汽车电子液压制动系统跟随特性的实验研究 ----汽车 EHB 系统的硬件设计(四)
3.3 EHB控制系统的设计
EHB控制系统中硬件部分主要包括以下内容：控制单元ECU设计、输入通道设计、输出通道设计、电源系统设计和数采系统设计。
3.3.1控制系统整体结构设计
根据控制系统ECU单元的结构，确定其硬件组成如图3.10所示，包括：单片机、电源模块、传感器信号处理模块、控制输出调理模块及驱动控制模块等部分。这些模块构成了ECU的完整控制系统。其中驱动模块包括对EHB系统中电磁阀的驱动模块，以及对高压蓄能器环节中电机泵的驱动模块，这两块直接作用于车辆制动系统中的制动轮缸。下面的章节中我们将对每部分进行研究。
3.3.2系统处理芯片的选用
汽车EHB系统是一种计算机控制系统，其核心部分是电子控制单元ECU.它一方面将采集到的传感器信号A/D转换成数字信号输入到计算机中去进行分析处理，另一方面要将控制信号通过D/A转换成数字信号输出到外部的驱动系统中，而电子控制单元内部CPU通过软件编程来实现各种控制算法，所以电子控制单元是控制系统的重要部分。
目前制动系统采用的单片机是摩托罗拉、英特尔、西门子、英飞凌、飞思卡尔等公司的的16位单片机。EHB系统要求较高数据处理速度，处理器需要完成各种计算，例如加减速度、参考滑移率等。
根据EHB的特性要求，所选用的中央处理器是飞思卡尔公司推出的16位单片机MC9S12,功能强大的片上外设子系统和片上存储器单元完美结合，具有更高的集成度、更丰富的片上资源和更强的处理能力，有助于提高系统性能、减小体积和降低成本。同时，它进一步增强了灵活的功率管理。该功率管理机制有效控制了微控制器在特定状态下的功耗，有效降低了系统总功耗，可长期使用，可靠性高。
MC9S12系列微控制器的特点：
（1）核心CPU：16位的CPU，它管理着MC9S12DG128和外部所有设备的活动，通过芯片的内部总线与MCU各个功能模块通信，通时通过外部总线与系统外设进行通讯。CPU中有6个寄存器，13种寻址方式和400多条指令，内部16为数据通道支持高效、快速的算术操作。
（2）存储器：内部有128KB的Flash EEPROM，2KB的EEPROM，8KB的RAM.
（3）时钟和复位发生器（CRG）：包括锁相环时钟频率放大器、看门狗、实时中断（RTI）和时钟监视器（CM）。
（4）带中断功能的8位和4位端口：可编程的上升沿或下降沿触发。
（5）A/D转换接口：2个8通道的10位A/D转换器，连续转换模式，可编程采样时间，多通道扫面方式，拥有外部转变触发控制，转换完成中断等功能。
（6）CAN总线模块：集成了3个CAN控制器-MSCAN12模块，兼容CAN2.0A/B，数据传输速率达1Mb/s，具有5个接收缓冲器，3个发送缓冲器，4个独立的中断通道，具有低通滤波器唤醒功能。
（7）增强型捕捉定时器（ECT）：该定时器的可编程计数器为16位，有8个可编程输入捕捉或输出比较通道，4个8位或2个16位的脉冲累加器。四个定标器的16位递减模数计数器。
（8）脉宽调制模块（PWM）：有8个输出通道，通过外部编程确定每个通道的周期和占空比，各通道各有一个计数器，可独立控制，8个8通道也可做16个4通道使用，时钟频率可调范围宽，有4个时钟源可选择，周期和脉宽可以被双缓冲。各个通道可分别设置中心对称或左对齐输出，可作为中断输入，有紧急事件可以关断输入。
（9）串行口、总线：芯片内部提供2个同步串行设备接口（SPI），并具有以下特点：全双工、三线同步传送；单个数据引脚的双向传送方式；主机位传送频率最大4MHz，当MCU总线频率等于8MHz时最小为31.25kHz；可程控设置位时钟极性、相位和数据位传送顺序，即可选高位在前或低位在前。2个全双工异步串行通信接口（SCI）。
（10）EEPRO模块与FLASH模块MC9S12XE/S内部集成了4KB的EEPROM存储器与256KB的FLASH存储器，具有单块和整块擦除、编程、灵活保护和安全功能、快速区域擦除和字编程模式特点。
（11）LQFP-112和QFP-80封装选择：DG128芯片具有5V的输入和驱动能力，它的CPU工作频率可高达50MHz，总线频率也可达到25MHz，并可以支持背景调试模式（BDM）。
实际工作时需要采集侧向加速度传感器、车速信号和方向盘转角信号，传感器工作时存在各种干扰，其输出的信号存在着各种噪声信号，为了保证信号的可靠性需要对传感器信号进行滤波处理。硬件电路设计时采用结构简单并且效果较好的π型滤波。
3.3.3电源系统的设计
由于车载蓄电池的电压通常为12 V，对于EHB系统中的飞思卡尔单片机而言需要5V以及2.5V的直流稳定电源。本设计中采用LM2940电源转换芯片。其封装采用TO-220-3的形式。其允许工作电压温度-65℃~150℃