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具有單片機串行接口的汽車電子驅(qū)動器

作者: 時間:2006-05-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:MC33298是Motorola公司推出的新型汽車電子驅(qū)動器,它具有8路輸出,可由8位串行控制。MC33298所具有的獨特的串行外設(shè)接口(SPI)可以使其和各種單片機直接相連以控制不同的負(fù)載。文中介紹了MC33298的特點、功能和工作原理,并給出了它的幾種典型的接口應(yīng)用電路。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/226501.htm

關(guān)鍵詞:驅(qū)動器 串行接口 單片機 MC22298

1 概述

MC33298是一種較為新穎的汽車驅(qū)動器,它具有8路輸出的低邊功率開關(guān),由8位串行控制。MC33298采用新型集成工藝,內(nèi)含集成CMOS邏輯、雙極性MOS模擬電路和DMOS功率場效應(yīng)管等多種電路。由于該芯片具有串行外設(shè)接口(SPI),所以能和多種單片機直接相連,以控制不同的感性或白熾燈負(fù)載。

以極性MOS模擬電路被嵌入DMOS輸出晶體管的漏極中,能對每路輸出進行監(jiān)視并提供快速、獨立的保護功能。而且所有的輸出都具有0.5A/65V嵌位電壓,以提供快速感性截止和瞬態(tài)保護。

MC33298使用高效的上漏極功率DMOS輸出晶體管,其漏-源導(dǎo)通電阻較小,一般RDS(on)≤0.45Ω,可方便地達到控制邏輯輸出電路的目的。

MC33298除可用于汽車驅(qū)動器外,還可用在計算機、通信和工業(yè)控制等方面,因而它是一種多用途的芯片。由于它用邏輯電平的MOS場效應(yīng)晶體管作為輸出器件,并可在小柵壓下(5.0V)導(dǎo)通,所以不需要內(nèi)部電荷泵。

所有的輸入均與5.0V CMOS邏輯電平兼容。并具有負(fù)極性和反向邏輯功能。當(dāng)輸入編程電壓為低電平(1.0V)時,相應(yīng)受控的低邊開關(guān)導(dǎo)通(低電平有效);當(dāng)輸入編程電壓為高電平(>3.0V)時,則相應(yīng)受控的低邊開關(guān)截止(高電平有效)。

2 芯片簡介

2.1 主要特點

MC33298汽車電子驅(qū)動器具有如下主要特點:

●具有與單片機串行接口兼容的SPI;

●SPI通信可用來控制驅(qū)動器和故障檢測;

●具有8路輸出驅(qū)動器;

●8位串行I/O電平與CMOS電平兼容;

●工作電壓寬:5.5V~26.5V;

●具有多種保護功能:

負(fù)載開路輸出;

過壓檢測和關(guān)斷處理;

過熱檢測和關(guān)斷處理;

短路檢測和關(guān)斷處理。

●在驅(qū)動白熾燈負(fù)載時,輸出電流被限制在3.0A~6.0A;

●當(dāng)VDD=2.0V時,最大睡眠電流(IPWR)為50μA;

●最大電源電流IDD為4.0mA;

●對于感性負(fù)載,輸出鉗位電壓為65V;

●串行工作頻率為2.0MHz;

●開關(guān)管峰值輸出電流(25℃)為3.0A時,最大接通電阻RDS(on)為0.45Ω;

●在所有輸出均為接通狀態(tài)時,最大IPWR為2.0mA。

2.2 引腳功能

MC33298具有DIP(20引腳)和SOP(24引腳)兩種封裝形式,其引腳功能如表1所列。

表1 引腳功能

引 腳 符號 功 能 說 明
DIP SOP
1 1 OUTPUT7 輸出7引腳
2 2 OUTPUT6 輸出6引腳
3 3 SCLK 時鐘輸入引腳。它能控制MC33298片內(nèi)移位寄存器的時序
4 4 SI 串行指令數(shù)據(jù)輸入引腳。它的電平高低能決定輸出通斷。當(dāng)SI為高電平時,關(guān)掉編程輸出;當(dāng)SI為低電平時,接通編程輸出
5 5 Ground 地線引腳
6 6 Ground 地線引腳
- 7 Ground 地線引腳
- 8 Ground 地線引腳
7 9 SO 串行數(shù)據(jù)輸出引腳,也是MC33298片內(nèi)移位寄存器拓態(tài)輸出,它的電平狀態(tài)能決定輸出通斷。在高電平時,輸出斷開;低電平時,輸出接通
8 10 SCB 通信選擇輸入引腳。當(dāng)CSB為低平時,單片機向MC33298傳送數(shù)據(jù);當(dāng)CSB為高電平時,MC33298向單片機傳送數(shù)據(jù)
9 11 Output 5 輸出5引腳
10 12 Output4 輸出4引腳
11 13 Output3 輸出3引腳
12 14 Output2 輸出2引腳
13 15 SFPD 短路故障保護禁止(Short Fault Protected Disable)引腳
14 16 VDD 邏輯電源輸入引腳。通常為4.75~5.25V
15 17 Ground 地線引腳
16 18 Ground 地線引腳
- 19 Ground 地線引腳
- 20 Ground 地線引腳
17 21 VPWR 電源輸入引腳。通常為5.5V~26.5V
18 22 RESET 復(fù)位引腳。低電平有效
19 23 Output 1 輸出1引腳
20 24 Output 0 輸出0引腳

3 工作原理

MC33298的內(nèi)部電路框圖如圖1所示,它由串行數(shù)據(jù)輸出線驅(qū)動器、SPI接口邏輯電路、穩(wěn)壓器、故障定時器、多保護電路等組成。

3.1 串行外設(shè)接口(SPI)

SPI是MC33298的重要特點之一,它能與許多標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和單片機直接通信。在通信過程中,SPI不僅能減少MC33298輸入/輸出(I/O)所需的引腳數(shù)量,而且還能為單片機提供一種用少量引腳外擴I/O的有效方法。利用SPI傳送數(shù)據(jù)時,單片機先發(fā)送后接收,數(shù)據(jù)位同時由單片機的MOSI引腳(單片機輸出串行輸入)發(fā)送并由MISO引腳(單征機輸入串行輸出)接收。發(fā)送和接收主要決定于通信選擇引腳CSB的邏輯電平。當(dāng)CSB為低電平時,單片機向MC33298傳送數(shù)據(jù)(即單片機發(fā)送數(shù)據(jù));當(dāng)CSB為高電平時,MC33298向單片機傳送數(shù)據(jù)(即單片機接收數(shù)據(jù))。CSB引腳的邏輯電平也能用于控制SO的輸出驅(qū)動器,當(dāng)該引腳為低電平時,啟動SO的輸出驅(qū)動器,并允許把數(shù)據(jù)從MC33298向單片機傳送。為了避免假數(shù)據(jù),在CSB引腳上的數(shù)據(jù)由高到低的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換僅在SCLK低電平時才發(fā)生。當(dāng)串行指令數(shù)據(jù)輸入到SI引腳并使SI為高電平時,關(guān)掉編程輸出;而當(dāng)SI為低電平時,接通編程輸出。為了對MC33298中8個輸出的導(dǎo)通或關(guān)斷進行編程,需要8位串行數(shù)據(jù)輸入到SI引腳,以啟動輸出7、輸出6、……輸出0。對于每個SCLK的上升沿,在CSB為低電平時,一個數(shù)據(jù)位指令(通或斷)被送入移位寄存器,當(dāng)8位裝完后,移位寄存器就宣布已經(jīng)滿了。為了確保信息數(shù)據(jù)的完整性,當(dāng)時鐘SCLK從低到高變化時,SI電平必須保持不變。

在數(shù)據(jù)傳送過程中,應(yīng)遵照先入先出的原則,即輸入輸出字的傳送應(yīng)以最高位(MSB)在先的原則。數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序圖如圖2所示。

3.2 保持電路

具有多種保護電路是MC33298的另一個重要特點,它能使芯片和有關(guān)系統(tǒng)免遭損失,以進一步提高它的適應(yīng)能力。MC33298具有過壓、欠壓、過熱、過漢、短路、負(fù)載開路等保持功能,現(xiàn)對其中的負(fù)載開路保護電路作些分析。

當(dāng)相應(yīng)輸出被禁止時MC33298能夠檢測或顯示出“輸出斷路,負(fù)載開路”故障。它是通過芯片仙MOSFET的漏極電壓與內(nèi)部產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓相比較來進行檢測的,每個輸出均有一個用于檢測的專用比較器。

當(dāng)輸出電壓小于(0.6V~0.8V)VDD的輸出門限電壓Vthres時,芯片限可檢測出輸出斷開或負(fù)載開路故障。由于MC33298的輸出可作為開關(guān)使用,所以在正常工作時,每個MOSFET輸出均應(yīng)完全導(dǎo)通或截止。

由于MOSFET的漏-源導(dǎo)通電壓VDS小于門限電壓,而MOSFET漏-源截止電壓大于門限電壓。因此,在電路設(shè)計時,門限電壓應(yīng)選擇在MOSFET的導(dǎo)通電壓和截止電壓之間。

4 應(yīng)用電路

由于MC33298具有多種獨特的性能,所以在各種領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用,以下介紹幾種典型的應(yīng)用電路。

4.1 汽車電子驅(qū)動電路

由MC33298組成的汽車電子驅(qū)動電路如圖3所示,從圖中可以看出,該電路是與單片機總線直接相連的,是最簡單的接口電路。另外,驅(qū)動負(fù)載可以是同一性質(zhì)也可以是不同性質(zhì)。電路中需要三級電源來供電,分別是數(shù)字電源VDD、芯片電源VPWR和Vbat。

4.2 SPI與單片機的接口電路

MC33298與單片機的接口電路如圖4所示,這是在汽車驅(qū)動器中常見的接口電路,圖中,單片機的控制線與MC33298的相應(yīng)線直接相連。在使用中,MC33298作為單片機的擴展器和緩沖器使用,并具有故障管理和故障報警功能。它在2.0MHz的串行時鐘頻率下可進行各種控制和診斷故障,從而保證芯片和系統(tǒng)的正常運行。

多路驅(qū)動和輸出外擴的原理電路如圖5所示。這是一種利用一塊單片機控制多個驅(qū)動器的接口電路,圖中的多個芯片被連成進行鍵形式,從而形式了一個大系統(tǒng),該系統(tǒng)可控制32路負(fù)載。

SPI也可并行輸入,此時可利用單片機的并行口進行片選,具體電路如圖6所示,采用該電路能控制24的路負(fù)載。

在實際應(yīng)用中,也可以使用主從單片機進行通信,以控制多個芯片,其實際電路如圖7所示。在這個系統(tǒng)中的任何時間里,主單片機只能有一個,而從單片機可以有一個或多個。需要說明的是:只有當(dāng)主單片機不通信時,從單片機才能進行能信。



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