Kinetis EA系列微控制器在汽車儀表中的應用

　　3 Kinetis EA微控制器汽車儀表功能的實現

　　通過上述對汽車儀表系統分析以及Kinetis EA 微控制器的介紹可知，針對汽車儀表應用，Kinetis EA微控制器缺少專門的段碼式LCD驅動模塊以及步進電機驅動模塊。為了擴展Kinetis EA微控制器在汽車電子市場里面的應用范圍，我們可以通過改善軟/硬件的方法，在幾乎不添加成本的情況下，模擬出段碼式LCD和步進電機的驅動，以滿足市場對成本日益苛刻的要求。

　　對于段碼式LCD驅動，為了實現最多段的驅動，一般選取1/4的占空比和1/3偏壓的驅動方式。由圖2可知，與LCD相連的的芯片引腳上，需要產生出0v、VLCDx1/3、VLCDx2/3和VLCD此四種電壓等級。微控制器可以很容易的生成0v和VLCD這兩種電壓等級。但對于VLCDx1/3和VLCDx2/3，可以利用芯片引腳內的上拉電阻，配合外部的電阻梯實現。例如圖3所示，R1為內部上拉電阻，R2、R3為PCB設計時添加的電阻。當R1=1/3(R2)=2/3(R3)時，改變此IO端口的狀態為“輸出低電平”、“禁止上拉電阻且端口設置為輸入”、 “使能上拉電阻且端口設置為輸入”和“輸出高電平”，則輸出端口的電平值依次為0v、VLCDx1/3、VLCDx2/3和VLCD此四種電壓等級。由于段碼式LCD為電壓驅動方式，故對于驅動波形無對應電流輸出能力的考核。對于驅動波形中嚴格的時序要求，可由定時器或計數器實現各控制信號間的同步。段碼式LCD需要實時刷新屏幕且刷新率一般是240~480Hz之間，故這對微控制器的數據準備能力是個考驗。

　　圖4展示出典型步進電機的驅動波形，兩相線圈分別由正弦電流和余弦電流控制。在兩相電流的勵磁下，合成出電機轉子旋轉矢量，帶動永磁體的轉子進行旋轉。Kinetis EA具有8個20mA大電流能力的引腳，其中6個具有PWM輸出能力，剩余2個可作大電流輸入輸出控制。對于兩個步進電機的應用，其中4個具有PWM能力的引腳可以模擬一個步進電機中的兩相控制。剩余2個大電流PWM輸出和2個大電流GPIO，可通過1個大電流PWM與1個大電流GPIO配合來控制步進電機的一相，最終實現一個步進電機的兩相控制。由此可見，Kinetis EA對于兩個步進電機的驅動，完全可由其本身的資源實現。

　　依據上述分析結果進行電路及軟件設計。該系統采用PKEAZ128AMLK，片外8MHz晶振為時鐘源，通過FLL倍頻，總線時鐘運行在48MHz。此系統不僅實現了4x40段LCD驅動和兩個步進電機的位置控制，而且具有CAN/LIN通訊及網絡喚醒功能?？紤]到低功耗的要求，還為偏置電阻供電電路添加了開關電路，以便在低功耗時切斷偏置電阻的電流，從而改善系統低功耗性能。低功耗時，室溫實測Kinetis EA微控制器待機電流僅為2uA。

　　4 總結

　　本文通過分析汽車儀表的技術特點和飛思卡爾Kinetis EA 微控制器的芯片特性，提出了Kinetis EA微控制器在中低端汽車儀表市場中的解決方案并實現響應功能，拓展了Kinetis EA系列微控制器的應用領域。