ШИМ-контроллер с тремя парами комплементарных выходов, а это позволяет непосредственно управлять трехканальным драйвером трехфазного бесколлекторного двигателя постоянного тока, например АТА6834. На рис. 5 показана схема построения системы управления бесколлекторным двигателем постоянного тока на основе ATmega32M1 и АТА6834.

Общие технические характеристики AT mega32M1/AT mega32C1:

• 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