具有单片机串行接口的汽车电子驱动器

2006-05-07 15:50:18来源: 国外电子元器件

汽车电子驱动器,它具有8路输出,可由8位串行控制。MC33298所具有的独特的串行外设接口(SPI)可以使其和各种单片机直接相连以控制不同的负载。文中介绍了MC33298的特点、功能和工作原理,并给出了它的几种典型的接口应用电路。

串行接口 单片机 MC22298

1 概述

MC33298是一种较为新颖的汽车驱动器,它具有8路输出的低边功率开关,由8位串行控制。MC33298采用新型集成工艺,内含集成CMOS逻辑、双极性MOS模拟电路和DMOS功率场效应管等多种电路。由于该芯片具有串行外设接口(SPI),所以能和多种单片机直接相连,以控制不同的感性或白炽灯负载。

以极性MOS模拟电路被嵌入DMOS输出晶体管的漏极中,能对每路输出进行监视并提供快速、独立的保护功能。而且所有的输出都具有0.5A/65V嵌位电压,以提供快速感性截止和瞬态保护。

MC33298使用高效的上漏极功率DMOS输出晶体管,其漏-源导通电阻较小,一般RDS(on)≤0.45Ω,可方便地达到控制逻辑输出电路的目的。

MC33298除可用于汽车驱动器外,还可用在计算机、通信和工业控制等方面,因而它是一种多用途的芯片。由于它用逻辑电平的MOS场效应晶体管作为输出器件,并可在小压下(5.0V)导通,所以不需要内部电荷泵。

所有的输入均与5.0V CMOS逻辑电平兼容。并具有负极性和反向逻辑功能。当输入编程电压为低电平(<1.0V)时,相应受控的低边开关导通(低电平有效);当输入编程电压为高电平(>3.0V)时,则相应受控的低边开关截止(高电平有效)。

2 芯片简介

2.1 主要特点

MC33298汽车电子驱动器具有如下主要特点:

●具有与单片机串行接口兼容的SPI;

●SPI通信可用来控制驱动器和故障检测;

●具有8路输出驱动器;

●8位串行I/O电平与CMOS电平兼容;

●工作电压宽:5.5V~26.5V;

●具有多种保护功能:

负载开路输出;

过压检测和关断处理;

过热检测和关断处理;

短路检测和关断处理。

●在驱动白炽灯负载时,输出电流被限制在3.0A~6.0A;

●当VDD=2.0V时,最大睡眠电流(IPWR)为50μA;

●最大电源电流IDD为4.0mA;

●对于感性负载,输出钳位电压为65V;

●串行工作频率为2.0MHz;

●开关管峰值输出电流(25℃)为3.0A时,最大接通电阻RDS(on)为0.45Ω;

●在所有输出均为接通状态时,最大IPWR为2.0mA。

2.2 引脚功能

MC33298具有DIP(20引脚)和SOP(24引脚)两种封装形式,其引脚功能如表1所列。

表1 引脚功能

引  脚 符号 功 能 说 明
DIP SOP
1 1 OUTPUT7 输出7引脚
2 2 OUTPUT6 输出6引脚
3 3 SCLK 时钟输入引脚。它能控制MC33298片内移位寄存器的时序
4 4 SI 串行指令数据输入引脚。它的电平高低能决定输出通断。当SI为高电平时,关掉编程输出;当SI为低电平时,接通编程输出
5 5 Ground 地线引脚
6 6 Ground 地线引脚
- 7 Ground 地线引脚
- 8 Ground 地线引脚
7 9 SO 串行数据输出引脚,也是MC33298片内移位寄存器拓态输出,它的电平状态能决定输出通断。在高电平时,输出断开;低电平时,输出接通
8 10 SCB 通信选择输入引脚。当CSB为低平时,单片机向MC33298传送数据;当CSB为高电平时,MC33298向单片机传送数据
9 11 Output 5 输出5引脚
10 12 Output4 输出4引脚
11 13 Output3 输出3引脚
12 14 Output2 输出2引脚
13 15 SFPD 短路故障保护禁止(Short Fault Protected Disable)引脚
14 16 VDD 逻辑电源输入引脚。通常为4.75~5.25V
15 17 Ground 地线引脚
16 18 Ground 地线引脚
- 19 Ground 地线引脚
- 20 Ground 地线引脚
17 21 VPWR 电源输入引脚。通常为5.5V~26.5V
18 22 RESET 复位引脚。低电平有效
19 23 Output 1 输出1引脚
20 24 Output 0 输出0引脚

3 工作原理

MC33298的内部电路框图如图1所示,它由串行数据输出线驱动器、SPI接口逻辑电路、稳压器、故障定时器、多保护电路等组成。

3.1 串行外设接口(SPI)

SPI是MC33298的重要特点之一,它能与许多标准外设和单片机直接通信。在通信过程中,SPI不仅能减少MC33298输入/输出(I/O)所需的引脚数量,而且还能为单片机提供一种用少量引脚外扩I/O的有效方法。利用SPI传送数据时,单片机先发送后接收,数据位同时由单片机的MOSI引脚(单片机输出串行输入)发送并由MISO引脚(单征机输入串行输出)接收。发送和接收主要决定于通信选择引脚CSB的逻辑电平。当CSB为低电平时,单片机向MC33298传送数据(即单片机发送数据);当CSB为高电平时,MC33298向单片机传送数据(即单片机接收数据)。CSB引脚的逻辑电平也能用于控制SO的输出驱动器,当该引脚为低电平时,启动SO的输出驱动器,并允许把数据从MC33298向单片机传送。为了避免假数据,在CSB引脚上的数据由高到低的数据转换仅在SCLK低电平时才发生。当串行指令数据输入到SI引脚并使SI为高电平时,关掉编程输出;而当SI为低电平时,接通编程输出。为了对MC33298中8个输出的导通或关断进行编程,需要8位串行数据输入到SI引脚,以启动输出7、输出6、……输出0。对于每个SCLK的上升沿,在CSB为低电平时,一个数据位指令(通或断)被送入移位寄存器,当8位装完后,移位寄存器就宣布已经满了。为了确保信息数据的完整性,当时钟SCLK从低到高变化时,SI电平必须保持不变。

在数据传送过程中,应遵照先入先出的原则,即输入输出字的传送应以最高位(MSB)在先的原则。数据传输的时序图如图2所示。

3.2 保持电路

具有多种保护电路是MC33298的另一个重要特点,它能使芯片和有关系统免遭损失,以进一步提高它的适应能力。MC33298具有过压、欠压、过热、过汉、短路、负载开路等保持功能,现对其中的负载开路保护电路作些分析。

当相应输出被禁止时MC33298能够检测或显示出“输出断路,负载开路”故障。它是通过芯片仙MOSFET的漏极电压与内部产生的基准电压相比较来进行检测的,每个输出均有一个用于检测的专用比较器

当输出电压小于(0.6V~0.8V)VDD的输出门限电压Vthres时,芯片限可检测出输出断开或负载开路故障。由于MC33298的输出可作为开关使用,所以在正常工作时,每个MOSFET输出均应完全导通或截止。

由于MOSFET的漏-源导通电压VDS小于门限电压,而MOSFET漏-源截止电压大于门限电压。因此,在电路设计时,门限电压应选择在MOSFET的导通电压和截止电压之间。

4 应用电路

由于MC33298具有多种独特的性能,所以在各种领域中得到广泛的应用,以下介绍几种典型的应用电路。

4.1 汽车电子驱动电路

由MC33298组成的汽车电子驱动电路如图3所示,从图中可以看出,该电路是与单片机总线直接相连的,是最简单的接口电路。另外,驱动负载可以是同一性质也可以是不同性质。电路中需要三级电源来供电,分别是数字电源VDD、芯片电源VPWR和Vbat。

4.2 SPI与单片机的接口电路

MC33298与单片机的接口电路如图4所示,这是在汽车驱动器中常见的接口电路,图中,单片机的控制线与MC33298的相应线直接相连。在使用中,MC33298作为单片机的扩展器和缓冲器使用,并具有故障管理和故障报警功能。它在2.0MHz的串行时钟频率下可进行各种控制和诊断故障,从而保证芯片和系统的正常运行。

多路驱动和输出外扩的原理电路如图5所示。这是一种利用一块单片机控制多个驱动器的接口电路,图中的多个芯片被连成进行键形式,从而形式了一个大系统,该系统可控制32路负载。

SPI也可并行输入,此时可利用单片机的并行口进行片选,具体电路如图6所示,采用该电路能控制24的路负载。

在实际应用中,也可以使用主从单片机进行通信,以控制多个芯片,其实际电路如图7所示。在这个系统中的任何时间里,主单片机只能有一个,而从单片机可以有一个或多个。需要说明的是:只有当主单片机不通信时,从单片机才能进行能信。

关键字:单片机

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