基于MC9S08SC4芯片的汽车方向盘按键控制器设计

　　飞思卡尔最新的汽车级8位微控制器MC9S08SC4便是本文所要介绍的主角，该款微控制器是业界使用广泛的飞思卡尔HCS08系列汽车级微控制器家族最新的成员，以其低成本、小封装但同时兼具高性能、高可靠性的特点，适用于众多汽车电子应用领域，例如：简单的灯光控制、按键控制、HVAC、LIN通信控制器、车内后视镜调光以及简单的继电器和马达控制。如果你正在为你的应用物色一颗高性能、低成本的汽车级微控制器，但又为电子模块成本和PCB面积的限制而苦恼，相信MC9S08SC4正是你要找的这颗芯片。

　　MC9S08SC4的片上资源及性能

　　MC9S08SC4作为飞思卡尔HCS08汽车级8位微控制器家族的成员，设计上延续了HCS08微控制器许多的优点，例如总线频率高达20Mhz的HCS08内核，高质量汽车级内置Flash存储器可用于EEPROM的模拟，芯片上自带的时钟振荡器在全温度和电压范围内可校准至±2%的精度，还包括内部增强型支持LIN通信的串口控制器。图1是MC9S08SC4芯片内部的结构框图和资源配置。

　　MC9S08SC4的典型应用

　　人们在选择家用轿车时，对舒适性要求不断提高，因此在整车的设计中舒适性能也受到越来越广泛地重视，舒适性能已成为购车因素的一项重要指标。因此即使在许多中低端的轿车上这种需求也随处可见，例如现在汽车的方向盘已经不仅仅是传统的只具备控制方向和喇叭的功能，在它上面往往会集成用于控制其他功能的按键，例如控制收音机的操作按钮、控制DVD或者CD播放的操作按钮、手机蓝牙免提、自动巡航控制按钮，甚至还预留了用户可配置功能的按键。方向盘按键的不同风格体现了每种车型不同的个性，因此按键设计正受到越来越多车厂的关注。

　　本文所要介绍的MC9S08SC4微控制器非常适合类似方向盘按键这样应用，能帮助汽车制造商在不增加高昂成本的情况下获得比竞争者对手较大的差异化优势。MC9S08SC4在键盘的应用中可作为一个LIN通信的Slave节点，负责采集来自方向盘按键的各种控制信号，然后通过LIN总线将这些信号传递给车内其他的控制器单元，这些控制包括车身电子控制器、CD或者DVD控制器、蓝牙通信控制器和仪表盘控制器等。

　　图2所示是利用MC9S08SC4作为方向盘按键控制器的系统框图，简单地表明了整个控制系统从键盘信号输入端经过逻辑控制最终输出驱动信号这一完整的控制流程。汽车方向盘按键控制器单元由蓝色框内部组成，虽然整个控制系统的结构相对简单，但是该应用还是有一些设计上的挑战。

　　汽车方向盘按键控制器系统设计挑战

　　汽车方向盘按键控制器的设计，主要的挑战在于：

　　方向盘按键控制器在安装的空间上受到限制，由于控制器会被安装在方向盘面板附近的位置，因此需要在设计时尽可能减小PCB的面积，以方便地嵌入到方向盘下方狭小的空间，并且要避免和其它模块例如ABS安装的位置发生冲突。

　　方向盘按键控制器在为驾驶员带来操控舒适性和驾驶乐趣的同时，需要承担来自按键发出的多重的控制命令并将这些命令发送给相应的控制模块，例如各种和CD/DVD相关的娱乐功能，定速巡航控制和手机或者电话的免提功能，如果使用线束方式将这些功能分别连接到控制对象，将增加大量线束的成本和整车的重量，并且大量的线束也将增加布线的复杂程度，因此，通过汽车总线的方式实现模块之间的通信是一种性价比很高的选择。

　　对于成本敏感的应用中，如何尽可能减少外部元器件的个数，以及尽可能利用微控制器提供的片上资源来实现系统功能是设计关键所在。但这对微控制器本身的性能提出了严峻挑战，对于一颗汽车入门级的微控制器而言尤其如此。

　　MC9S08SC4如何应对系统设计挑战

　　MC9S08SC4系列微控制器在芯片设计之初便预见到了在类似应用中系统设计锁面临的挑战，以下将介绍MC9S08SC4是如何逐一克服上述挑战的。

　　MC9S08SC4系列微控制器的封装为16-TSSOP，包括管脚的外形尺寸仅为6.40×5.00mm2，用于方向盘键盘控制器设计将大幅减少PCB面积。另一方面，由于在MC9S08SC4微控制器内部自带一个时钟发生器，并且在全温度和全电压范围内，经过校准后能实现最大误差不超过±2%的精度，因此，即使对于该系统中对时钟精度要求最高的应用(LIN的通信)来说也能够胜任。基于上述分析，用户可以直接使用内部数字时钟来提供LIN通讯和整个系统所需的时钟信号，从而省去在芯片外部接一个晶振或者时钟振荡器，达到节省PCB 面积和系统成本的目的。

对于汽车方向盘键盘所要负责的多种控制功能，通过LIN总线的方式同样能达到节省线束成本、减轻重量和便于功能的升级和裁剪的效果。LIN作为一种低成本、高可靠性的汽车总线系统，在车身电子系统中得