基于單片機和數字信號處理器的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火線(xiàn)圈測試系統

1.引言
隨著(zhù)汽車(chē)電子點(diǎn)火技術(shù)的廣泛應用，對電子點(diǎn)火系統各部件的要求也隨之提高。 點(diǎn)火線(xiàn)圈作為汽車(chē)電子點(diǎn)火系統的重要部件，其性能直接關(guān)系到汽車(chē)的工況，因此必須準確測試點(diǎn)火線(xiàn)圈各項參數，建立嚴格的產(chǎn)品出廠(chǎng)檢驗標準。據調查，我國汽車(chē)點(diǎn)火線(xiàn)圈系統的國產(chǎn)在線(xiàn)測試設備多以老式設備為主，智能檢測設備較少，而進(jìn)口設備價(jià)格昂貴，且其智能化程度不高。[1]因此研制出具有自動(dòng)化、智能化的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火線(xiàn)圈測試系統是科研人員努力的方向。本文著(zhù)重介紹了這種符合現代化生產(chǎn)要求的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火線(xiàn)圈測試臺的設計方法。
2.系統組成
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火線(xiàn)圈測試臺的原理框圖如圖1所示。汽車(chē)點(diǎn)火線(xiàn)圈測試臺系統的硬件主要由被測件（線(xiàn)圈、負載）、程控信號源、程控電壓源、I/O控制板、數據采集處理系統、工控機等組成。其中負載、程控信號源、程控電壓源用于模擬點(diǎn)火線(xiàn)圈的工況；其他部件由于測量以及控制。根據相關(guān)國家標準，點(diǎn)火線(xiàn)圈的各項參數必須在相應的條件下（不同的測試項目，此條件有可能不同）測得，并且不同信號的線(xiàn)圈的測試條件也不盡相同，所以此處給點(diǎn)火線(xiàn)圈提供工作條件的電壓源和信號源都是可以由上位機中的系統軟件通過(guò)串行通信接口來(lái)設定的。為了能夠測試多頭線(xiàn)圈（四頭、六頭等）的不同次級線(xiàn)包，信號源經(jīng)過(guò)測量控制電路送往被測件。測量控制電路由各種繼電器以及輸入輸出線(xiàn)路組成。繼電器根據IO控制板發(fā)出的控制命令進(jìn)行相應的動(dòng)作，以決定送出哪一路信號源以及將何種被測信號接入數據采集系統。IO控制板、和數據采集卡分別通過(guò)ISA和PCI總線(xiàn)直接與工控機相連。上位機軟件直接對IO端口進(jìn)行操作來(lái)實(shí)現對IO控制板的操作。數據采集與處理系統則通過(guò)驅動(dòng)程序與系統測試軟件進(jìn)行通信。測試人員只需要操作上位機的系統測試軟件就可以點(diǎn)火線(xiàn)圈的各種參數?！?】【3】

圖-1 汽車(chē)點(diǎn)火線(xiàn)圈測試臺的原理框圖
由上述可知，點(diǎn)火線(xiàn)圈測試系統實(shí)質(zhì)就是一個(gè)數據采集與處理的問(wèn)題。因此數據采集卡的設計就自然成為本系統中最主要的問(wèn)題。下面分別介紹個(gè)部分的實(shí)現。
3.硬件實(shí)現
3.1 數據采集卡
分析點(diǎn)火線(xiàn)圈的次級電壓信號可知，信號的最高有效頻寬是5MHz，根據采樣定理知，系統的最高采樣速率至少為10MHz，對如此高的采樣速率，必須要用高速數據采集系統來(lái)測試，才能滿(mǎn)足測試要求?！?】圖-2是本系統中數據采集部分的結構框圖。

圖-2 數據采集系統的結構框圖。
采集部分處理器采用TI公司的DSP芯片TMS320VC5402。它的處理速度可達到100Mbps，具有改進(jìn)型的8位HPI接口，有16Kxl6Bit DARAM，以及4Kx16Bit ROM 存儲空問(wèn)，具有較高的性?xún)r(jià)比。由TMS320C5402內部ROM 不可寫(xiě)，所以外掛一片27040EPROM 作為外部程序區來(lái)存儲程序。因為點(diǎn)火線(xiàn)圈數據采集要求高速度，高精度，以滿(mǎn)足高檔次，大批量生產(chǎn)的要求。同時(shí)為擴大此采集系統的應用領(lǐng)域，A/D轉換器采用美國AD公司的AD9432芯片。該芯片為12bit單路模數轉換器，其最高轉換速率為100MHz。輸入信號模擬帶寬可達500MHz，采樣時(shí)鐘為PECL差分電平輸入，轉換數據為1TTL電平輸出。片內帶有輸入緩存和采樣保持器，12位并行數據輸出。由于A(yíng)D9432要求差分輸入形式，因此對于輸入信號必須經(jīng)過(guò)信號調理電路變換為差分形式?！?】
由于系統需要高速采集數據， 所以高速緩存是系統中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節。高速緩存是系統中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，根據系統的要求可選用CY7C4255。CY7C4255是高速、低功耗8k*18低壓同步先進(jìn)先出（FIFO）存儲器，讀寫(xiě)周期為10ns，具有獨立的18位輸入、輸出接口和讀、寫(xiě)時(shí)鐘信號，可以實(shí)現同步讀寫(xiě)操作。A/D轉換后的數據連續地寫(xiě)入FIFO，DSP根據FIFO 的狀態(tài)來(lái)決定如何讀出數據。DSP讀數并處理此數的速度要比A/D轉換的速度高得多。DSP每次主動(dòng)讀FIFO數據時(shí)，執行的是一個(gè)條件讀指令，即FIFO不空時(shí)(EF=BIO為高)才讀，FIFO空則DSP等待。當DSP處理任務(wù)較重時(shí)，FIFO數據長(cháng)時(shí)間沒(méi)有被讀走，FIFO 半滿(mǎn)或全滿(mǎn)時(shí)，會(huì )向DSP發(fā)出一個(gè)中斷信號，DSP暫停當前工作，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，處理FIFO中的數據。通過(guò)FIFO將采樣數據向內存轉移，這樣不但獲得100MHz左右的高速采樣率，而且使采樣程序的編寫(xiě)大大簡(jiǎn)化。