关于汽车mcu仪表的解决方案分析
瑞萨科技于2003年4月由日立制作所和三菱电机的半导体部门合并成立，致力于提供移动通信、汽车电子以及pc/av（数码家电）领域的半导体解决方案。在全球汽车半导体市场中，瑞萨占有7.1%的市场份额，排名第四位；在日本市场中占据第一位，市场份额为22.3%。其汽车半导体解决方案包含了安全、信息、动力总成、底盘以及车身五个方面，其中每个方面都有多种解决方案。
汽车仪表解决方案
仪表mcu的特点分以下几个方面：
1. 内嵌步进电机pwm控制器：可直接控制和驱动4-6个步进电机，无需外驱动器ic，因此可以节省成本和布局空间，具有优良的emi/emc性能；
2. 内嵌lcd控制器：28/32段×4公共引脚，可以直接控制lcd，同样无需外置驱动器ic，因此可以节省成本和布局空间，具有优良的emi/emc性能；
3. 高速cpu：单指令周期，20 mhz的h8s最小指令执行时间为50ns，而40 mhz的h8sx最小指令执行时间是25ns；
4. 强大的定时器：片上16位定时器脉冲单元有三个16位定时器通道，包括输入捕捉、输出比较、pwm和相位计算。
h8s/228x特殊模块的基本功能，包括三个部分：定时器脉冲单元（tpu）；步进电机pwm控制器和lcd控制器。
tpu是由3个16位定时器通道组成，包括最多8个脉冲输入/输出，可以为每个通道设置：比较匹配的波形输出；输入捕捉功能；计数器清零操作；同步运行；定时器计数器能够同时写入；可以比较匹配与输入捕捉同时清零；利用同步计数器操作实现寄存器同时输入/输出；与同步运行结合的最大7相位pwm输出。
步进电机pwm功能包括：最大16个脉冲输出，其中两个10位pwm通道，每个通道有8个输出，可以直接独立控制4个步进电机；0%至100%占空比；5个操作时钟；可以通过16位总线接口进行高速访问；两个中断源；可以设置模块停止模式。
对于lcd控制器/驱动器，其重要功能有：28/32段×4公共引脚；段输出引脚可用作11个帧频的4组端口选择；a或b波形可以用软件进行选择；内置电源分离电阻；除了待机模式和模块停止模式外，还有操作模式显示。
仪表盘应用解决方案
1.微步进电机解决方案
微步进电机成本低，结构简单，但具有高可靠性，且无需维护、无需反馈元件。但是经常在低速率时出现共振效应，而且随着速度增加转矩会降低。图1显示了vid步进电机的内部结构，其中左边是转子，中间是齿轮，右边是电机输出。
2. 电机驱动模式
电机驱动模式有分步驱动模式和微步驱动模式。图2所示的是分步驱动的时序图，可以看到一个周期由六步组成，脉冲序列从左向右时，指针顺时针方向转动；反之，如果脉冲序列从右向左时指针逆时针方向转动。图3所示的是微步驱动模式时序图，其中蓝色线代表左线圈的电流，红色线代表右线圈的电流。一个周期共有24个微步组成，线圈上的电流波形近似于正弦波型。
瑞萨仪表盘解决方案
图4所示的是瑞萨h8s/228x仪表盘解决方案框图，其中左边的是电压输入，包括燃料、温度等等；还有脉冲输入，包括转速表和速度，框图中给出了各个功能模块。图的右边是4步进电机、pwm调光器、can和lcd。
图5所示为h8sx/1544仪表盘解决方案的框图。框图的左边是电压输入，包括燃料、温度等；还有脉冲输入，包括转速表和速度、e2prom和pc。框图给出了各个功能模块；图的右边是4步进电机、扬声器、2步进电机、pwm调光器、can1、can2和lcd。
h8s/228x的开发工具软件包括编译器、汇编程序和连接程序，还有调试器和模拟器；硬件包括仿真器、jtag仿真器、评估板和cpu板。
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2. 内嵌lcd控制器：28/32段×4公共引脚，可以直接控制lcd，同样无需外置驱动器ic，因此可以节省成本和布局空间，具有优良的emi/emc性能；
3. 高速cpu：单指令周期，20 mhz的h8s最小指令执行时间为50ns，而40 mhz的h8sx最小指令执行时间是25ns；
4. 强大的定时器：片上16位定时器脉冲单元有三个16位定时器通道，包括输入捕捉、输出比较、pwm和相位计算。
h8s/228x特殊模块的基本功能，包括三个部分：定时器脉冲单元（tpu）；步进电机pwm控制器和lcd控制器。
tpu是由3个16位定时器通道组成，包括最多8个脉冲输入/输出，可以为每个通道设置：比较匹配的波形输出；输入捕捉功能；计数器清零操作；同步运行；定时器计数器能够同时写入；可以比较匹配与输入捕捉同时清零；利用同步计数器操作实现寄存器同时输入/输出；与同步运行结合的最大7相位pwm输出。
步进电机pwm功能包括：最大16个脉冲输出，其中两个10位pwm通道，每个通道有8个输出，可以直接独立控制4个步进电机；0%至100%占空比；5个操作时钟；可以通过16位总线接口进行高速访问；两个中断源；可以设置模块停止模式。
对于lcd控制器/驱动器，其重要功能有：28/32段×4公共引脚；段输出引脚可用作11个帧频的4组端口选择；a或b波形可以用软件进行选择；内置电源分离电阻；除了待机模式和模块停止模式外，还有操作模式显示。
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1.微步进电机解决方案
微步进电机成本低，结构简单，但具有高可靠性，且无需维护、无需反馈元件。但是经常在低速率时出现共振效应，而且随着速度增加转矩会降低。图1显示了vid步进电机的内部结构，其中左边是转子，中间是齿轮，右边是电机输出。
2. 电机驱动模式
电机驱动模式有分步驱动模式和微步驱动模式。图2所示的是分步驱动的时序图，可以看到一个周期由六步组成，脉冲序列从左向右时，指针顺时针方向转动；反之，如果脉冲序列从右向左时指针逆时针方向转动。图3所示的是微步驱动模式时序图，其中蓝色线代表左线圈的电流，红色线代表右线圈的电流。一个周期共有24个微步组成，线圈上的电流波形近似于正弦波型。
瑞萨仪表盘解决方案
图4所示的是瑞萨h8s/228x仪表盘解决方案框图，其中左边的是电压输入，包括燃料、温度等等；还有脉冲输入，包括转速表和速度，框图中给出了各个功能模块。图的右边是4步进电机、pwm调光器、can和lcd。
图5所示为h8sx/1544仪表盘解决方案的框图。框图的左边是电压输入，包括燃料、温度等；还有脉冲输入，包括转速表和速度、e2prom和pc。框图给出了各个功能模块；图的右边是4步进电机、扬声器、2步进电机、pwm调光器、can1、can2和lcd。
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