汽车级MCU-F5xx系列产品及其应用
时间：11-27
来源：
点击：
汽车级MCU市场总览
从2007年到2011年，消费者对汽车电子市场产品（包括 MCU、传感器及车身集成电路）的需求量不断上涨（图1），其中MCU所占的市场份额最大。但在巨大的市场机遇面前，汽车电子厂商也面临着挑战。随着消费者对于汽车舒适性、安全性、驾驶性要求的不断提高，汽车厂商在汽车电子产品性能改善、功能增加和整体成本降低等方面提出了更高的要求，使得IC供应厂商必须提高系统的集成度，以便减少整个系统的成本，简化设计流程。
MCU在汽车电子方面的主要应用涵盖五大领域，分别是：1、汽车动力系统控制，主要应用为发动机控制、方向转向以及动力转向；2、汽车控制系统，即车身的控制，主要包括防盗控制、开关控制、电动车窗控制、车门控制、车灯控制等；3、安全控制系统，包括安全气囊、ABS、SAFF等；4、行驶系统控制，包括仪表盘、空调、底盘控制等；5、汽车信息系统，包括娱乐、服务、移动通信、信息处理和GPS导航等。除了汽车动力系统控制和汽车信息系统控制这两项应用需要高性能的32位MCU外，其余三项都可以采用汽车级MCU。
图1 MCU、传感器和车身集成电路的市场需求
Silicon Labs公司的汽车级MCU C8051F5XX系列产品是能够为车身电子和点控装置提供高集成度、使用简单并具有高效费比的混合信号MCU系统。它主要应用于自动车窗、车门、自动座椅、反光镜、电动机、制动器等控制系统中。C8051F50X系列产品提供了小体积的CAN/LIN网络解决方案，在5mm×5mm的封装内集成了64K Flash、CAN 2.0B 和 LIN 2.0。同时，产品内部集成了误差只有±0.5%的高精度振荡器，不需要外部的晶体或振荡器就可以实现CPU的运行。C8051F5XX系列产品拥有较宽的工作温度范围（-40℃到+125℃ ），超过了汽车电子对于IC的运行环境温度的要求（-40℃到+120℃），可提供1.8至5.25V的宽电压范围，为客户在产品设计方面提供了很大的选择余地。
图2为F500的结构框图，从图中可以看到，在5mm×5mm的封装里面，集成了较为完整的数字和模拟外设。在数字外设方面，包括64K Flash、PWM产生器、定时器、I2C、SPI接口以及CAN 2.0B和LIN 2.0的控制器等。模拟外设包括12位的ADC、误差为±0.5%的高精度内部振荡器、温度传感器和比较器等，同时，既可以使用内部参考电压，也可以使用外部参考电压。
图2 F500的结构框图
LIN在汽车电子中的应用
在现代汽车电子中，LIN和CAN总线缺一不可。LIN总线又称本地互联网络（Local Interconnect Network），是一种异步、单线串行通信总线，也是汽车电子网络中常用的一种低成本解决方案。LIN总线包括一个主节点和多个从节点（图3），通过一根线来进行通信，结构非常简单。
图3 LIN总线结构示意图
LIN总线在汽车中的应用主要有四个方面：车门/车窗/车顶的控制、转向装置控制、座椅控制和汽车环境控制。
LIN 总线的特点是：单主从结构，每一个网络都包含一个主节点和多个从节点，由主节点来控制总线的访问；基于常用的USART/SCI接口硬件；从属控制器节点无需石英或者陶瓷振荡器就可以实现自同步，因而减少了从节点的硬件成本；信号传输延时得到保证，确保了在最差状况下信号传输的等待时间以避免总线访问冲突；低成本的单线12V数据传输，线的驱动和接收特性符合改进的ISO9141单线要求；传输速度可以达到20 kbps。
Silicon Labs公司C8051F50x/51x的LIN总线硬件接口与LIN2.0协议兼容，其高精度的内部振荡器使主控制器和从控制器不需要外接晶体就可以工作。在从模式下可以自动检测波特率，硬件结构带中断的错误检测功能和休眠功能，可以实现低功耗。
CAN在汽车电子中的应用
CAN (控制器局域网) 是一种异步、差分串行总线通信标准，通常用于连接电子控制单元（ECU）。在现代汽车电子中，由于LIN比CAN的成本低，因此CAN通常用来连接ECU 和汽车电子中各个功能模块之间的通信，而LIN主要用于功能模块和其下各个节点之间的通信，从而降低成本。CAN的原始协议是由罗伯特－博世有限公司创立的，之后被汽车工程师学会采纳为通用标准。
CAN在汽车电子中应用非常广泛，它不但可以应用于LIN应用的一些领域，如车门/车窗/车顶的控制、方向控制、座椅控制、环境控制等，还可以应用于更多的零界系统中，如传动系统、防抱死制动系统、转向装置控制、燃油喷射系统等。
图4 CAN总线的结构示意图
CAN总线具有以下特性：
灵活性--在一个CAN网络中的所有节点都能够接收和发送数据。
延迟保证--计算传输时间和响应时间是CAN网络设计的一部分。
数据一致性--在一个CAN网络中的所有节点都可以接收或拒绝一个报文。
强大的错误检测功能--通过位监控、循环冗余检查、位填充、报文格式检查等多种手段来确保数据的完整性。
故障界定--有故障的节点将会被切断以防止更深的网络被影响。
容错性--CAN收发器支持将其中的一个引脚短路或接地而不影响报文。
高吞吐量--达到1Mbps的数据传输速率。
Silicon Labs公司C8051F50x/51x系列产品的CAN接口硬件中，所有的CAN控制寄存器都可以直接存储；具有专用的CAN中断；内置高精度的振荡器，无需外部晶振；同时，使用官方的Bosch 模块，方便客户使用。
从2007年到2011年，消费者对汽车电子市场产品（包括 MCU、传感器及车身集成电路）的需求量不断上涨（图1），其中MCU所占的市场份额最大。但在巨大的市场机遇面前，汽车电子厂商也面临着挑战。随着消费者对于汽车舒适性、安全性、驾驶性要求的不断提高，汽车厂商在汽车电子产品性能改善、功能增加和整体成本降低等方面提出了更高的要求，使得IC供应厂商必须提高系统的集成度，以便减少整个系统的成本，简化设计流程。
MCU在汽车电子方面的主要应用涵盖五大领域，分别是：1、汽车动力系统控制，主要应用为发动机控制、方向转向以及动力转向；2、汽车控制系统，即车身的控制，主要包括防盗控制、开关控制、电动车窗控制、车门控制、车灯控制等；3、安全控制系统，包括安全气囊、ABS、SAFF等；4、行驶系统控制，包括仪表盘、空调、底盘控制等；5、汽车信息系统，包括娱乐、服务、移动通信、信息处理和GPS导航等。除了汽车动力系统控制和汽车信息系统控制这两项应用需要高性能的32位MCU外，其余三项都可以采用汽车级MCU。
图1 MCU、传感器和车身集成电路的市场需求
Silicon Labs公司的汽车级MCU C8051F5XX系列产品是能够为车身电子和点控装置提供高集成度、使用简单并具有高效费比的混合信号MCU系统。它主要应用于自动车窗、车门、自动座椅、反光镜、电动机、制动器等控制系统中。C8051F50X系列产品提供了小体积的CAN/LIN网络解决方案，在5mm×5mm的封装内集成了64K Flash、CAN 2.0B 和 LIN 2.0。同时，产品内部集成了误差只有±0.5%的高精度振荡器，不需要外部的晶体或振荡器就可以实现CPU的运行。C8051F5XX系列产品拥有较宽的工作温度范围（-40℃到+125℃ ），超过了汽车电子对于IC的运行环境温度的要求（-40℃到+120℃），可提供1.8至5.25V的宽电压范围，为客户在产品设计方面提供了很大的选择余地。
图2为F500的结构框图，从图中可以看到，在5mm×5mm的封装里面，集成了较为完整的数字和模拟外设。在数字外设方面，包括64K Flash、PWM产生器、定时器、I2C、SPI接口以及CAN 2.0B和LIN 2.0的控制器等。模拟外设包括12位的ADC、误差为±0.5%的高精度内部振荡器、温度传感器和比较器等，同时，既可以使用内部参考电压，也可以使用外部参考电压。
图2 F500的结构框图
LIN在汽车电子中的应用
在现代汽车电子中，LIN和CAN总线缺一不可。LIN总线又称本地互联网络（Local Interconnect Network），是一种异步、单线串行通信总线，也是汽车电子网络中常用的一种低成本解决方案。LIN总线包括一个主节点和多个从节点（图3），通过一根线来进行通信，结构非常简单。
图3 LIN总线结构示意图
LIN总线在汽车中的应用主要有四个方面：车门/车窗/车顶的控制、转向装置控制、座椅控制和汽车环境控制。
LIN 总线的特点是：单主从结构，每一个网络都包含一个主节点和多个从节点，由主节点来控制总线的访问；基于常用的USART/SCI接口硬件；从属控制器节点无需石英或者陶瓷振荡器就可以实现自同步，因而减少了从节点的硬件成本；信号传输延时得到保证，确保了在最差状况下信号传输的等待时间以避免总线访问冲突；低成本的单线12V数据传输，线的驱动和接收特性符合改进的ISO9141单线要求；传输速度可以达到20 kbps。
Silicon Labs公司C8051F50x/51x的LIN总线硬件接口与LIN2.0协议兼容，其高精度的内部振荡器使主控制器和从控制器不需要外接晶体就可以工作。在从模式下可以自动检测波特率，硬件结构带中断的错误检测功能和休眠功能，可以实现低功耗。
CAN在汽车电子中的应用
CAN (控制器局域网) 是一种异步、差分串行总线通信标准，通常用于连接电子控制单元（ECU）。在现代汽车电子中，由于LIN比CAN的成本低，因此CAN通常用来连接ECU 和汽车电子中各个功能模块之间的通信，而LIN主要用于功能模块和其下各个节点之间的通信，从而降低成本。CAN的原始协议是由罗伯特－博世有限公司创立的，之后被汽车工程师学会采纳为通用标准。
CAN在汽车电子中应用非常广泛，它不但可以应用于LIN应用的一些领域，如车门/车窗/车顶的控制、方向控制、座椅控制、环境控制等，还可以应用于更多的零界系统中，如传动系统、防抱死制动系统、转向装置控制、燃油喷射系统等。
图4 CAN总线的结构示意图
CAN总线具有以下特性：
灵活性--在一个CAN网络中的所有节点都能够接收和发送数据。
延迟保证--计算传输时间和响应时间是CAN网络设计的一部分。
数据一致性--在一个CAN网络中的所有节点都可以接收或拒绝一个报文。
强大的错误检测功能--通过位监控、循环冗余检查、位填充、报文格式检查等多种手段来确保数据的完整性。
故障界定--有故障的节点将会被切断以防止更深的网络被影响。
容错性--CAN收发器支持将其中的一个引脚短路或接地而不影响报文。
高吞吐量--达到1Mbps的数据传输速率。
Silicon Labs公司C8051F50x/51x系列产品的CAN接口硬件中，所有的CAN控制寄存器都可以直接存储；具有专用的CAN中断；内置高精度的振荡器，无需外部晶振；同时，使用官方的Bosch 模块，方便客户使用。