ATmega16L的ISP技術在汽車電子差速控制中的應用
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當車輛行駛在轉(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車輪能夠以不同速度旋轉(zhuǎn)，雖然滿足了汽車行駛運動學的要求，同時也增加了減震懸架系統(tǒng)的復雜度，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)設計控制器系統(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。在軟件設計時設計成: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;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精簡指令集結構，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?？煽刂频纳想姀臀灰约翱删幊痰那冯妷簷z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)編程技術在汽車電子差速控制中的應用
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)結構圖
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