基于CPLD的汽油機點火參數測量儀的研制

點火參數是影響汽油機性能的最重要因素之一。汽油機的點火參數主要有：點火提前角、點火能量、點火電壓和點電流。通過對這些參數的測量、研究與優化，能提高發動機的性能，降低油耗，減少有害氣體的排放量，改善環境空氣質量等。就國內外目前的點火參數測量設備來說，普遍存在著體積龐大、價格昂貴、抗干擾能力差等缺點，甚至有些是采用示波器來觀察，人機對話界面不夠友好。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也難以勝任。因此如何有效地實現超高速的數據采集便成了解決問題的技術關鍵。同時，使高速的數據采集器與低速的控制電路實現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 汽油機點火參數的測量原理和方法

汽油機點火參數測量電路的原理框圖如圖1的慰。觸發信號是磁電機位置傳感器(電磁感應線圈)發出的信號，點火信號是套在點火線上的傳感線圈的輸出信號，這兩個信號經調理電路的整形，控制CPLD計數器的起停，根據計數值可計算出轉速和點火提前角。點火線圈次級電壓、電流信號經過分壓器、分流器以及功放等調整到高速A/D的輸入范圍。高速A/D對其進行轉換，結果由CPLD鎖存，并通過CPLD存儲到高速靜態存儲器SRAM中。整個測量電路在CPU的控制下工作。上電后，CPU首先對CPLD進行配置，待CPLD完成初始化后，整個電路就進入工作狀態。電路的采樣頻率由時鐘合成芯片輸出，測量結果通過CPLD取得，經CPU處理后在LCD上顯示出來。

1.1 高速數據采集電路的設計

高速數據采集電路由高速A/D轉換器AD9051、復雜可編程邏輯器件(CPLD)EPF10K10、高速靜態存儲器(SRAM)CY7C1021組成，如果2所示。AD9051將經過調理的電壓、電流信號轉化成十位數字量輸出，ORv、ORi分別為電壓、電流幅值超過輸入范圍信號。當Fout有脈沖輸出時，AD9051進行轉換，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(點火信號)信號到來后，輸出Fout起動A/D轉換器;(2)鎖存AD9051的輸出結果;(3)通過地址發生器輸出數據存儲地址，并產生寫信號(WR)，將鎖存數據寫入SRAM。