基于TMS320VC5402的點(diǎn)火線(xiàn)圈測(cè)試系統(tǒng)

【摘  要】：本文主要介紹一個(gè)點(diǎn)火線(xiàn)圈數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以PC機(jī)作為上位機(jī)，利用DSP高速采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)HPI主機(jī)通訊接口利用PCI9052與上位機(jī)PCI總線(xiàn)進(jìn)行通訊，可以滿(mǎn)足大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理要求。
【關(guān)鍵詞】DSP   轉(zhuǎn)換速率  HPI接口
 
前言

    多年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的測(cè)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(chē)工業(yè)快速發(fā)展的需要，必須大力改善和提高測(cè)試汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量的措施。點(diǎn)火線(xiàn)圈是汽車(chē)產(chǎn)品中的關(guān)鍵部分，直接影響汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性。需要功能全、精度高、可靠性好的先進(jìn)測(cè)試設(shè)備，以保證良好的質(zhì)量。近年來(lái), 隨著信息化的進(jìn)程和計(jì)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(lái)越大,對(duì)實(shí)時(shí)性和精度的要求越來(lái)越高,低檔單片機(jī)已不能滿(mǎn)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(kāi)發(fā)工具也越來(lái)越多,越來(lái)越好,且價(jià)格大幅度下滑,DSP的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,從而推動(dòng)了以DSP芯片為核心的點(diǎn)火線(xiàn)圈數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)研制。

1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    整個(gè)平臺(tái)以PC機(jī)作為上位機(jī)，測(cè)試點(diǎn)火線(xiàn)圈性能和各項(xiàng)參數(shù)所必需的點(diǎn)火電壓源和控制點(diǎn)火時(shí)間的信號(hào)源均是程控。電壓源和信號(hào)源的參數(shù)均由用戶(hù)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)通過(guò)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(chǎng)采集初級(jí)、次級(jí)線(xiàn)圈的電壓和電流，采集卡通過(guò)PCI與PC機(jī)相連。本測(cè)試臺(tái)的功能強(qiáng)大，可以測(cè)試雙頭、四頭、六頭等多種類(lèi)型的汽車(chē)點(diǎn)火線(xiàn)圈的次級(jí)電壓、上升時(shí)間、積碳電壓、開(kāi)路電壓、火花電流等十多項(xiàng)參數(shù)，并且線(xiàn)圈帶不帶模塊都可以進(jìn)行測(cè)試。PC機(jī)通過(guò)操作同樣連在總線(xiàn)上的IO接口板來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的邏輯組合以選擇測(cè)量參數(shù)。

 
2硬件設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)采集
    點(diǎn)火線(xiàn)圈的次級(jí)電壓上升時(shí)間一般為20ｓ～40μｓ,幅值在30ｋＶ左右,為了能較準(zhǔn)確地采集次級(jí)電壓信號(hào)的波形及其他信號(hào)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(chǔ)空間,具有較高的性?xún)r(jià)比。 TMS320C5402由于其內(nèi)部ＲＯＭ不可寫(xiě)，所以外掛一片27040EPROM作為外部程序區(qū)來(lái)存儲(chǔ)程序。因?yàn)辄c(diǎn)火線(xiàn)圈數(shù)據(jù)采集要求高速度，高精度，以滿(mǎn)足高檔次，大批量生產(chǎn)的要求。Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器采用美國(guó)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(hào)模擬帶寬可達(dá)500ＭＨｚ,采樣時(shí)鐘為ＰＥＣＬ差分電平輸入,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)為T(mén)TL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(duì)于輸入信號(hào)必須經(jīng)過(guò)信號(hào)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(gè)數(shù)據(jù)入口和一個(gè)數(shù)據(jù)出口，與入口對(duì)應(yīng)的是寫(xiě)信號(hào)，與出口對(duì)應(yīng)的是讀信號(hào)，另有清除信號(hào)和三個(gè)輸出標(biāo)志：空、全滿(mǎn)、半滿(mǎn)。A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)連續(xù)地寫(xiě)入FIFO，DSP根據(jù)FIFO的狀態(tài)來(lái)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(dòng)讀FIFO數(shù)據(jù)時(shí)，執(zhí)行的是一個(gè)條件讀指令，即FIFO不空時(shí)（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(shí)，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有被讀走，F(xiàn)IFO半滿(mǎn)或全滿(mǎn)時(shí)，會(huì)向DSP發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，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(shí)，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(hào)是3.3V TTL電平，可以驅(qū)動(dòng)5V TTL電平的FIFO輸入信號(hào)，可直接連接；DSP從FIFO讀來(lái)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(lái)完成5V到3.3和1.8V的轉(zhuǎn)換,74LVC245來(lái)完成FIFO-DSP電平轉(zhuǎn)換。

2.3HPI接口設(shè)計(jì)：

    C5402片內(nèi)有一個(gè)8位并行主機(jī)接口HPI，C5402通過(guò)它與主機(jī)通信，主機(jī)通過(guò)它可以讀寫(xiě)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(xiàn)寬度可以通過(guò)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(gè)本地地址片選和 5 個(gè)本地地址空間。

    在本系統(tǒng)中，PCI9052的局部總線(xiàn)設(shè)置為8位局部總線(xiàn)。對(duì)于８位總線(xiàn),LBE0對(duì)應(yīng)地址的第０位,LBE1對(duì)應(yīng)地址的第１位, LBE0和HPI的HBIL連接起來(lái)，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(guò)內(nèi)存映射的方式訪(fǎng)問(wèn)ＨＰＩ寄存器。在ＰＣＩ總線(xiàn)地址有效期間,LＡ[2,3]決定訪(fǎng)問(wèn)哪個(gè)寄存器。ＰＣＩ9052訪(fǎng)問(wèn)ＨＰＩ時(shí),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(fǎng)問(wèn)單元地址;當(dāng)LＡ[2,3]等于11時(shí),ＰＣＩ9052從ＨＰＩＡ所指向的存儲(chǔ)區(qū)讀寫(xiě)單個(gè)數(shù)據(jù)。當(dāng)LＡ[2,3]等于01時(shí),ＰＣＩ9052以地址自增的方式從ＨＰＩＡ所指向的存儲(chǔ)區(qū)開(kāi)始的區(qū)域讀寫(xiě)一段數(shù)據(jù)。

3軟件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)軟件主要包括DSP中對(duì)數(shù)據(jù)的讀取和處理、上位機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)、及采集卡的設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。本文主要在CCS平臺(tái)上采用匯編語(yǔ)言實(shí)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(dòng)開(kāi)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(dòng)程序設(shè)計(jì)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(kāi)始采集的命令后開(kāi)始對(duì)系統(tǒng)初始化，采集過(guò)程開(kāi)始。當(dāng)FIFO中采集滿(mǎn)我們需要的數(shù)據(jù)后向DSP發(fā)出中斷申請(qǐng)，DSP根據(jù)命令選擇是否對(duì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算各種參數(shù)，并將結(jié)果以圖形方式顯示出來(lái)，從而判斷器件質(zhì)量的好壞。

4總結(jié)

    該文實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)火線(xiàn)圈測(cè)試系統(tǒng)中對(duì)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的要求，在Windows98環(huán)境下調(diào)試通過(guò)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

1.蘇濤 DSP實(shí)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(kāi)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）
作者簡(jiǎn)介：劉帆（1981—），男，碩士研究生，漢，主要從事汽車(chē)電子方面的研究
項(xiàng)目來(lái)源：企業(yè)委托