基于TMS320VC5402的点火线圈测试系统
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【关键词】DSP 转换速率 HPI接口
前言
多年来，国内汽车行业的测试设备大部分还比较落后，产品质量始终难以得到有效提高。为了适应汽车工业快速发展的需要，必须大力改善和提高测试汽车产品质量的措施。点火线圈是汽车产品中的关键部分，直接影响汽车的动力性、经济性。需要功能全、精度高、可靠性好的先进测试设备，以保证良好的质量。近年来, 随着信息化的进程和计算机科学与技术的迅速发展,需要处理的数据越来越大,对实时性和精度的要求越来越高,低档单片机已不能满足要求。而随着各种集成化的单片DSP的性能得到不断提高,软件和开发工具也越来越多,越来越好,且价格大幅度下滑,DSP的应用领域越来越广泛,从而推动了以DSP芯片为核心的点火线圈数据采集处理系统研制。
1系统简介
整个平台以PC机作为上位机，测试点火线圈性能和各项参数所必需的点火电压源和控制点火时间的信号源均是程控。电压源和信号源的参数均由用户输入计算机，由计算机通过串口通信的方式发送给单片机。系统利用DSP从现场采集初级、次级线圈的电压和电流，采集卡通过PCI与PC机相连。本测试台的功能强大，可以测试双头、四头、六头等多种类型的汽车点火线圈的次级电压、上升时间、积碳电压、开路电压、火花电流等十多项参数，并且线圈带不带模块都可以进行测试。PC机通过操作同样连在总线上的IO接口板来实现不同的逻辑组合以选择测量参数。
2硬件设计
2.1数据采集
点火线圈的次级电压上升时间一般为20ｓ～40μｓ,幅值在30ｋＶ左右,为了能较准确地采集次级电压信号的波形及其他信号的波形,采样频率应该至少达到50ＭＨｚ,这就决定了要采用高速数据采集系统进行采样,才能精确地描述被采数据。
采集部分的处理器采用TI公司的DSP芯片TMS320VC5402[1]。它的处理能力可达到100Ｍｂｐｓ,具有改进型的8位HPI接口,有16Ｋ×16Bit DARAM,以及4Ｋ×16Bit ROM存储空间,具有较高的性价比。 TMS320C5402由于其内部ＲＯＭ不可写，所以外挂一片27040EPROM作为外部程序区来存储程序。因为点火线圈数据采集要求高速度，高精度，以满足高档次，大批量生产的要求。Ａ/Ｄ转换器采用美国ＡＤ公司的ＡＤ9432芯片。该芯片为12bit单路模数转换器,其最高转换速率为105ＭＨｚ。输入信号模拟带宽可达500ＭＨｚ,采样时钟为ＰＥＣＬ差分电平输入,转换数据为TTL电平输出。片内带有输入缓存和采样保持器，12位并行数据输出，52引脚LQFP封装。由于ＡＤ9432要求差分输入形式,因此对于输入信号必须经过信号调理电路变换为差分形式。
由于系统需要高速采集数据，所以采用FIFO[3]芯片CY7C425。FIFO相当于移位寄存器，有一个数据入口和一个数据出口，与入口对应的是写信号，与出口对应的是读信号，另有清除信号和三个输出标志：空、全满、半满。A/D转换后的数据连续地写入FIFO，DSP根据FIFO的状态来决定如何读出数据。DSP读数并处理此数的速度要比A/D转换的速度高得多。DSP每次主动读FIFO数据时，执行的是一个条件读指令，即FIFO不空时（EF=BIO为高）才读，FIFO空则DSP等待。当DSP处理任务较重时，FIFO数据长时间没有被读走，FIFO半满或全满时，会向DSP发出一个中断信号，DSP暂停当前工作，进入中断服务程序，处理FIFO中的数据。
2.2电平转换
TMS320VC5402低压工作时，内核电压为1.8V，I/O管脚电压为3.3V。PC插槽只能提供5V电压，因此，需要电平转换[2]。另外，DSP向FIFO发出的输出信号是3.3V TTL电平，可以驱动5V TTL电平的FIFO输入信号，可直接连接；DSP从FIFO读来的数据及FIFO的状态管脚，输出是5V TTL的，必须经电平转换后才能送到DSP管脚，这里我们采用TPS767D318来完成5V到3.3和1.8V的转换,74LVC245来完成FIFO-DSP电平转换。
2.3HPI接口设计：
C5402片内有一个8位并行主机接口HPI，C5402通过它与主机通信，主机通过它可以读写C5402的16K字的片内RAM的任何空间。其中，HPIA存放主机寻址的地址，HPID中存放读取或写入的数据。
PCI 接口芯片采用PLX 公司的PCI9052它是一款面向低端应用的高性能PCI 接口芯片。PCI9052 的本地总线宽度可以通过编程配置成 8位，16位和32 位，字节顺序也可编程选择。它提供了 4个本地地址片选和 5 个本地地址空间。
在本系统中，PCI9052的局部总线设置为8位局部总线。对于８位总线,LBE0对应地址的第０位,LBE1对应地址的第１位, LBE0和HPI的HBIL连接起来，用以区分第一字节和第二字节。LA2，3接HCNTL0，1，用以选择HPI寄存器。PCI9052的LAD[0。。7]接TMS320C5402的HD[0。。7]。
PCI9052可以通过内存映射的方式访问ＨＰＩ寄存器。在ＰＣＩ总线地址有效期间,LＡ[2,3]决定访问哪个寄存器。ＰＣＩ9052访问ＨＰＩ时,首先使LＡ[2,3]为00,初始化ＨＰＩＣ;然后使它为10,初始化ＨＰＩＡ,决定要访问单元地址;当LＡ[2,3]等于11时,ＰＣＩ9052从ＨＰＩＡ所指向的存储区读写单个数据。当LＡ[2,3]等于01时,ＰＣＩ9052以地址自增的方式从ＨＰＩＡ所指向的存储区开始的区域读写一段数据。
3软件设计
系统软件主要包括DSP中对数据的读取和处理、上位机控制软件的设计、及采集卡的设备驱动开发。本文主要在CCS平台上采用汇编语言实现DSP的编程。上位机的控制处理部分采用VB和VC的混合编程。PCI设备驱动开发则采用模型微软公司为当前主流操作系统Windows98和Windows 2000的驱动程序设计的一种构架--WDM。
程序流程如下：
首先，当DSP接受到PC机开始采集的命令后开始对系统初始化，采集过程开始。当FIFO中采集满我们需要的数据后向DSP发出中断申请，DSP根据命令选择是否对数据进行预处理。完成之后，将数据发往HPI 接口，上位机收到后对数据进行分析，计算各种参数，并将结果以图形方式显示出来，从而判断器件质量的好坏。
4总结
该文实现了点火线圈测试系统中对高速实时数据采集的要求，在Windows98环境下调试通过。现场运行情况表明,系统工作稳定可靠,操作方便,具有很高的实际应用价值。
参考文献:
1.苏涛 DSP实用技术 西安 西安电子科技大学 2002.6
2.清源科技 TMS320C54X DSP硬件开发教程 北京 机械工业出版社 2003.9
3.金明 FIFO芯片在高速系统中的应用 电子技术应用 1998（3）
作者简介：刘帆（1981—），男，硕士研究生，汉，主要从事汽车电子方面的研究
项目来源：企业委托
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