便攜式發(fā)動(dòng)機測試設備的研究

　　FPGA設計與配置

　　現場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)器件選用基于SRAM的內部結構的FPGA芯片XC2S100E^[3]。設計過(guò)程中將XC2S100E工作于主動(dòng)串行模式。FPGA的程序存放在外部PROM XC18V01中，這些程序可以通過(guò)加電自動(dòng)加載到FPGA中或通過(guò)命令加載。在主動(dòng)串行模式下，系統加電時(shí)產(chǎn)生一個(gè)驅動(dòng)X(jué)C18V01的時(shí)鐘信號，通過(guò)這個(gè)時(shí)鐘脈沖，XC18V01中的數據通過(guò)XC2S100E送到FPGA。FPGA與配置芯片的連接關(guān)系如圖4所示?！　?/p>

 

　　轉速測量模塊的設計

　　采用嵌入式單片機和FPGA相結合對轉速測量模塊進(jìn)行設計，通過(guò)對轉速信號的采集、運算和分析實(shí)現對發(fā)動(dòng)機運行狀態(tài)的在線(xiàn)監測。某型發(fā)動(dòng)機四路轉速信號經(jīng)機載傳感器轉化為四路頻率信號，該頻率信號經(jīng)74LV04反向驅動(dòng)后，送入FPGA的I/O口采集計數，然后嵌入式單片機通過(guò)數據總線(xiàn)讀取FPGA的計數值，并通過(guò)軟件計算出最終的轉速值，電路如圖5所示，FPGA實(shí)現時(shí)間門(mén)限的開(kāi)通、關(guān)閉及計數，然后將計數值送入嵌入式軟件平臺，實(shí)時(shí)計算出發(fā)動(dòng)機的轉速值。20MHz晶振時(shí)鐘電路，為FPGA提供外部標準時(shí)鐘信號。LED1~4為狀態(tài)指示燈。根據指標要求，頻率的分辨率等于1Hz，因此程序中把對頻率的計數門(mén)限時(shí)間設為1秒，門(mén)限時(shí)間的設置以外部的參考晶振為基準，通過(guò)計數器實(shí)現?！　?/p>

 

　　溫度與壓力測量模塊的設計

　　溫度傳感器將溫度信號轉化為相應的電信號，經(jīng)專(zhuān)用適配器將其轉化為0到+5V的模擬量。16路模擬信號，經(jīng)多路開(kāi)關(guān)后，送入調整電路，再經(jīng)AD轉換器，轉換為數字量，最后利用FPGA采集處理后通過(guò)數據總線(xiàn)來(lái)讀取FPGA運算值，并通過(guò)軟件做較簡(jiǎn)單的計算得出最終的測量結果，測量的結果可以保存在SD卡存儲器中。

　　測量電路組成如圖6所示。由通道選擇電路，信號調整電路和AD轉換電路三部分組成。AD轉換后將采集到的數據量輸入到FPGA里。(1)通道選擇電路：采用1片16路多路開(kāi)關(guān)MAX396完成對多路模擬信號的輸入選擇，其地址位A0A1A2A3決定輸入信號對應的輸出通道號，EN使能端控制是否處于工作狀態(tài)。A0A1A2A3和EN均可通過(guò)FPGA編程來(lái)實(shí)現;(2)信號調整電路：采用美國ADI公司的運算放大器AD8605為核心進(jìn)行設計;(3)AD轉換電路：選用4通道、12位的模數轉換器件MAX1282，采樣頻率為400kHz?！　?/p>

 

　　為提高系統的穩定性和精度，設計中采用數字濾波方法，將輸入信號經(jīng)過(guò)低通濾波器處理，可有效地消除輸入信號中的高頻噪聲信號^[6]。

　　測試系統軟件設計

　　測試系統軟件設計包括Windows CE的移植、驅動(dòng)程序開(kāi)發(fā)和應用程序設計^[7]。

　　Windows CE系統移植

　　Windows CE操作系統從體系結構上具有分層結構和微內核結構的特點(diǎn)，可以被裁減和重新配置，具有很強的擴展性。開(kāi)發(fā)人員使用該系統提供的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(Platform Builder簡(jiǎn)稱(chēng)PB)可根據它的提示完成操作系統鏡像的定制、編譯與調試工作，并可在此環(huán)境中進(jìn)行應用軟件和驅動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)。