Konzeptionserstellung
Die Konzeption des Bordcomputers verläuft auf mehreren Ebenen. Diese sind im
wesentlichen:
- die Auswahl des Prozessors nach seinem Aufgabengebiet
- die Festlegung der Peripherie
- die Auslegung der Platinen und ihrer Verbindungsmöglichkeiten
Die Auswahl des Prozessors Die Auswahl des Prozessors hängt vom angestrebten
Aufgabengebiet des Bordcomputers ab. Als Prozessorentypen sind für den
MC68376 der A-Masken-Typ und der G-Masken-Typ verfügbar. Beide sind in
puncto Energieverbrauch und Funktionsumfang auf den Automobilbereich
ausgerichtet. Dabei ist die A-Maske eher für allgemeine Aufgaben - wie eine
synchronisierte Pulsweitenmodulation und eine Quadrantendekodierung nach
Richtung und Position - ausgelegt. Die G-Maske enthält Features, die für
Elektromobil-Anwendungen von Vorteil sind - wie eine Schrittmotoransteuerung nach
Tabelle, eine Ansteuerung von H-Brücken für Elektromotor-Applikationen, eine
Quadrantendekodierung für schnelle Signale, eine bürstenlose Motorkommutation
sowie eine Hall-Sensor-Dekodierung.
Die Festlegung der Peripherie Die Festlegung der Peripherie läßt sich in zwei
Gruppen einordnen, in die Peripherie des Prozessors und in die Peripherie des
Bordcomputers. Die Peripherie des Prozessors umfaßt das BDM-Interface
(Background Debug Mode) den Arbeitsspeicher, den Flash, die Baugruppen für die
serielle Kommunikation und die Resetschaltung. Die Peripherie des Bordcomputers
beinhaltet die I/O-Baugruppen sowie die Bereitstellung aller benötigten
Betriebsspannungen.
Für die Inbetriebnahme und den Test - sowohl zunächst des Microcontrollers als auch
später des gesamten Bordcomputers - ist das BDM-Interface von größter Wichtigkeit
und wird mit einer Spannungsbegrenzung, Reihenwiderständen und einer 10poligen
Steckerleiste geplant.
Der RAM als Hauptspeicher sollte sowohl für größere Programme - z.B. in der
Programmiersprache ANSI-C - als auch für eine Datenerfassung groß genug dimensioniert
sein. Daher sind zwei Speicherbausteine mit jeweils 4 MBit Größe, 16 Bit Datenbreite
und 70 ns Zugriffszeit konzipiert.
Zum Booten des Bordcomputers und zum nichtflüchtigen Speichern von Daten ist
der Flash vorgesehen. Der Baustein hat eine Größe von 4 MBit und kann in system,
d.h. ohne eine zusätzliche Betriebsspannung im normalen Betrieb des Controllers
gelöscht und beschrieben werden.
Für die flexible Kommunikation des Microcontrollers sind zwei serielle
Kommunikationskanäle konzipiert. Dies ist zum einen die RS232-Schnittstelle und
zum anderen der CAN-Bus. Für beide Kanäle sind Bustreiber sowie für
den CAN-Bus Optokoppler zur optischen Trennung vom externen Kanal
geplant.
Zur Spannungsüberwachung und zum definierten Einschalten des Bordcomputers
wird ein Reset-Baustein eingesetzt. Zum manuellen Durchführen eines Reset wird er
zusätzlich mit einem Reset-Taster versehen.
Um diskrete Zustände erfassen und ausgeben zu können, ist für die gesamte
Breite des Datenbusses mit 16 Bit sowohl ein digitaler Eingang als auch ein digitaler
Ausgang vorgesehen. Der digitale Eingang wird mit RC-Gliedern und einer
Spannungsbegrenzung geschützt und über einen Bustreiber auf den Datenbus des
Bordcomputers synchronisiert. Die digitalen Ausgänge sollen mit Latches vom
Datenbus entkoppelt und über Leistungstreiber auch für größere Lasten geeignet
sein.
Die Analog-Digital-Umsetzung des Microcontrollers hat 16 Kanäle. Diese sollen
über eine Eingangsbaugruppe in voller Breite verfügbar sein. Ein analoger Eingang
wird daher mit 16 Kanälen und einer RC-Filterung ausgeführt.
Die Auslegung der Platinen
Der gesamte Bordcomputer wird auf zwei Platinen konzipiert. Dies ist zum einen das
Controllerboard und zum anderen als Trägerplatine das DC-Board. Das
Controllerboard soll unabhängig von der Trägerplatine einsetzbar sein und alle
Komponenten zum unmittelbaren Betrieb des Microcontrollers enthalten. Folgende
Komponenten werden in das Controllerboard integriert:
- BDM-Interface
- RAM
- Flash
- RS232-Schnittstelle
- CAN-Bus-Interface
- Reset-Schaltung
Das DC-Board als Trägerplatine beinhaltet die Baugruppen zur Ein- und Ausgabe sowie
die Bereitstellung aller benötigten Betriebsspannungen und enthält folgende
Module:
- digitaler Eingang
- digitaler Ausgang
- analoger Eingang
- analoger Ausgang
- Spannungsversorgung
Zur modularen Gestaltung des Bordcomputers wird für beide Platinen der BCC-Stecker
(Business Computer Card) eingesetzt, welcher eine Erweiterung um weitere
Baugruppen wie z.B ein Display ermöglicht. Der BCC-Standard legt die physikalische
Ausführung des Steckverbinders und dessen Belegung mit den einzelnen Bussen und
Steuersignalen fest. Er besteht aus zwei Stiftsockelleisten mit je 64 Kontakten
und überträgt 24 Adreßleitungen, 16 Datenbusleitungen, 16 TPU-Kanäle,
7 Interruptleitungen sowie diverse Steuersignale.
Ein weiterer Steckverbinder überträgt die Ein- und Ausgangssignale vom
DC-Board zum Controllerboard - wie die 16 Kanäle der Analog-Digitalumsetzung
und 8 Kanäle des CTM (Configurable Timer Module) sowie die notwendigen
Steuersignale und Spezialspannungen.
Mit diesem modularen Aufbau ist es möglich, das Controllerboard unabhängig
vom DC-Board einzusetzen und weitere Komponenten nach dem BCC-Standard zu
verwenden.
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