ATmega16L的ISP技術(shù)在汽車電子差速控制中的應(yīng)用
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當(dāng)車輛行駛在轉(zhuǎn)彎路面或巷道時，傳統(tǒng)燃油汽車通過左右輪間的機械差速器保證了兩側(cè)車輪能夠以不同速度旋轉(zhuǎn)，雖然滿足了汽車行駛運動學(xué)的要求，同時也增加了減震懸架系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的效率。本文研究的電動汽車采用獨立的輪式驅(qū)動方式，即每個車輪有一個直接驅(qū)動的電機。這樣，汽車兩個后輪都能獨立提供驅(qū)動動力，可以按運行工況需求獨立分配功率，該電子差速控制器是以兩個驅(qū)動輪的附著系數(shù)相等為目標(biāo)分配兩輪的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，從而使車輛發(fā)生滑轉(zhuǎn)的可能性減小到最小，具有操作靈活，運行穩(wěn)定的優(yōu)點，是未來電動汽車發(fā)展的主要方向。電動汽車差速控制器的設(shè)計除了要考慮穩(wěn)定性好，更要考慮在工業(yè)現(xiàn)場便于維護、升級。使用傳統(tǒng)方法對CPU重新編程存在很多不便，所以，采用在系統(tǒng)編程(ISP技術(shù))設(shè)計控制器系統(tǒng)。
2 開發(fā)模式介紹及芯片選擇
本文介紹的應(yīng)用系統(tǒng)采用了一種新的開發(fā)模式(類似于編程器開發(fā)模式)。由于利用了芯片的在系統(tǒng)編程(ISP)功能，因此不需要移動芯片。在軟件設(shè)計時設(shè)計成:一旦代碼文件被重新編過，即自動下載到芯片，并自動復(fù)位運行，是真正的“所編即所得”。
目前很多單片機都支持在系統(tǒng)編程。8051系列單片機支持在系統(tǒng)編程的也很多，但大多數(shù)是支持通過PC機的串口對單片機進行編程。這樣有四個不方便的地方:一是項目本身與PC機串行通信不方便;二是要增加1片MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片;三是有的芯片要按特定的步驟進入下載模式，編程過程需要手工干預(yù);四是有的芯片需要固件(定制的程序)的支持，如果不小心損壞了固件，則芯片的在系統(tǒng)編程功能也沒有了。
經(jīng)過比較，ATMEL公司生產(chǎn)的ATmega16L是一款比較理想的芯片，它的內(nèi)部集成了較大容量的存儲器和豐富強大的硬件接口電路，具備了AVR高檔單片機的MEGE系列的全部性能和特點，適合本系統(tǒng)的開發(fā)。
在AVR產(chǎn)品中，ATmega16L具有突出特點:
(1) 高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先進的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，可通過SPI接口在系統(tǒng)串行編程與8051兼容。
(2) 片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器。16KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命達10,000次;512B的EEPROM，擦寫壽命達100,000次;支持可在線編程(ISP)和可應(yīng)用自編程(IAP);可編程的程序加密位。
(3) 豐富強大的外部接口性能。四通道PWM，可實現(xiàn)任意16b以內(nèi)的、相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出，為實現(xiàn)先進的電機控制方法提供了條件;8通道A/D轉(zhuǎn)換;32個可編程的I/O口。
(4) 特殊的微控制器性能?？煽刂频纳想姀?fù)位以及可編程的欠電壓檢測電路;串行編程時有自動擦寫周期，在調(diào)試大程序時可以分段下載，節(jié)約時間。
3 ATmega16微控制器在系統(tǒng)編程模式
當(dāng)芯片的引腳RESET接地時，F(xiàn)lash程序存儲器、EEPROM數(shù)據(jù)存儲器、熔絲位和加密鎖定位都可以通過SPI總線接口[SCK，MOSI(input)，MISO(output)]來編程。當(dāng)RESET引腳為低電平后，在編程/擦除操作之前必須首先發(fā)送一條編程允許命令。在串行編程模式下，芯片會在字節(jié)編程之前自動插入一個擦除周期。因此，除非芯片的代碼保護位被編程，編程之前不需要執(zhí)行全片擦除命令。芯片擦除指令把程序和數(shù)據(jù)存儲器的每一單元都變成0xFF。而根據(jù)系統(tǒng)時鐘源的不同，串行編程時鐘SCK必須同系統(tǒng)時鐘相配合，SCK的低電平和高電平的最小時間定義如下:Low:大于2個MCU時鐘周期(fck＜12MHz);High:大于2個MCU時鐘周期(fck＜12MHz)。
4 在系統(tǒng)編程技術(shù)在汽車電子差速控制中的應(yīng)用
4.1 系統(tǒng)組成
整個車輛控制系統(tǒng)分兩層，外層是差速控制層，根據(jù)從直流電機采集到的速度量反饋到CPU，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、CPU內(nèi)部差速算法計算后產(chǎn)生理想轉(zhuǎn)矩值Td，內(nèi)層是電機轉(zhuǎn)矩控制層，根據(jù)從直流電機采集到的電流量反饋到CPU，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、CPU內(nèi)部PID算法調(diào)節(jié)后產(chǎn)生實際控制電流Io，CPU通過查表計算出PWM占空比，此信號通過功率轉(zhuǎn)換電路輸送給直流電機，一但發(fā)現(xiàn)電機功率轉(zhuǎn)換電路內(nèi)出現(xiàn)過流、過壓、過溫等異常情況時，保護電路及時通知CUP并做相應(yīng)調(diào)整。系統(tǒng)運行情況由外部狀態(tài)指示器顯示。RS-485輸出用于與其他車載電子設(shè)備通信。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示：
圖1 汽車電子差速控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
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