用DSP實(shí)現新型無(wú)分電器點(diǎn)火裝置

　　系統采用了集成點(diǎn)火組件。點(diǎn)火組件用于完成閉合角控制、恒電流控制、過(guò)電壓保護、停車(chē)斷電保護等功能，并能通過(guò)缸序判別信號IGda、IGdb把點(diǎn)水信號Igt關(guān)入相應的點(diǎn)火驅動(dòng)電路，產(chǎn)生點(diǎn)火確認信號IGf。
　　1.1 主CPU單元
　　系統主CPU采用DSP TMS320F240。它具有以下特點(diǎn)：32位中央算術(shù)邏輯單元CALU；16位×16位并行硬件乘法器；內置544字×16位雙端口數據/程序RAM， 16K字×16位FLASH E2PROM；軟件等待發(fā)生器的外部存儲器接口模塊，支持硬件等待狀態(tài)；雙10位高速A/D轉換器；28個(gè)獨立可編程的多路復用I/O引腳；基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘模塊；帶實(shí)時(shí)中斷的看門(mén)狗定時(shí)器模塊；串行通訊接口；4級管道操作；8級硬件堆棧；6個(gè)外部中斷；靜態(tài)CMOS技術(shù)；4種低電源模式；最高頻率為 40MHz；多數指令周期為單周期；完成一次點(diǎn)火提前角的計算時(shí)間限于1ms，比通用微處理機快10～100倍，大大地提高了點(diǎn)火系統的實(shí)時(shí)性。
　　主CPU 單元主要完成兩大任務(wù)：一是確定當前工況下的最佳點(diǎn)火提前角，產(chǎn)生點(diǎn)火控制信號IGt和汽缸判定信號IGda與IGdb；二是通過(guò)RS-232接口與PC 機進(jìn)行串行通信，主CPU可把采集的各種傳感器的信號、發(fā)動(dòng)機轉速信號、故障代碼等送到PC機中進(jìn)行仿真與分析；PC機也可以把二進(jìn)制程序代碼及一些重要數據（如不同工況下的修正值等）送到主CPU的FLASH E2PROM單元。
　　TMS320F240擴展了四片CY7C169-25和一片8253，并采用74F148擴展外部中斷源輸入端。
　　1.2 監測和點(diǎn)火備用模塊
　　監測和點(diǎn)火備用模塊所使用的CPU是8751。該模塊通過(guò)對各傳感器信號、IGf信號等進(jìn)行分析、診斷，對主CPU單元實(shí)施監測。當主CPU單元出現故障時(shí)，監測和點(diǎn)火備用模塊立即接過(guò)點(diǎn)火控制權，并放棄監測工作。
　　8751單元擴展了2732、6264和8253各一片。采用一片AD574A和CD4051進(jìn)行A/D轉換，并用74LS148擴展了8個(gè)外部中斷源輸入端。
　　1.3 DSP數字控制器與PC機的串行通訊
　　TMS320F240 SCI模塊支持CPU與使用標準NRZ格式的其它異步外設之間進(jìn)行數字通信。SCI接收器和發(fā)送器是雙緩沖的，具有獨立的使能和中斷時(shí)。SCI對接收的數據進(jìn)行間斷、奇偶性、超時(shí)、幀出錯等檢測。系統采用了RS-232異步串行通訊標準總線(xiàn)。
　　1.4 系統接口資源的分配
　　TMS320F240 DSP數字控制器與8751單片機提供的I/O接口與中斷輸入接口是有限的，為避免資源沖突，將外部的輸入信號按表1進(jìn)行優(yōu)化分配。
　　表1 外部輸入信號優(yōu)化分配

　　2 系統軟件
　　2.1 點(diǎn)火提前角
　　點(diǎn)火提前角對發(fā)動(dòng)機的工作性能影響較大，ECU按下式計算點(diǎn)火提前角：
　　實(shí)際點(diǎn)火提前角=初始點(diǎn)火提前角+基本點(diǎn)火提前角+修正點(diǎn)提前角
　　基本點(diǎn)火提前角數據以表格的形式存儲在DSP的FLASH E2PROM中。實(shí)際上，基本點(diǎn)火提前角數據遠不止256個(gè)。如果發(fā)動(dòng)機轉速與負荷不在基本點(diǎn)火提前角對應的點(diǎn)上，則采用多元線(xiàn)性回歸法進(jìn)行擬合:

　　式中，θ――基本點(diǎn)火提前角
　　n――發(fā)動(dòng)機轉速
　　l――發(fā)動(dòng)機負荷
　　將離線(xiàn)生成的線(xiàn)性回歸方程系數存儲在ECU中。ECU根據轉速和負荷信息，查閱基本點(diǎn)火提前角數據表，或查閱線(xiàn)性回歸方程系數表計算基本點(diǎn)火提前角，并根據影響點(diǎn)火提前角其它因素（冷卻水溫信號、空調開(kāi)關(guān)信號、怠速開(kāi)關(guān)信號等）進(jìn)行必要的修正后輸出點(diǎn)火控制信號IGt。
　　不同型號的發(fā)動(dòng)機，其點(diǎn)火提前角與線(xiàn)性回歸方程式系數不同。系統ECU與PC機的通信功能提供了隨時(shí)新這些數據的方便。
　　2.2 系統軟件模塊
　　軟件系統由主程序模塊、控制算法模塊、發(fā)動(dòng)機轉速測量及處理模塊、A/D轉換模塊、G1和G2信號中斷模塊、DSP數字控制器與微機的通訊模塊、DSP數字控制器在線(xiàn)程序更新模塊、系統監測模塊、備用點(diǎn)火模塊、FLASH EEROM擦除模塊等組成。
　　主程序模塊主要包括初始化程序、起動(dòng)程序、發(fā)動(dòng)機工況測量程序、處理程序、判別程序等。程序的初始化包括RAM區、各特殊功能寄存器、I/O、堆棧等的初始化。主程序模塊根據發(fā)動(dòng)機轉速、負荷等信號確定發(fā)動(dòng)機的運行工況，并由此轉入相應的處理程序當中。
　　發(fā)動(dòng)機轉速測量及處理模塊主要完成發(fā)動(dòng)機工況判定、查點(diǎn)火提前角數據表等；A/D轉換模塊處理冷卻水濕和負荷傳感器等模擬信號的轉換；控制算法模塊根據存儲的不同燃油標號的點(diǎn)火提前數據、多元線(xiàn)性回歸系統等表格，確定基本點(diǎn)火提前數據以及發(fā)動(dòng)機爆震控制等；G1和G2信號中斷子程序主要控制IGt、 IGda、IGdb信號的產(chǎn)生，檢測點(diǎn)火確認信號IGf；DSP數字控制器與微機的通訊模塊完成DSP數字控制器與單片機的信息交換；系統檢測、備用模塊主要完成對一些傳感器的檢測、ECU單元的監控、備用狀態(tài)下的點(diǎn)火控制；系統監測和備用點(diǎn)火模塊對G1、G2、Ne、IGf、負荷、水溫等信號進(jìn)行監控，當出現故障時(shí)，置標志位、報警。當主CPU出現故障時(shí)，除了報警之外，該模塊立即接過(guò)點(diǎn)火控制權。
　　系統的操作流程圖如圖2所示。

　　本點(diǎn)火系統的新穎之處在于ECU使用了兩個(gè)CPU，使其具有了自檢功能和備用功能。主CPU采用了被視為未來(lái)通用芯片的DSP，這類(lèi)芯片具有處理速度快、運算功能強、輸入輸出速度快、精度高、可靠性好等特點(diǎn)，適用于實(shí)時(shí)控制系統。該系統已在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上試運行，得到了良好的發(fā)動(dòng)機點(diǎn)火性能。