Kinetis EA系列微控制器在汽车仪表中的应用

　　3 Kinetis EA微控制器汽车仪表功能的实现

　　通过上述对汽车仪表系统分析以及Kinetis EA 微控制器的介绍可知，针对汽车仪表应用，Kinetis EA微控制器缺少专门的段码式LCD驱动模块以及步进电机驱动模块。为了扩展Kinetis EA微控制器在汽车电子市场里面的应用范围，我们可以通过改善软/硬件的方法，在几乎不添加成本的情况下，模拟出段码式LCD和步进电机的驱动，以满足市场对成本日益苛刻的要求。

　　对于段码式LCD驱动，为了实现最多段的驱动，一般选取1/4的占空比和1/3偏压的驱动方式。由图2可知，与LCD相连的的芯片引脚上，需要产生出0v、VLCDx1/3、VLCDx2/3和VLCD此四种电压等级。微控制器可以很容易的生成0v和VLCD这两种电压等级。但对于VLCDx1/3和VLCDx2/3，可以利用芯片引脚内的上拉电阻，配合外部的电阻梯实现。例如图3所示，R1为内部上拉电阻，R2、R3为PCB设计时添加的电阻。当R1=1/3(R2)=2/3(R3)时，改变此IO端口的状态为“输出低电平”、“禁止上拉电阻且端口设置为输入”、 “使能上拉电阻且端口设置为输入”和“输出高电平”，则输出端口的电平值依次为0v、VLCDx1/3、VLCDx2/3和VLCD此四种电压等级。由于段码式LCD为电压驱动方式，故对于驱动波形无对应电流输出能力的考核。对于驱动波形中严格的时序要求，可由定时器或计数器实现各控制信号间的同步。段码式LCD需要实时刷新屏幕且刷新率一般是240~480Hz之间，故这对微控制器的数据准备能力是个考验。

　　图4展示出典型步进电机的驱动波形，两相线圈分别由正弦电流和余弦电流控制。在两相电流的励磁下，合成出电机转子旋转矢量，带动永磁体的转子进行旋转。Kinetis EA具有8个20mA大电流能力的引脚，其中6个具有PWM输出能力，剩余2个可作大电流输入输出控制。对于两个步进电机的应用，其中4个具有PWM能力的引脚可以模拟一个步进电机中的两相控制。剩余2个大电流PWM输出和2个大电流GPIO，可通过1个大电流PWM与1个大电流GPIO配合来控制步进电机的一相，最终实现一个步进电机的两相控制。由此可见，Kinetis EA对于两个步进电机的驱动，完全可由其本身的资源实现。

　　依据上述分析结果进行电路及软件设计。该系统采用PKEAZ128AMLK，片外8MHz晶振为时钟源，通过FLL倍频，总线时钟运行在48MHz。此系统不仅实现了4x40段LCD驱动和两个步进电机的位置控制，而且具有CAN/LIN通讯及网络唤醒功能。考虑到低功耗的要求，还为偏置电阻供电电路添加了开关电路，以便在低功耗时切断偏置电阻的电流，从而改善系统低功耗性能。低功耗时，室温实测Kinetis EA微控制器待机电流仅为2uA。

　　4 总结

　　本文通过分析汽车仪表的技术特点和飞思卡尔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车仪表市场中的解决方案并实现响应功能，拓展了Kinetis EA系列微控制器的应用领域。