傳統的汽車電氣系統設計利用一捆電纜來連接車燈、電動機、電磁閥、加熱器、空調等設備?,F在,車輛中電子器件的數量急劇增加,汽車的電氣系統變得越來越復雜。一些統計數據顯示,汽車中電子器件所占的比例將達到40%到50%。因此,汽車中電纜的數量會越來越多,電纜的重量也越來越大。此外,汽車的電接線變得越來越復雜,這給汽車制造商和汽車維修廠的裝配工作造成更多的麻煩。
在十幾年前,博世公司為汽車應用引入了CAN總線系統,其目的是將本地網絡的概念應用到汽車系統內,就像辦公室和家中的LAN網絡一樣。然而,CAN針對高達1Mbps的高速數據傳輸設計,對于普通的汽車應用來說,CAN模塊的成本比較高,它更適合于引擎ECU和ABS的互連。
在1999年引入了針對汽車應用的LIN 1.0(本地互連網絡)總線系統,它的目標是低成本應用,如電動門、電動窗、側鏡、雨刮器、座椅安全帶報警、外部照明等。LIN總線的傳輸速度zui大為20kbps,而且它在單通道總線環路中zui多能支持16個節點,總線電纜的長度zui多可以擴展到40米。
隨著LIN總線系統在汽車行業的普及應用,電子控制器件將會采用模塊的形式,可以方便地插入到LIN總線網絡,并與位于儀表板或駕駛室附近的主控制器單元連接在一起。
LIN總線
LIN是一種低成本的汽車網絡,它是現有的汽車多元網絡的補充。
LIN總線的主要特征是:一個主節點、多個從節點的概念;低成本:基于普通UART/SCI接口硬件、相同的軟件或作為純狀態機;自同步:在從節點中不用晶體振蕩器或陶瓷振蕩器時鐘;確定性信號傳輸:信號傳播時間預先可計算;低成本單線實現連接;速度高達20kbps;基于應用交互作用的信號。
LIN總線的結構
使用一個幀收發器連接LIN簇與物理總線,所有的應用不直接訪問這些幀,在幀和應用之間加入了基于信號的交互作用層(interaction level)。此外,在應用和幀處理程序層之間存在診斷接口和信號交互作用層。
LIN系統由一個主節點和多個從節點(zui多16個節點)構成。主任務發送的幀由一個報頭和不同從任務的一個響應消息構成。
Melexis LIN總線解決方案
Melexis是一家汽車半導體制造商,Melexis從1989起開始提供混合信號IC解決方案。Melexis專注于低成本的LIN總線汽車市場,在他們的集成LIN控制器中有4位MCU (MLX80103)和16位MCU,該控制器針對特定應用融合了數字IC(CPU)及模擬IC。圖4所示為運行在Melexis新型MLX16控制器上的LIN協議的實例。
MLX16具有雙CPU,分別是運行協議處理程序的4位MCU MLX4和運行應用軟件的16位MCU MLX16。Melexis正在為基于MLX4的LIN從節點開發一種可被用于每一個MLX4產品的LIN軟件套件,讓客戶可以專注于應用軟件的開發。
新型的、具有16位CPU的集成LIN控制器MLX81xxx,可用于在兩芯片之間交換實時信息的內部高速通信接口。該應用可以很方便地用來擴展從模塊的I/O能力。
Melexis除了提供集成LIN控制器解決方案,還為CAN總線、LIN總線、K總線和GM-LAN提供一些收發器。LIN收發器系列包括TH8080和TH8082,系統基礎IC包括TH8062和TH8065。TH8065是新推出的LIN總線收發器,它包含LIN收發器(支持2.0和J2602)、電壓調整器、模擬看門狗、復位輸出和可編程POR定時器。
設計工程師易于采用TH8065與微控制器構成一個LIN控制模塊。
典型的LIN總線系統應用
我們利用LIN主節點和若干LIN從節點構建了一套LIN總線系統演示板。LIN主節點采用一個USB接口,把它連接到PC上的軟件,就可以作為用戶控制LIN系統的控制平臺。
USB-LIN主節點采用了一個16位微控制器MS9S12C32和一個USB驅動器CY7C64215。在另一側,MC33399用做LIN接口來連接在LIN總線上的從節點。MS9S12C32還具有連接到CAN網絡的CAN總線接口。
從系統有5個LIN從模塊,每一個模塊都采用Melexis的集成LIN總線控制器TH8100作為LIN和控制接口。TH8100具有一個雙任務CPU和LIN物理層接口,是專門為LIN總線應用設計的。用戶可以利用標準的Melexis LIN API軟件與LIN主節點通信,并驅動輸入和輸出應用。對于不同的功能模塊,TH8100連接到不同的I/O接口:直流電動機控制連接到MLX10402(三相無刷直流電機控制器),BLDC電動機控制連接到MLX90401,功率LED驅動器控制則連接到MLX10801。
圖7所示為LIN主控制器和Melexis從控制器的實際應用。
從控制器設計用于下面的各種應用:頭燈位置控制、側鏡、具有防傾斜(anti-pitch)功能的電動窗、雨刮器系統、外部車燈、座椅位置和加熱器控制、TPMS接收機、空調機。
本文小結
隨著LIN2.0標準的改進,人們為市場開發了成本更低且性能更高的LIN總線控制器,我們預期LIN總線將在汽車中獲得更為廣泛的應用。在歐洲,有統計顯示,LIN總線在新車應用中已經占有70%的份額。
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