前言
多年來，國內汽車行業(yè)的測試設備大部分還比較落后，產品質量始終難以得到有效提高。為了適應汽車工業(yè)快速發(fā)展的需要，必須大力改善和提高測試汽車產品質量的措施。點火線圈是汽車產品中的關鍵部分，直接影響汽車的動力性、經濟性。需要功能全、精度高、可靠性好的先進測試設備，以保證良好的質量。近年來, 隨著信息化的進程和計算機科學與技術的迅速發(fā)展,需要處理的數據越來越大,對實時性和精度的要求越來越高,低檔單片機已不能滿足要求。而隨著各種集成化的單片DSP的性能得到不斷提高,軟件和開發(fā)工具也越來越多,越來越好,且價格大幅度下滑,DSP的應用領域越來越廣泛,從而推動了以DSP芯片為核心的點火線圈數據采集處理系統(tǒng)研制。
1系統(tǒng)簡介
整個平臺以PC機作為上位機，測試點火線圈性能和各項參數所必需的點火電壓源和控制點火時間的信號源均是程控。電壓源和信號源的參數均由用戶輸入計算機，由計算機通過串口通信的方式發(fā)送給單片機。系統(tǒng)利用DSP從現場采集初級、次
級線圈的電壓和電流，采集卡通過PCI與PC機相連。本測試臺的功能強大，可以測試雙頭、四頭、六頭等多種類型的汽車點火線圈的次級電壓、上升時間、積碳電壓、開路電壓、火花電流等十多項參數，并且線圈帶不帶模塊都可以進行測試。PC機通過操作同樣連在總線上的IO接口板來實現不同的邏輯組合以選擇測量參數。
2硬件設計
2.1數據采集
點火線圈的次級電壓上升時間一般為20ｓ～40μｓ,幅值在30ｋＶ左右,為了能較準確地采集次級電壓信號的波形及其他信號的波形,采樣頻率應該至少達到50ＭＨｚ,這就決定了要采用高速數據采集系統(tǒng)進行采樣,才能精確地描述被采數據。
采集部分的處理器采用TI公司的DSP芯片TMS320VC5402[1]。它的處理能力可達到100Ｍｂｐｓ,具有改進型的8位HPI接口,有16Ｋ×16Bit DARAM,以及4Ｋ×16Bit ROM存儲空間,具有較高的性價比。 TMS320C5402由于其內部ＲＯＭ不可寫，所以外掛一片27040EPROM作為外部程序區(qū)來存儲程序。因為點火線圈數據采集要求高速度，高精度，以滿足高檔次，大批量生產的要求。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105ＭＨｚ。輸入信號模擬帶寬可達500ＭＨｚ,采樣時鐘為ＰＥＣＬ差分電平輸入,轉換數據為TTL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，52引腳LQFP封裝。由于ＡＤ9432要求差分輸入形式,因此對于輸入信號必須經過信號調理電路變換為差分形式。
由于系統(tǒng)需要高速采集數據，所以采用FIFO[3]芯片CY7C425。FIFO相當于移位寄存器，有一個數據入口和一個數據出口，與入口對應的是寫信號，與出口對應的是讀信號，另有清除信號和三個輸出標志：空、全滿、半滿。A/D轉換后的數據連續(xù)地寫入FIFO，DSP根據FIFO的狀態(tài)來決定如何讀出數據。DSP讀數并處理此數的速度要比A/D轉換的速度高得多。DSP每次主動讀FIFO數據時，執(zhí)行的是一個條件讀指令，即FIFO不空時（EF=BIO為高）才讀，FIFO空則DSP等待。當DSP處理任務較重時，FIFO數據長時間沒有被讀走，FIFO半滿或全滿時，會向DSP發(fā)出一個中斷信號，DSP暫停當前工作，進入中斷服務程序，處理FIFO中的數據。
2.2電平轉換
TMS320VC5402低壓工作時，內核電壓為1.8V，I/O管腳電壓為3.3V。PC插槽只能提供5V電壓，因此，需要電平轉換[2]。另外，DSP向FIFO發(fā)出的輸出信號是3.3V TTL電平，可以驅動5V TTL電平的FIFO輸入信號，可直接連接；DSP從FIFO讀來的數據及FIFO的狀態(tài)管腳，輸出是5V TTL的，必須經電平轉換后才能送到DSP管腳，這里我們采用TPS767D318來完成5V到3.3和1.8V的轉換,74LVC245來完成FIFO-DSP電平轉換。
2.3HPI接口設計：
C5402片內有一個8位并行主機接口HPI，C5402通過它與主機通信，主機通過它可以讀寫C5402的16K字的片內RAM的任何空間。其中，HPIA存放主機尋址的地址，HPID中存放讀 取或寫入的數據。
PCI 接口芯片采用PLX 公司的PCI9052它是一款面向低端應用的高性能PCI 接口芯片。PCI9052 的本地總線寬度可以通過編程配置成 8位，16位和32 位，字節(jié)順序也可編程選擇。它提供了 4個本地地址片選和 5 個本地地址空間。
在本系統(tǒng)中，PCI9052的局部總線設置為8位局部總線。對于８位總線,LBE0對應地址的第０位,LBE1對應地址的第１位, LBE0和HPI的HBIL連接起來，用以區(qū)分第一字節(jié)和第二字節(jié)。LA2，3接HCNTL0，1，用以選擇HPI寄存器。PCI9052的LAD[0。。7]接TMS320C5402的HD[0。。7]。
PCI9052可以通過內存映射的方式訪問ＨＰＩ寄存器。在ＰＣＩ總線地址有效期間,LＡ[2,3]決定訪問哪個寄存器。ＰＣＩ9052訪問ＨＰＩ時,首先使LＡ[2,3]為00,初始化ＨＰＩＣ;然后使它為10,初始化ＨＰＩＡ,決定要訪問單元地址;當LＡ[2,3]等于11時,ＰＣＩ9052從ＨＰＩＡ所指向的
存儲區(qū)讀寫單個數據。當LＡ[2,3]等于01時,ＰＣＩ9052以地址自增的方式從ＨＰＩＡ所指向的存儲區(qū)開始的區(qū)域讀寫一段數據。
3軟件設計
系統(tǒng)軟件主要包括DSP中對數據的讀取和處理、上位機控制軟件的設計、及采集卡的設備驅動開發(fā)。本文主要在CCS平臺上采用匯編語言實現DSP的編程。上位機的控制處理部分采用VB和VC的混合編程。PCI設備驅動開發(fā)則采用模型微軟公司為當前主流操作系統(tǒng)Windows98和Windows 2000的驅動程序設計的一種構架--WDM。
程序流程如下：
首先，當DSP接受到PC機開始采集的命令后開始對系統(tǒng)初始化，采集過程開始。當FIFO中采集滿我們需要的數據后向DSP發(fā)出中斷申請，DSP根據命令選擇是否對數據進行預處理。完成之后，將數據發(fā)往HPI 接口，上位機收到后對數據進行分析，計算各種參數，并將結果以圖形方式顯示出來，從而判斷器件質量的好壞。
4總結
該文實現了點火線圈測試系統(tǒng)中對高速實時數據采集的要求，在Windows98環(huán)境下調試通過?，F場運行情況表明,系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,操作方便,具有很高的實際應用價值。
參考文獻:
1.蘇濤 DSP實用技術 西安 西安電子科技大學 2002.6
2.清源科技 TMS320C54X DSP硬件開發(fā)教程 北京 機械工業(yè)出版社 2003.9
3.金明 FIFO芯片在高速系統(tǒng)中的應用 電子技術應用 1998（3）