基于CPLD的汽油機(jī)點(diǎn)火參數(shù)測量儀的研制

點(diǎn)火參數(shù)是影響汽油機(jī)性能的最重要因素之一。汽油機(jī)的點(diǎn)火參數(shù)主要有：點(diǎn)火提前角、點(diǎn)火能量、點(diǎn)火電壓和點(diǎn)電流。通過對這些參數(shù)的測量、研究與優(yōu)化，能提高發(fā)動機(jī)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(nèi)外目前的點(diǎn)火參數(shù)測量設(shè)備來說，普遍存在著體積龐大、價格昂貴、抗干擾能力差等缺點(diǎn)，甚至有些是采用示波器來觀察，人機(jī)對話界面不夠友好。由于火花塞放電時間大約在200～500μs之間，點(diǎn)火電壓的上升時間卻只有幾到十幾μs，為了保證測量精度，采樣頻率要求在10MHz以上，這個速率就是目前最快的單片機(jī)也難以勝任。因此如何有效地實(shí)現(xiàn)超高速的數(shù)據(jù)采集便成了解決問題的技術(shù)關(guān)鍵。同時，使高速的數(shù)據(jù)采集器與低速的控制電路實(shí)現(xiàn)可靠地信息交換是又一難題。本測量儀采用CPLD作為高速采集器，用AT89C52作為控制器，巧妙地解決了這一問題。

1 汽油機(jī)點(diǎn)火參數(shù)的測量原理和方法

汽油機(jī)點(diǎn)火參數(shù)測量電路的原理框圖如圖1的慰。觸發(fā)信號是磁電機(jī)位置傳感器(電磁感應(yīng)線圈)發(fā)出的信號，點(diǎn)火信號是套在點(diǎn)火線上的傳感線圈的輸出信號，這兩個信號經(jīng)調(diào)理電路的整形，控制CPLD計數(shù)器的起停，根據(jù)計數(shù)值可計算出轉(zhuǎn)速和點(diǎn)火提前角。點(diǎn)火線圈次級電壓、電流信號經(jīng)過分壓器、分流器以及功放等調(diào)整到高速A/D的輸入范圍。高速A/D對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)果由CPLD鎖存，并通過CPLD存儲到高速靜態(tài)存儲器SRAM中。整個測量電路在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，整個電路就進(jìn)入工作狀態(tài)。電路的采樣頻率由時鐘合成芯片輸出，測量結(jié)果通過CPLD取得，經(jīng)CPU處理后在LCD上顯示出來。

1.1 高速數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計

高速數(shù)據(jù)采集電路由高速A/D轉(zhuǎn)換器AD9051、復(fù)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)過調(diào)理的電壓、電流信號轉(zhuǎn)化成十位數(shù)字量輸出，ORv、ORi分別為電壓、電流幅值超過輸入范圍信號。當(dāng)Fout有脈沖輸出時，AD9051進(jìn)行轉(zhuǎn)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)信號到來后，輸出Fout起動A/D轉(zhuǎn)換器;(2)鎖存AD9051的輸出結(jié)果;(3)通過地址發(fā)生器輸出數(shù)據(jù)存儲地址，并產(chǎn)生寫信號(WR)，將鎖存數(shù)據(jù)寫入SRAM。