前言
多年來，國內(nèi)汽車行業(yè)的測試設(shè)備大部分還比較落后，產(chǎn)品質(zhì)量始終難以得到有效提高。為了適應(yīng)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(chǎn)品質(zhì)量的措施。點火線圈是汽車產(chǎn)品中的關(guān)鍵部分，直接影響汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性。需要功能全、精度高、可靠性好的先進(jìn)測試設(shè)備，以保證良好的質(zhì)量。近年來, 隨著信息化的進(jìn)程和計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展,需要處理的數(shù)據(jù)越來越大,對實時性和精度的要求越來越高,低檔單片機(jī)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(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,從而推動了以DSP芯片為核心的點火線圈數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)研制。
1系統(tǒng)簡介
整個平臺以PC機(jī)作為上位機(jī)，測試點火線圈性能和各項參數(shù)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(shù)均由用戶輸入計算機(jī)，由計算機(jī)通過串口通信的方式發(fā)送給單片機(jī)。系統(tǒng)利用DSP從現(xiàn)場采集初級、次
級線圈的電壓和電流，采集卡通過PCI與PC機(jī)相連。本測試臺的功能強(qiáng)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(shù)，并且線圈帶不帶模塊都可以進(jìn)行測試。PC機(jī)通過操作同樣連在總線上的IO接口板來實現(xiàn)不同的邏輯組合以選擇測量參數(shù)。
2硬件設(shè)計
2.1數(shù)據(jù)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(zhǔn)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(yīng)該至少達(dá)到50ＭＨｚ,這就決定了要采用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采樣,才能精確地描述被采數(shù)據(jù)。
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(dá)到100Ｍｂｐｓ,具有改進(jìn)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(nèi)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(shù)據(jù)采集要求高速度，高精度，以滿足高檔次，大批量生產(chǎn)的要求。Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器采用美國ＡＤ公司的ＡＤ9432芯片。該芯片為12bit單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器,其最高轉(zhuǎn)換速率為105ＭＨｚ。輸入信號模擬帶寬可達(dá)500ＭＨｚ,采樣時鐘為ＰＥＣＬ差分電平輸入,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為TTL電平輸出。片內(nèi)帶有輸入緩存和采樣保持器，12位并行數(shù)據(jù)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(jīng)過信號調(diào)理電路變換為差分形式。
由于系統(tǒng)需要高速采集數(shù)據(jù)，所以采用FIFO[3]芯片CY7C425。FIFO相當(dāng)于移位寄存器，有一個數(shù)據(jù)入口和一個數(shù)據(jù)出口，與入口對應(yīng)的是寫信號，與出口對應(yīng)的是讀信號，另有清除信號和三個輸出標(biāo)志：空、全滿、半滿。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)連續(xù)地寫入FIFO，DSP根據(jù)FIFO的狀態(tài)來決定如何讀出數(shù)據(jù)。DSP讀數(shù)并處理此數(shù)的速度要比A/D轉(zhuǎn)換的速度高得多。DSP每次主動讀FIFO數(shù)據(jù)時，執(zhí)行的是一個條件讀指令，即FIFO不空時（EF=BIO為高）才讀，F(xiàn)IFO空則DSP等待。當(dāng)DSP處理任務(wù)較重時，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)長時間沒有被讀走，F(xiàn)IFO半滿或全滿時，會向DSP發(fā)出一個中斷信號，DSP暫停當(dāng)前工作，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，處理FIFO中的數(shù)據(jù)。
2.2電平轉(zhuǎn)換
TMS320VC5402低壓工作時，內(nèi)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(zhuǎn)換[2]。另外，DSP向FIFO發(fā)出的輸出信號是3.3V TTL電平，可以驅(qū)動5V TTL電平的FIFO輸入信號，可直接連接；DSP從FIFO讀來的數(shù)據(jù)及FIFO的狀態(tài)管腳，輸出是5V TTL的，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換,74LVC245來完成FIFO-DSP電平轉(zhuǎn)換。
2.3HPI接口設(shè)計：
C5402片內(nèi)有一個8位并行主機(jī)接口HPI，C5402通過它與主機(jī)通信，主機(jī)通過它可以讀寫C5402的16K字的片內(nèi)RAM的任何空間。其中，HPIA存放主機(jī)尋址的地址，HPID中存放讀 取或?qū)懭氲臄?shù)據(jù)。
PCI 接口芯片采用PLX 公司的PCI9052它是一款面向低端應(yīng)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(shè)置為8位局部總線。對于８位總線,LBE0對應(yīng)地址的第０位,LBE1對應(yīng)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(nèi)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(dāng)LＡ[2,3]等于11時,ＰＣＩ9052從ＨＰＩＡ所指向的
存儲區(qū)讀寫單個數(shù)據(jù)。當(dāng)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(shù)據(jù)。
3軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要包括DSP中對數(shù)據(jù)的讀取和處理、上位機(jī)控制軟件的設(shè)計、及采集卡的設(shè)備驅(qū)動開發(fā)。本文主要在CCS平臺上采用匯編語言實現(xiàn)DSP的編程。上位機(jī)的控制處理部分采用VB和VC的混合編程。PCI設(shè)備驅(qū)動開發(fā)則采用模型微軟公司為當(dāng)前主流操作系統(tǒng)Windows98和Windows 2000的驅(qū)動程序設(shè)計的一種構(gòu)架--WDM。
程序流程如下：
首先，當(dāng)DSP接受到PC機(jī)開始采集的命令后開始對系統(tǒng)初始化，采集過程開始。當(dāng)FIFO中采集滿我們需要的數(shù)據(jù)后向DSP發(fā)出中斷申請，DSP根據(jù)命令選擇是否對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。完成之后，將數(shù)據(jù)發(fā)往HPI 接口，上位機(jī)收到后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算各種參數(shù)，并將結(jié)果以圖形方式顯示出來，從而判斷器件質(zhì)量的好壞。
4總結(jié)
該文實現(xiàn)了點火線圈測試系統(tǒng)中對高速實時數(shù)據(jù)采集的要求，在Windows98環(huán)境下調(diào)試通過。現(xiàn)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(yīng)用價值。
參考文獻(xiàn):
1.蘇濤 DSP實用技術(shù) 西安 西安電子科技大學(xué) 2002.6
2.清源科技 TMS320C54X DSP硬件開發(fā)教程 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003.9
3.金明 FIFO芯片在高速系統(tǒng)中的應(yīng)用 電子技術(shù)應(yīng)用 1998（3）