圖-1  汽車點火線圈測試臺的原理框圖
由上述可知，點火線圈測試系統(tǒng)實質就是一個數(shù)據(jù)采集與處理的問題。因此數(shù)據(jù)采集卡的設計就自然成為本系統(tǒng)中最主要的問題。下面分別介紹個部分的實現(xiàn)。
3.硬件實現(xiàn)
3.1 數(shù)據(jù)采集卡
分析點火線圈的次級電壓信號可知，信號的最高有效頻寬是5MHz，根據(jù)采樣定理知，系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來測試，才能滿足測試要求?！?】圖-2是本系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集部分的結構框圖。
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圖-2    數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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，具有改進型的8位HPI接口，有16Kxl6Bit DARAM，以及4Kx16Bit ROM 存儲空問，具有較高的性價比。由TMS320C5402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(shù)據(jù)采集要求高速度，高精度，以滿足高檔次，大批量生產的要求。同時為擴大此采集系統(tǒng)的應用領域，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(shù)轉換器，其最高轉換速率為100MHz。輸入信號模擬帶寬可達500MHz，采樣時鐘為PECL差分電平輸入，轉換數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)輸出。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)， 所以高速緩存是系統(tǒng)中的一個關鍵環(huán)節(jié)。高速緩存是系統(tǒng)中的一個關鍵環(huán)節(jié)，根據(jù)系統(tǒng)的要求可選用CY7C4255。CY7C4255是高速、低功耗8k*18低壓同步先進先出（FIFO）存儲器，讀寫周期為10ns，具有獨立的18位輸入、輸出接口和讀、寫時鐘信號，可以實現(xiàn)同步讀寫操作。A/D轉換后的數(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DSP處理任務較重時，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暫停當前工作，進入中斷服務程序，處理FIFO中的數(shù)據(jù)。通過FIFO將采樣數(shù)據(jù)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大大簡化。[!--empirenews.page--]
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。接口芯片和TMS320VC5402的連接較簡單，在此從略。
采樣系統(tǒng)的軟件設計主要包括DSP中對數(shù)據(jù)的讀取和處理以及采集卡的設備驅動程序開發(fā)兩部分。本文主要在CCS平臺上采用匯編語言實現(xiàn)DSP的編程。PCI設備驅動程序開發(fā)則采用微軟公司為Windows9x 操作系統(tǒng)的驅動程序設計的一種構架——VxD。
3.2 程控電壓源和程控信號源
根據(jù)各種不同型號線圈的測試條件要求，程控電壓源必須可產生3－25V 連續(xù)可調的直流電壓。程控信號源可產生連續(xù)可調的霍爾波信號，頻率為0.5－250Hz（最小步進1HZ），幅值為0－10V，占空比為1％－99％（最小步進1％）。
程控電壓源的設計采取工業(yè)成品加控制板的方式來實現(xiàn)，具體來說就是買一個符合要求的可以方便地進行二次開發(fā)（控制）的電壓源，然后根據(jù)電壓源的說明書，制作控制板。市面上這種電壓源很多，控制板的制作也較簡單，在此不加贅述。
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圖－3 程控信號源系統(tǒng)框圖
從上述所給指標可以看出，該程控信號發(fā)生器頻率變化范圍寬，對穩(wěn)定度和精度的要求都很高一而且有一定自動化的要求。這些都是模擬電路難以達到的，所以我們采用了單片機控制的全數(shù)字電路，系統(tǒng)框圖見圖－3。
要產生脈沖波形有很多方法，但關鍵是如何使占空比可變。在此，采用軟件控制單片機的一位輸出口，定時對它置位和清零的方法來實現(xiàn)，這樣就可以方便地調整占空比，同時頻率也是可變的。經(jīng)過計算可以發(fā)現(xiàn)，當頻率為250Hz，占空比為1％ 時，信號保持高電平的時間為40µS，因此MCS-51單片機的速度能達到要求?！?】
3.3 IO控制板和測量控制電路
在介紹系統(tǒng)組成的時候以及說明了測量控制電路的作用和組成。下面簡要介紹一下IO板的設計與實現(xiàn)。此處的IO板僅僅由一個簡單的并行接口芯片8255A組成，并直接將此板接插在工控機的ISA擴展槽上（如果工控機上沒有ISA插槽，也可以直接接PCI插槽）。上位機軟件對IO板的操作僅僅是寫一些控制字，就可以讓IO板的輸出發(fā)生相應的變化，從而驅動相應的測量控制電路中的繼電器進行相應的動作。我們知道，在Windows 9x的操作系統(tǒng)中，應用軟件可以直接對接口電路中的寄存器進行訪問而不需要驅動程序。所以，如果本系統(tǒng)中的上位機采用Windows 98 做為操作系統(tǒng)，就不需要為IO板編寫驅動程序了。這正是筆者在此測試系統(tǒng)的工控機中使用Windows 98 SE作為操作系統(tǒng)的主要原因之一。
4.系統(tǒng)軟件設計
系統(tǒng)軟件包括上位機軟件和下位機軟件，下位機軟件的設計在介紹各個部分的硬件實現(xiàn)的時候已經(jīng)有所述及，在此不在贅述。
上位機程序設計可分為四大部分：測試界面的設計、用于存儲測量結果以及測試參數(shù)設置的數(shù)據(jù)庫的設計、上位機與下位機之間串口通信程序的設計、測量算法的設計。
上位機軟件采用Visual Basic 6.0來實現(xiàn)。Visual Basic 6.0是Windows環(huán)境下簡單、易學、高效的可視化編程語言開發(fā)系統(tǒng)。VB6.0既可使用DLL來實現(xiàn)IO端口的輸入輸出功能，又可通過Mscomm控件或API函數(shù)實現(xiàn)串口通信，能方便地實現(xiàn)圖像顯示和數(shù)據(jù)存儲，還能夠充分發(fā)揮VB數(shù)據(jù)庫功能以及生成用戶界面快等優(yōu)點。因此采用VB6.0來實現(xiàn)本系統(tǒng)恰到好處。在這里介紹在VB6.0下如何訪問插在工控機I/O插槽中的IO板的端口。
由于VB不能直接對寄存器進行操作,沒有直接的輸入輸出端口操作語句,而VC++同時具有匯編語言和高級語言的功能與特點,如果利用VC++編制一個動態(tài)鏈接庫,庫中包含對輸入輸出端口的讀/寫函數(shù),然后在VB程序中,通過聲明DLL中的函數(shù)并提供DLL路徑來調用這些函數(shù)完成控制行為，那么在VB中就可以很方便的實現(xiàn)對IO口的操作。
5.結束語
本文所介紹的汽車發(fā)動機點火線圈測試系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，實際應用于武漢理工大學汽車電子電氣研究所為廣州飛達電器公司和北京同享同悅汽車電子有限公司研制的點火線圈測試臺上，取得了很好的效果。
本文作者創(chuàng)新點：本文中所論述的點火線圈測試系統(tǒng)能測量國家標準中規(guī)定的所有點火線圈的參數(shù)，達到替代進口設備，填補國內空白的目的，并且汽車發(fā)動機點火線圈測試的準確性、精確度方面都達到了較高要求，完善提高了國內現(xiàn)有設備的性能.