前言：

針對(duì)工程車輛中模擬量采集種類多樣化和復(fù)雜化問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種可配置的模擬量采集模塊。該模塊應(yīng)用于一款基 于飛思卡爾３２位微處 理 器 ＭＰＣ５６４６Ｂ 的通用車載控制器中。詳細(xì)介紹了其硬件設(shè)計(jì)方案，闡述了其可配置原理。運(yùn) 用 ＶＣ６．０中的 ＭＳＣｏｍｍ 控件，在上位機(jī)中設(shè)計(jì)了用戶配置界面，將配置好的參數(shù)存儲(chǔ)到微控制器的 Ｄａｔａｆｌａｓｈ中。最后，對(duì) 電 壓、電流和電阻３種類型的模擬量進(jìn)行采集和補(bǔ)償，整體采集精度控制在５‰以內(nèi)。測(cè)量結(jié)果表明，該模塊可配置性和通用性 很強(qiáng)，具有良好的測(cè)量精度。

背景：

隨著汽車對(duì)控制系統(tǒng)的要求和依賴性提高，Ａ／Ｄ 采 集模塊成為汽車控制器中重要的組成部分。一 般 工 程 車輛中的模擬量輸入主要有電阻型（如油位傳感器）、電流 型（一般為４～２０ｍＡ，如壓力變送器）、電壓型（如電瓶電 壓采集）３種。但是不同的工程車輛因?yàn)閼?yīng)用場(chǎng)合的不 同，需要的采集的模擬量類型與數(shù)量都有所不同，因此控 制器的模擬量輸入模塊需要具有一定的可配置性才能應(yīng) 用于不同的工程車輛中。例如，在一個(gè)工程機(jī)械系統(tǒng)中需 要采集４路模擬量信號(hào)，其中２路為電壓信號(hào)，電流、電阻 型各１路；另外，一個(gè)系統(tǒng)也是４路模擬量信號(hào)，但都是電壓型信號(hào)；這時(shí)一般需要分別對(duì)２個(gè)系統(tǒng)使用功能定制的 控制 器，但如果在控制器中加入可配置的模擬量采集 模 塊，只需要在軟件中進(jìn)行不同功能的配置，就可以同時(shí)滿 足２個(gè)系統(tǒng)的需求，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性。

本文設(shè)計(jì)的１６路可配置的模擬量采集模塊，很好地 解決了上述問(wèn)題。該模塊的 Ａ／Ｄ 轉(zhuǎn)換通道基于控制器主 芯片 ＭＰＣ５６４６Ｂ的１２位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ＡＤＣ）， ＭＰＣ５６４６Ｂ為ｆｒｅｅｓｃａｌｅ３２位 Ｑｏｒｉｖｖａ系列微控制器，采用 ＰｏｗｅｒＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ? 技術(shù)構(gòu) 建，適 用 于 汽 車，面 向 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 管理應(yīng) 用、車 身 控 制、網(wǎng) 關(guān)、安 全 性、底盤和駕駛員信息應(yīng)用。

硬件電路設(shè)計(jì)

（1）可配置性原理

可配置性原理，如圖１所示。本設(shè)計(jì)針對(duì)工程車輛中 常見(jiàn)的模擬量，將電壓類型的模擬量劃分為６個(gè)量程：０～ ５Ｖ、０～１０Ｖ、０～１５Ｖ、０～２０Ｖ、０～２４Ｖ、０～３２Ｖ，電流 類型的模擬量劃分為２個(gè)量程：０～１０ｍＡ、０～２０ｍＡ，電 阻類型的模擬量劃分為３個(gè)量程：２０～１００Ω、２０～５００Ω、 ２０Ω～１０ｋΩ。 實(shí)際應(yīng)用中，不同車輛根據(jù)需要，將圖１中１６路輸入 配置為上述３種不同類型、不同量程的模擬量采集通道。 

（2）硬件設(shè)計(jì)原理 如圖２ 所 示，模擬量采集共有 １６ 個(gè) 通 道 ＡＩＮ１～ ＡＩＮ１６，通過(guò)２片多路選擇器 Ｕ１ 和 Ｕ２ 級(jí)聯(lián)。Ｕ３ 和 Ｕ４ 為 模擬量測(cè)量可配置模塊，其中，Ｕ３ 的 Ｓ１～Ｓ６對(duì)應(yīng)電壓測(cè) 量的６個(gè)量程，Ｓ７～Ｓ８對(duì)應(yīng)電流測(cè)量的２個(gè)量程，Ｕ４ 的 Ｓ３～Ｓ５對(duì)應(yīng)電阻測(cè)量的３個(gè)量程。多路選擇器 ＡＤＧ５４０８ 的使能端 ＥＮ 和地址線 Ａ０、Ａ１和 Ａ２由主芯片的Ｉ／Ｏ 口 輸出電平。輸入的模擬量經(jīng)過(guò)調(diào)理后輸入 ＭＰＣ５６４６Ｂ 的一個(gè)１２位 Ａ／Ｄ口進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

（3）模擬多路選擇芯片 ＡＤＧ５４０８ ＡＤＧ５４０８是 ＡｎａｌｏｇＤｅｖｉｃｅ公司的單芯片 ＣＭＯＳ模 擬多路復(fù)用器，通過(guò)汽車應(yīng)用認(rèn)證。內(nèi)置８?jìng)€(gè)單通道，根 據(jù)３位二進(jìn)制地址線 Ａ０、Ａ１和 Ａ２所確定的地址，將８路 輸入之一切換至 公 共 輸 出。采 用 ９～４０Ｖ 單 電 源 供 電， 輸入信號(hào)范圍可擴(kuò)展至電源電壓范圍。本設(shè)計(jì)采用３２Ｖ 供電，從而滿 足 最 大３２Ｖ 的 電 壓 測(cè) 量。導(dǎo) 通 電 阻 曲 線 在 整個(gè)模擬輸入范圍都非常平坦，低 導(dǎo) 通 電 阻 為 １３．５Ω。極小的通道漏電流，－４０～＋８５°Ｃ通道接通泄露最大為４ ｎＡ，通道間的影響幾乎可以忽略。

（4）主芯片的 Ａ／Ｄ模塊簡(jiǎn)介 ＭＰＣ５６４６Ｂ的 Ａ／Ｄ部分包括１０位和１２位精度，２個(gè) 模塊都是獨(dú)立供電，芯片 ＡＤＲ０２為 Ａ／Ｄ 公司生產(chǎn)的５Ｖ 精密基準(zhǔn)電 壓 源，為 Ａ／Ｄ 模 塊 提 供 ５Ｖ 基 準(zhǔn) 電 壓［６］。１２ 位 Ａ／Ｄ通道共有１６個(gè)高精度通道和１３個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通道，每 個(gè)通道都有專用的轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器，本設(shè)計(jì)中采 用12位精度的 Ａ／Ｄ中的高精度通道。

（5）電路功能詳解

①電壓測(cè)量功能

一般 工 程 車 輛 中，電 壓 最 高 可 以 達(dá) 到 ３２ Ｖ，而 ＭＰＣ５６４６Ｂ的 ＡＤＣ模塊為５Ｖ供電，所以必須進(jìn)行分壓才 能輸入 Ａ／Ｄ口。圖２中，Ｕ３ 的Ｓ１～Ｓ６連接了６個(gè)分壓電 阻Ｒ１～Ｒ６，依次對(duì)于０～５Ｖ、０～１０Ｖ、０～１５Ｖ、０～２０Ｖ、 ０～２４Ｖ、０～３２Ｖ６個(gè)量程，電壓采樣電阻選用高精度低溫 漂的類型［８］，１０ｋΩ 電阻Ｒ０ 為公用分壓電阻，分壓后連到 ＭＰＣ５６４６Ｂ的 Ａ／Ｄ口?？梢愿鶕?jù)工程車輛中需要采集的 電壓范圍配置到相應(yīng)量程。如車輛 Ａ的 ＡＩＮ１通道需要配 置０～２０Ｖ，則選通 Ｕ１ 的Ｓ１通道和 Ｕ３ 的Ｓ４通道。

②電流測(cè)量功能

Ａ／Ｄ口不能直 接 測(cè) 量 電 流，所以要通過(guò)電阻轉(zhuǎn)化成 電壓。如圖２所示，Ｕ３ 的Ｓ７和Ｓ８連接了２個(gè)電阻，依次 對(duì)應(yīng)０～２０ｍＡ、０～１０ｍＡ２個(gè)電流量程。此時(shí)測(cè)電壓時(shí) 的分壓電阻Ｒ０ 因電阻很大，分流作用幾乎可以忽略，在電 流測(cè)量時(shí)可看成導(dǎo)線。如車輛 Ｂ的 ＡＩＮ７通道需要配置 到０～２０ｍＡ，則選通 Ｕ１ 的Ｓ７通道和 Ｕ３ 的Ｓ７通道。

③電阻測(cè)量功能

由于電阻是無(wú)源物理量，所以測(cè)電阻需要內(nèi)部連接一個(gè) 電源并串聯(lián)一個(gè)已知電阻分壓。如圖２，Ｕ４ 的Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５通道 接上６０Ω、２７０Ω和１ｋΩ的電阻，分別對(duì)應(yīng)２０～１００Ω、２０～ ５００Ω、２０～１０ｋΩ３個(gè)量程。如車輛Ｃ的 ＡＩＮ１５通道需要配 置到２０～５００Ω，則選通 Ｕ２ 的Ｓ７通道和 Ｕ４ 的Ｓ４通道。

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