原標(biāo)題：基于多路開關(guān)檢測器件MC33993實現(xiàn)開關(guān)檢測電路的設(shè)計方案

基于多路開關(guān)檢測器件MC33993實現(xiàn)開關(guān)檢測電路的設(shè)計方案

一、引言

隨著汽車電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車內(nèi)部所用到的開關(guān)元件日益復(fù)雜而繁多?？煽繉崟r地對這些開關(guān)量進(jìn)行檢測已成為汽車電子硬件設(shè)計必須解決的問題。傳統(tǒng)的開關(guān)檢測接口電路設(shè)計多采用電阻、電容等分立元件與單片機(jī)直接相連，這樣往往存在整個開關(guān)系統(tǒng)可靠性得不到保證、開關(guān)觸點容易發(fā)生氧化導(dǎo)致使用壽命縮短等問題。針對上述問題，本文采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的多路開關(guān)檢測器件MC33993設(shè)計了一款車用多路開關(guān)檢測接口電路。

二、MC33993器件介紹

MC33993是一款可編程多路開關(guān)檢測接口器件，由美國飛思卡爾（Freescale）公司生產(chǎn)。它可檢測多達(dá)22路的開關(guān)量輸入信號，并將檢測到的開關(guān)狀態(tài)通過SPI（串行外圍接口）發(fā)送給單片機(jī)。此外，MC33993還具有22路模擬多路開關(guān)功能，用以讀取多路模擬輸入信號，模擬輸入信號經(jīng)緩沖器由模擬多路開關(guān)輸入以供微處理器讀取。除此之外，MC33993還可為傳感器提供電源，作為模擬傳感器的輸入、控制管理系統(tǒng)電源等。

2.1 MC33993的主要特性

• 與單片機(jī)的通信接口：采用3.3V/5V SPI接口協(xié)議。

• 開關(guān)輸入：8路可編程輸入SP0～SP7，開關(guān)可接電源正極，也可接地；14路接地輸入SG0～SG13，開關(guān)只能接地。

• 自動喚醒功能：開關(guān)狀態(tài)的變化可將其從睡眠狀態(tài)中隨時喚醒。

• 中斷：開關(guān)狀態(tài)變化引起中斷。

• 可編程濕性電流：16mA或20mA，濕性電流可以防止觸點氧化。

• 工作電壓范圍：5.5V～26V。

• 開關(guān)輸入電壓范圍：-14V～40V。

• 待機(jī)電流：器件主電源VPWR的典型待機(jī)電流為100μA，VDD電源的典型待機(jī)電流為20μA。

2.2 MC33993的引腳功能

MC33993采用32腳寬體SOIC封裝，各引腳的功能如下：

• 1腳（GND）：接地。

• 2腳（SI）：SPI控制數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)來自MCU。

• 3腳（SCLK）：SPI控制時鐘輸入。

• 4腳（CS）：SPI控制片選輸入，片選控制來自MCU。

• 5～8腳（SP0～SP3）：可編程開關(guān)輸入。

• 9～15腳（SG0～SG6）：開關(guān)接地輸入。

• 16腳（VPWR）：電池電源輸入。

• 17腳（WAKE）：喚醒輸出。

• 18～24腳（SG13～SG7）：可編程開關(guān)輸入。

• 25～28腳（SP4～SP7）：開關(guān)接地輸入。

• 29腳（INT）：輸入開關(guān)狀態(tài)變化中斷。

• 30腳（AMUX）：模擬多路開關(guān)輸出。

• 31腳（VDD）：3.3V/5V電源。

• 32腳（SO）：數(shù)據(jù)輸出。

三、主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用

在設(shè)計基于MC33993的多路開關(guān)檢測電路時，選擇合適的主控芯片（單片機(jī)）至關(guān)重要。本文選用的是Microchip公司的PIC18F2480單片機(jī)。

3.1 PIC18F2480單片機(jī)介紹

PIC18F2480是一款PIC18系列高性能MCU，采用先進(jìn)的RISC架構(gòu)，具有增強(qiáng)型內(nèi)核、32級堆棧和多種內(nèi)部和外部中斷源。內(nèi)部帶有CAN控制器，可以方便地實現(xiàn)CAN通訊。其主要特點包括：

• 高性能RISC CPU：指令周期短，執(zhí)行速度快。

• 大容量的程序存儲器：足夠存儲復(fù)雜的控制程序。

• 豐富的外設(shè)接口：包括SPI、I2C、USART等，方便與其他器件通信。

• 多種中斷源：支持外部中斷、定時器中斷等，提高系統(tǒng)的實時性。

• 低功耗設(shè)計：支持休眠模式，降低系統(tǒng)功耗。

3.2 PIC18F2480在設(shè)計中的作用

PIC18F2480作為主控芯片，在基于MC33993的多路開關(guān)檢測電路設(shè)計中起到了核心作用。其主要功能包括：

• 初始化MC33993：通過SPI接口對MC33993進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)定其工作方式。

• 讀取開關(guān)狀態(tài)：當(dāng)開關(guān)被按下或斷開時，MC33993的輸入口狀態(tài)發(fā)生變化，并產(chǎn)生中斷請求。PIC18F2480識別中斷并通過SPI接口讀取開關(guān)狀態(tài)的變化，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

• 控制其他外設(shè)：根據(jù)讀取到的開關(guān)狀態(tài)，控制其他外設(shè)的工作，如LED指示燈、繼電器等。

四、電路設(shè)計

4.1 電路連接

多路開關(guān)中，22路按鍵開關(guān)分別與MC33993的SP0～SP7和SG0～SG13共22個輸入引腳相連。其中，與SPn相連的開關(guān)閉合時接電源正端（通過編程實現(xiàn)），與SGn相連的開關(guān)閉合時接地。所有開關(guān)閉合時狀態(tài)為1，斷開時狀態(tài)為0。

PIC18F2480單片機(jī)通過SPI通信讀取MC33993的開關(guān)狀態(tài)量。MC33993的SO、SI、CS、SCLK和INT引腳分別與PIC18F2480的RC4/SDI、RC5/SDO、RC2/CCP1、RC3/SCK和RB1/NT1四個引腳相連。

4.2 工作原理

電路的工作原理如下：

1. 初始化：首先，PIC18F2480通過SPI接口對MC33993進(jìn)行初始化設(shè)置，設(shè)定MC33993的工作方式。

2. 開關(guān)檢測：當(dāng)開關(guān)被按下或斷開時，MC33993的輸入口狀態(tài)發(fā)生變化，使之從睡眠模式中被喚醒，并立刻向處理器PIC18F2480發(fā)送讀取開關(guān)狀態(tài)量的中斷請求。

3. 中斷處理：處理器PIC18F2480識別中斷，并通過SPI接口讀取開關(guān)狀態(tài)的變化，然后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

4.3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括初始化程序和讀取開關(guān)狀態(tài)的程序兩部分。

• 初始化程序：主要完成對MC33993內(nèi)部幾個相關(guān)寄存器的命令字的設(shè)置，例如復(fù)位寄存器、濕性電流控制寄存器、SPn設(shè)置寄存器等。

• 讀取開關(guān)狀態(tài)：在中斷服務(wù)子程序中實現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)狀態(tài)變化時，MC33993產(chǎn)生中斷。PIC18F2480進(jìn)入中斷服務(wù)程序，通過SPI接口讀取MC33993的開關(guān)狀態(tài)。

在軟件設(shè)計過程中，MC33993讀寫函數(shù)在初始化程序和開關(guān)狀態(tài)讀取程序中都會被調(diào)用，是整個開關(guān)檢測軟件設(shè)計的關(guān)鍵。

五、電路性能分析

基于MC33993的車用多路開關(guān)檢測接口電路具有以下優(yōu)點：

• 電路簡單：采用MC33993和PIC18F2480兩個主要器件，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

• 運(yùn)行良好：實驗證明，該電路工作性能良好，能夠準(zhǔn)確檢測開關(guān)狀態(tài)。

• 安全可靠：MC33993具有自動喚醒功能和中斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

• 低功耗：MC33993具有休眠模式，可以降低系統(tǒng)的功耗。

此外，MC33993的可編程濕性電流功能可以防止觸點氧化，延長開關(guān)的使用壽命。

六、結(jié)論

本文采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的多路開關(guān)檢測器件MC33993設(shè)計了一款車用多路開關(guān)檢測接口電路。該電路采用PIC18F2480單片機(jī)作為主控芯片，通過SPI接口與MC33993進(jìn)行通信，實現(xiàn)了對22路開關(guān)量的可靠實時檢測。實驗證明，該電路工作性能良好，安全可靠，且降低了系統(tǒng)的功耗，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價值。

在未來的研究中，可以進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計和軟件設(shè)計，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時，也可以探索將MC33993應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如工業(yè)控制、智能家居等，以拓展其應(yīng)用范圍。