基于CPLD的汽油机点火参数测量仪的研制

点火参数是影响汽油机性能的最重要因素之一。汽油机的点火参数主要有：点火提前角、点火能量、点火电压和点电流。通过对这些参数的测量、研究与优化，能提高发动机的性能，降低油耗，减少有害气体的排放量，改善环境空气质量等。就国内外目前的点火参数测量设备来说，普遍存在着体积庞大、价格昂贵、抗干扰能力差等缺点，甚至有些是采用示波器来观察，人机对话界面不够友好。由于火花塞放电时间大约在200～500μs之间，点火电压的上升时间却只有几到十几μs，为了保证测量精度，采样频率要求在10MHz以上，这个速率就是目前最快的单片机也难以胜任。因此如何有效地实现超高速的数据采集便成了解决问题的技术关键。同时，使高速的数据采集器与低速的控制电路实现可靠地信息交换是又一难题。本测量仪采用CPLD作为高速采集器，用AT89C52作为控制器，巧妙地解决了这一问题。

1 汽油机点火参数的测量原理和方法

汽油机点火参数测量电路的原理框图如图1的慰。触发信号是磁电机位置传感器(电磁感应线圈)发出的信号，点火信号是套在点火线上的传感线圈的输出信号，这两个信号经调理电路的整形，控制CPLD计数器的起停，根据计数值可计算出转速和点火提前角。点火线圈次级电压、电流信号经过分压器、分流器以及功放等调整到高速A/D的输入范围。高速A/D对其进行转换，结果由CPLD锁存，并通过CPLD存储到高速静态存储器SRAM中。整个测量电路在CPU的控制下工作。上电后，CPU首先对CPLD进行配置，待CPLD完成初始化后，整个电路就进入工作状态。电路的采样频率由时钟合成芯片输出，测量结果通过CPLD取得，经CPU处理后在LCD上显示出来。

1.1 高速数据采集电路的设计

高速数据采集电路由高速A/D转换器AD9051、复杂可编程逻辑器件(CPLD)EPF10K10、高速静态存储器(SRAM)CY7C1021组成，如果2所示。AD9051将经过调理的电压、电流信号转化成十位数字量输出，ORv、ORi分别为电压、电流幅值超过输入范围信号。当Fout有脉冲输出时，AD9051进行转换，否则停止工作。在信号采集电路中，CPLD的作用：(1)在SMEN信号使能的情况下，SMST(点火信号)信号到来后，输出Fout起动A/D转换器;(2)锁存AD9051的输出结果;(3)通过地址发生器输出数据存储地址，并产生写信号(WR)，将锁存数据写入SRAM。