一种微控制器MPC563功能测试装置的制作方法

本发明属于产品试验测试技术领域，尤其是涉及一种微控制器mpc563功能测试装置。

背景技术：

摩托罗拉powerpc架构的高性能32位嵌入式微处理器，已在汽车电子领域得到了广泛应用。由于该系列mcu具有高超的性能表现，被应用于宝马、visteon、mare等著名汽车公司的引擎控制系统中。32位微控制器模块电路以其强大的性能在汽车电子等领域得到了广泛的应用。

当前柴油机电控单元(ecu)主要由微控制器单元(mcu)、电源管理模块、传感器输入信号处理模块、输出驱动模块以及通讯模块等部分组成，利用内部储存的软件(各种函数、算法程序、数据、表格)与硬件(各种信号采集处理电路、微处理器单元、功率输出电路、通信电路)，处理从传感器输入的转速、温度、压力等信号，并以这些信号为基础，结合内部标定好的数据图谱(map)，计算出最佳值，从而制定出各种控制命令，并送到各种执行器从而实现对喷油量、喷油正时、喷油率以及喷油压力的控制，同时通过通讯模块与整车的管理控制系统传输有关信息，使柴油机一直处于最佳的运行状态。

为了提高柴油机电控单元的验证效率，减少开发成本，当前围绕32位嵌入式微控制器模块电路为核心的功能测试，需建立在采用高性能mpc563系统实物搭建了系统硬件平台环境下，通过具体外围配置，需求相关功能模块电路(主要输入模拟量信号为踏板、水温、油温、油压、进气温度等，以及输入数字量信号为转速信号)，完成相关的系统采集、通讯等功能的状态及精度测试，实现控制程序的前期功能验证。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种微控制器mpc563功能测试装置，以实现基于32位嵌入式微控制器系统的程序代码的功能验证，从而为柴油机电控系统产品开发提供了便利，提高设计效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种微控制器mpc563功能测试装置，包括微控制器模块电路和与其电信号连接的电源转换模块电路、输入数字量测试模块电路、输入模拟量测试模块电路、通讯测试模块电路和外部时钟模块电路，其中，所述微控制器模块电路包括微控制器mpc563及其外部扩展电路。

进一步的，所述电源转换模块电路采用tle6368电源转换芯片为微控制器模块电路供电。

进一步的，所述输入数字量测试模块电路与微控制器模块电路形成模拟量输入链路，包括拨码开关s1，所述拨码开关s1通过接地端和功能端来产生开关量输入信号。

进一步的，所述输入模拟量测试模块电路与微控制器模块电路形成模拟量输入链路，包括模拟量输入电位器w5和电阻r105，所述模拟量输入电位器w5的可调端通过电阻r105连接微控制器模块电路的管脚，来形成外部模拟量输入信号。

进一步的，所述通讯测试模块电路包括rs232通讯测试模块电路，所述rs232通讯测试模块电路采用max232芯片实现rs232电平与ttl电平之间的相互转换。

进一步的，所述通讯测试模块电路包括can通讯测试模块电路，所述can通讯测试模块电路包括双通道数字式隔离器adum1201和can驱动器，所述双通道数字式隔离器adum1201用来实现微控制器mpc563内的can控制器和can驱动器之间的电气隔离，所述can驱动器选用高速can通讯收发器tja1050。

进一步的，所述外部时钟模块电路采用ds1302作为实时时钟芯片，通过串行方式与微控制器模块电路进行数据传送。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明以mpc563为核心，进行必要的外部功能电路扩展，构成具有完备控制功能的嵌入式控制单元。通过外部配置模拟量、数字量、通讯、电源、时钟等功能模块电路，以系统控制算法和策略的功能验证为目的，达到相关参数的精确采集控制，从而实现电控系统控制功能程序的前期开发测试，缩短柴油机电控系统产品生产研制周期，并降低了研制成本费用。

(2)可完成同时对多路开关量及数字量的微控制器采集功能检测；可完成同时对多路模拟量的微控制器采集功能检测；可完成同时对两路rs232通讯方式的微控制器功能检测；可完成同时对两路can通讯方式的微控制器功能检测；可完成同时对外部时钟的微控制器定时功能检测。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为微控制器模块电路功能测试装置结构示意图；

图2为微控制器模块电路芯片内部结构示意图；

图3为微控制器模块电路功能测试装置电源模块电路原理图；

图4为微控制器模块电路功能测试装置输入数字量测试模块电路原理图；

图5为微控制器模块电路功能测试装置输入模拟量测试模块电路原理图；

图6为微控制器模块电路功能测试装置rs232通讯测试模块电路原理图；

图7为微控制器模块电路功能测试装置can通讯测试模块电路原理图；

图8为微控制器模块电路功能测试装置时钟模块电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明一种微控制器mpc563功能测试装置，如图1所示，包括微控制器模块电路和与其电信号连接的电源转换模块电路、输入数字量测试模块电路、输入模拟量测试模块电路、rs232/can通讯测试模块电路和外部时钟模块电路。

所述微控制器模块电路包括微控制器mpc563及其外部扩展电路，32位微控制器mpc563结构图如图2所示，其外部扩展电路例如复位电路属于该芯片的常规设置(芯片说明里有介绍)。其中mpc563集成了强大控制器spi与定时控制器tpu，与其内部的处理器内核cpu32可以实现并行处理。其片上拥有丰富的资源，有利于系统的开发、集成和抗干扰，是ecu实现控制的核心。mpc563主要包括以下功能模块：cpu32、flash、三个can控制模块(toucan)、两个定时处理单元(tpu3)，两个队列模数转化模块(qadc64e)、一个模块化输入输出系统(miosl4)、一个增强型串行信道复用模块(qsmcm)，内含一个队列串行外围接口(qspi)和两个串行控制器接口(sci/uart)，bdm调试接口。

⑴基于powerpc的处理器(cpu)

mpc500系列微控制器使用基于risc处理器的powerpc嵌入式处理器，powerpc集成了五个独立的执行单元：一个整数单元(iu)，一个装载/储存单元(lsu)，一个分支处理单元(cbpu)；一个浮点单元(fpu)，一个整数乘法分配器(肋)。大多数整数指令可以在一个时钟周期内执行完。

⑵flash

mpc563中flash队列有512k字节的非易失性储存器。它被分成8块大小为64k字节的队列块。uc3fflash模块队列被分成队列块，这就允许对这些队列块进行独立的擦除、地址属性限制以及对每一队列块保护以防止被编程和擦除。

⑶tpu3模块

tpu3是tpu(timeprocessorunit)的改进版本，它是智能化的半独立的微处理器，专门用于进行定时的控制。本系统中的2个tpu3(tpu_a、tpu_b)模块能执行简单以及复杂的定时任务，可进行高分辨率的定时控制，可以执行输入捕捉和输出比较这两种操作。发生输入捕捉或输出比较都叫一个事件，tpu3服务于这些事件，而不是通过主cpu中断来服务于这些事件的，即执行事件操作是不需要cpu干预的。每个定时事件的建立时间和服务时间都减到最小。

tpu3模块有16个通道，每个通道都能执行任何一种定时功能且与一个引脚相连，同一个时刻可以有多个通道执行同一种定时功能。每个通道都有一个事件寄存器，包含16位捕捉寄存器、16位比较/符合寄存器和16位大于等于比较器；每个通道可以与两个16位自由运行定时计数寄存器(tcri、tcr2)中的一个同步，定时计数器不能由cpu直接访问，而是通过tpu3微码(microcode)间接访问；每个通道至少有6个16位参数寄存器，通道14、15都有8个16位参数寄存器，参数寄存器都可以进行双周期快速访问，cpu和tpu3都能访问。硬件具有两个参数连贯(coherent)传输能力，多个参数的连贯传输可以作为tpu3微码执行。tpu3的模块通过软件编程可以实现以下功能：

①输出比较(oc)

该功能产生一个上升沿、下降沿或与以前相反的状态，有两种方式：一是输出比较oc按用户自己规定的可编程延时时间输出指定的跳边边沿，cpu也能强迫产生立即输出，从而产生具有可编程的延迟时间的脉冲；二是在收到某个通道的联络信号时，不需要cpu干扰，输出比较(oc)能按指定的周期参数(period)并由offset＝period。ratio式子，计算出offset，产生50％占空比的连续方波，高低电平时间分别上式子计算的offset。用于喷油器电磁阀和高压共油泵pcv的精确延时，来控制喷油和供油脉冲的起始和结束时刻。

②周期/脉冲宽度累加器(ppwa)

ppwa允许任何通道将输入信号的1～255周期或脉冲宽度累加起来，累加的和为24位，累加结束后可以通过向oc通道发出联络信号，产生与ppwa通道成比例的输出信号并且同步。ppwa可以对周期和脉冲宽度的测量，能将当前测量值与以前测量值相加产生一个中断，从而具有瞬时和平均频率的测量能力，可以测量瞬时脉冲宽度和平均脉冲宽度。在共轨柴油机系统中，可以利用此功能计算出曲轴的瞬时和平均转速。

③输入捕捉/输入跳变计数器(itc)

tpu3的任一通道都能对输入捕捉事件的次数进行计数，这些输入捕捉事件次数是由一个参数(max_count)规定的。对每个输入捕捉事件,tpu都将捕捉寄存器中的跳变时间保存到last_trans_time中，捕捉后，位于bank_address指定的地址中的一个字节加1，并作为通知另一个通道发生跳变的标志。当跳变事件的次数大于max_count值时，通道将最终的跳变时间储存到final_trans_time中，然后产生中断申请以通知cpu。可以根据channel_control指定tcr和跳变类型，当计数达到可编程跳变次数后，通道能向多达8个通道产生联络信号。itc可以对max_count中的跳变次数重复计数，也可以只进行一次计数，然后停止通道活动，直到重新初始化。此功能可以设置在曲轴的特定位置产生中断。可以用于喷油器电磁阀和高压共油泵pcv阀的整齿数量计算。

④具有缺少跳变检测的周期测量(pmm)

pmm可以进行专用23位周期测量，它主要是用于缺少齿的检测，缺少齿具有较长的时间间隔，也称之为缺少跳变。当目前检测的周期大于以前测量的周期(prriod·ratio)时，检测到缺少跳变。检测到缺少跳变后，则将该状态进行计数并与tcr2复位为#ffff之前检测到的跳变的次数比较，而位于通道参数指定地址的一个字节可以读出，并作为标志，该标志不为0表示监测到下一个缺少跳变，tcr2就复位为#ffff。在电控共轨系统中，pmm可以对曲轴信号的监测，tcr1用于对脉冲周期的计时，tcr2可以用于对脉冲的个数计数。

⑤相位同步脉冲发生器(psp)

执行psp功能的通道(多达15个)可以与一个执行pmm功能的输入基准通道一起工作，psp产生的输出脉冲或跳变可以以另一个通道的基准周期为基础。输入通道测量并储存触发齿轮齿间的周期，当柴油机到达特定位置时将tcr2复位，输出通道利用输入通道计算的周期在指定的角度输出跳变。psp功能有角度-角度模式和角度-时间模式的两种模式，其脉冲宽度分别由角度和时间决定。psp可以生成曲轴转角对应的脉冲，用于喷油输出控制，实现喷油正时的控制。

⑥脉冲宽度调制(pwm)

该输出功能能够产生一个脉冲宽度调制的波形，占空比在0％～100％内变化，cpu用一个参数表明脉冲周期，另一个参数表明高电平时间，在任意时刻改变其中一个参数或者改变两个参数，使输出的pwm波形立即发生变化，或在输出的下一次由低到高跳变时波形开始变化。用于分时电路中电磁阀的高位控制脉冲，维持电磁阀闭合时的电流。

⑷qadc64e模块

mpc563包含有两个qadc64e模块，qadc64e是一个10位的，逐次逼近式a/d转换器，由模拟和数字控制两部分组成。

⑸增强型串行信道复用模块(qsmcm)

mpc563包含一个增强型串行信道复用模块(qsmcm)，qsmcm提供了三个串行通讯接口：一个队列串行外围接口(qspi)和两个串行控制器接口(sci/uart)。

串行通信接口(sci)是mcu与外围设备或其他mcu进行异步通讯的接口。mpc563有两个相同的sci，称为scil和sci2。两个sci是相互独立的，有各自的寄存器和输入/输出引脚。两个独立的串行通讯接口通过一个异步串行总线与外部设备通讯。除了sci1为发送和接收操作提供16深度的队列能力外，这两个sci模块功能相同。

所述电源转换模块电路为微控制器模块电路供电，如图3所示，采用tle6368电源转换芯片，完成24v到+3.3v、+2.6v、+5v的dc-dc变换，将状态不稳定的外部供电电压调整为功能测试装置要求的稳定电压供装置内部使用。

所述输入数字量测试模块电路与微控制器模块电路形成模拟量输入链路，如图4所示，包括拨码开关s1，所述拨码开关s1通过接地端和功能端来产生开关量输入信号；用于采集来自模拟量及各组件开关等状态信号，经过调理进入功能测试装置，进行运算控制。

所述输入模拟量测试模块电路与微控制器模块电路形成模拟量输入链路，如图5所示，包括模拟量输入电位器w5、电阻r105和电容c46，所述模拟量输入电位器w5(10k)的可调端通过电阻r105连接微控制器模块电路的管脚，来形成外部模拟量输入信号；用于采集来自模拟量状态信号，经过调理进入功能测试装置，进行运算控制。

所述通讯测试模块电路包括rs232通讯测试模块电路和can通讯测试模块电路，为本发明装置与上位机对话显示系统进行信息交互的通信链路。

所述rs232通讯测试模块电路采用max232芯片实现rs232电平与ttl电平之间的相互转换，如图6所示，max232芯片由单一的+5v电源供电，外围配置5个高精度1uf/50v的钽电容完成电平转换，转换后串行信号txd、rxd直接与上位机串口连接。通讯时采用微控制器模块电路中增强型串行信道复用模块(qsmcm)中的串行控制器接口(sci)，通过max232芯片与上位机的串口连接。由于rs232信号的电平和微控制器模块电路串口信号的电平不一致，必须进行二者之间的电平转换，所以串行通讯驱动电路采用max232芯片实现rs232电平与ttl电平之间的相互转换。

所述can通讯测试模块电路用于实现can通讯驱动电路与通讯上位机连接，包括双通道数字式隔离器adum1201和can驱动器，所述双通道数字式隔离器adum1201用来实现微控制器模块电路内的can控制器和can驱动器之间的电气隔离，以达到更好的抗干扰性能。所述can驱动器选用高速can通讯收发器tja1050，作为控制器局域网can协议控制器和物理总线之间的接口，tja1050可以为总线提供不同的发送性能，为can控制器提供不同的接收性能。如图7所示，canh和canl为输出can总线高低电平。

所述外部时钟模块电路采用ds1302作为实时时钟芯片，如图8所示，通过串行方式与微控制器模块电路进行数据传送，能够向微控制器模块电路提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息。它拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚，在主电源关闭的情况，也能保持时钟的连续运行。另外，它还能提供31字节的用于高速数据暂存的ram。

本发明所述微控制器模块电路和与其电信号连接的电源转换模块电路、输入数字量测试模块电路、输入模拟量测试模块电路、rs232/can通讯测试模块电路和外部时钟模块电路均设置在一功能测试装置电路板上。处理从外部输入的模拟量、数字量等信号，并以这些信号为基础，结合嵌入式控制软件，通过通讯端口(rs232/can)检查控制功能的数据采集控制和精度。

本发明装置可完成基于摩托罗拉公司生产的专业用于汽车工业的嵌入式微控制器mpc563的控制功能测试，相对于过去控制功能的硬件产品化验证，本发明所述的测试装置具有以下优势：该功能测试装置以mpc563为核心，进行必要的外部功能电路扩展，构成具有完备控制功能的嵌入式控制单元。装置通过外部配置模拟量、数字量、通讯、电源、时钟等功能模块电路，以系统控制算法和策略的功能验证为目的，达到相关参数的精确采集控制，从而实现电控系统控制功能程序的前期开发测试，缩短柴油机电控系统产品生产研制周期，并降低了研制成本费用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。