基于CPLD的汽油機點(diǎn)火參數測量?jì)x的研制

點(diǎn)火參數是影響汽油機性能的最重要因素之一。汽油機的點(diǎn)火參數主要有：點(diǎn)火提前角、點(diǎn)火能量、點(diǎn)火電壓和點(diǎn)電流。通過(guò)對這些參數的測量、研究與優(yōu)化，能提高發(fā)動(dòng)機的性能，降低油耗，減少有害氣體的排放量，改善環(huán)境空氣質(zhì)量等。就國內外目前的點(diǎn)火參數測量設備來(lái)說(shuō)，普遍存在著(zhù)體積龐大、價(jià)格昂貴、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，甚至有些是采用示波器來(lái)觀(guān)察，人機對話(huà)界面不夠友好。由于火花塞放電時(shí)間大約在200～500μs之間，點(diǎn)火電壓的上升時(shí)間卻只有幾到十幾μs，為了保證測量精度，采樣頻率要求在10MHz以上，這個(gè)速率就是目前最快的單片機也難以勝任。因此如何有效地實(shí)現超高速的數據采集便成了解決問(wèn)題的技術(shù)關(guān)鍵。同時(shí)，使高速的數據采集器與低速的控制電路實(shí)現可靠地信息交換是又一難題。本測量?jì)x采用CPLD作為高速采集器，用AT89C52作為控制器，巧妙地解決了這一問(wèn)題。

1 汽油機點(diǎn)火參數的測量原理和方法

汽油機點(diǎn)火參數測量電路的原理框圖如圖1的慰。觸發(fā)信號是磁電機位置傳感器(電磁感應線(xiàn)圈)發(fā)出的信號，點(diǎn)火信號是套在點(diǎn)火線(xiàn)上的傳感線(xiàn)圈的輸出信號，這兩個(gè)信號經(jīng)調理電路的整形，控制CPLD計數器的起停，根據計數值可計算出轉速和點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火線(xiàn)圈次級電壓、電流信號經(jīng)過(guò)分壓器、分流器以及功放等調整到高速A/D的輸入范圍。高速A/D對其進(jìn)行轉換，結果由CPLD鎖存，并通過(guò)CPLD存儲到高速靜態(tài)存儲器SRAM中。整個(gè)測量電路在CPU的控制下工作。上電后，CPU首先對CPLD進(jìn)行配置，待CPLD完成初始化后，整個(gè)電路就進(jìn)入工作狀態(tài)。電路的采樣頻率由時(shí)鐘合成芯片輸出，測量結果通過(guò)CPLD取得，經(jīng)CPU處理后在LCD上顯示出來(lái)。

1.1 高速數據采集電路的設計

高速數據采集電路由高速A/D轉換器AD9051、復雜可編程邏輯器件(CPLD)EPF10K10、高速靜態(tài)存儲器(SRAM)CY7C1021組成，如果2所示。AD9051將經(jīng)過(guò)調理的電壓、電流信號轉化成十位數字量輸出，ORv、ORi分別為電壓、電流幅值超過(guò)輸入范圍信號。當Fout有脈沖輸出時(shí)，AD9051進(jìn)行轉換，否則停止工作。在信號采集電路中，CPLD的作用：(1)在SMEN信號使能的情況下，SMST(點(diǎn)火信號)信號到來(lái)后，輸出Fout起動(dòng)A/D轉換器;(2)鎖存AD9051的輸出結果;(3)通過(guò)地址發(fā)生器輸出數據存儲地址，并產(chǎn)生寫(xiě)信號(WR)，將鎖存數據寫(xiě)入SRAM。