基于cpld的汽车档位控制器的设计

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1、基于CPLD的汽车档位控制器的设计【摘要】本文在分析我国大型工程车辆变速箱档位控制器现状和CPLD在控制系统中的优越性的基础上，以EPM7064ST44为例，介绍了一种基于CPLD的档位控制器的软硬件设计方法，并指出了CPLD在实际应用中的一些注意事项。【关键词】档位控制器；CPLD；工程车辆；QuartusII【Abstract】BasedonanalyzingthecurrentofChineselargeengineeringvehiclegearboxandtheadvantageofCPLDincontrolsystem，taki

2、ngEPM7064ST44asanexample，introducesasoftwareandhardwaredesignmethodofShiftingControllerbasedonCPLD，andpointsoutCPLDsomemattersneedingattentioninapplication.【Keywords】Gearcontroller；CPLD；Engineeringvehicles；QuartusII0引言8大型工程车辆换档操作频繁，驾驶员劳动强度很大，这就要求其变速器应具有换档操作力小、操作简便、接合迅速等特点，

3、以降低司机的劳动强度，提高行驶安全系数，故操作简单、省力、换挡品质较高的电液控制变速器在国内大型工程车辆中得到广泛应用[1]。其电液控制系统主要有两种控制方式[2]：4个电磁阀控制系统和5个电磁阀控制系统。虽然后者在控制柔和性和安全性等方面都较前者有了较大提高，但由于仍采用继电器构成其逻辑控制系统，故存在以下缺点[3-4]：1）使用的继电器个数较多，接线复杂，且为手动接线、安装，因此进行功能改进时，工作量相当大；2）长期磨损和疲劳工作，容易损坏触点；3）触点容易产生电弧，产生误操作，引起严重的后果；4）与其他控制系统相比继电器控制系统体积庞

4、大、笨重；5）工作中继电器控的线圈产生大量的热量及噪声，不仅消耗了大量电能也使局部电磁环境更加恶劣。因此针对我国重型车辆广泛使用电液变速箱的实际情况，参考国内外多种方案，对其换挡控制系统进行改进，以有效降低驾驶员的劳动强度、提高换挡效率和可靠性。本产品同时具有成本低、结构简单、易于维护、无污染等诸多优点。1设计要求与方案论证1.1设计要求8本设计主要是针对大型工程车辆的换挡系统进行的开发设计，此车型有四个前进挡、四个后退倒挡和一个空档位，由多个继电器组成逻辑控制系统，执行对其电磁阀的控制任务。这种控制方式反应缓慢、失误率高、结构复杂。所以本

5、设计要求去掉继电器，将电子芯片嵌入到控制系统中，使系统电路简单、反应灵敏、可靠性高，便于今后的功能升级。[5-6]1.2方案论证目前可供选择的解决方案主要有两种：单片机方案（MCU）和CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice，复杂可编程逻辑器件）方案。单片机具有体积小、便携性能好、功耗低、功能强大等优点[7]，而且有许多成功的开发经验可以借鉴，但却存在一些难以克服的问题：（1）由于MCU的通过内部的CPU逐条执行软件指令来完成各种运算和逻辑功能的，因此其工作效率和速度将大打折扣；[8]（2）MCU的另一致命弱点

6、是其必须经历一个复位过程才能正常工作，在复位时间内一旦不能满足复位电平的条件，系统就不能正常工作；（3）在强干扰或某种偶然因素下，任何MCU的PC都极有可能越出正常的程序流程而跑飞[9]。与MCU相比，CPLD的优势是多方面的和根本性的[10]：（1）编程方式简便、先进；8在+5V工作电平下可随时对正在工作的系统上的CPLD进行全部或部分地在系统编程。此外还可以进行红外编程、超声编程或无线编程。（2）高速CPLD的时钟延迟可达纳秒级，结合其并行工作方式，逻辑控制更加精确，动作更加灵敏，实时性更高，因此有有非常广阔的应用前景。（3）高可靠性除

7、了不存在MCU所特有的复位不可靠与PC可能跑飞等固有缺陷外，CPLD还几乎可将整个系统下载于同一芯片中，大大缩小了PCB体积，易于屏蔽和管理。（4）开发周期短由于CPLD具有开发工具通用性、设计语言标准化及设计过程几乎与所用的CPLD器件的硬件结构没有关系等特点，所以设计成功的各类逻辑功能块有很好的兼容性和可移植性，从而大大提高了设计效率。2产品设计2.1硬件设计8综合考虑以上诸多因素，我们认为在存储数据不大、逻辑运算较多的场合CPLD比MCU更有优势，所以本产品的控制部分采用CPLD。其主要控制过程为，当手柄处于不同的挡位位置时，挡位开关

8、量和整车其他控制信号输入到控制单元CPLD中，CPLD综合各路信号进行分析、判断，并根据变速箱的控制要求，输出相应的+24电压至变速箱操纵阀上的电磁阀，电磁阀组合控制相关的油路，