基于DSP的無(wú)分電器點(diǎn)火裝置的設(shè)計(jì)方案

　隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和綠色環(huán)保的要求，人們對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)性能的求越來(lái)越高，不僅要求實(shí)時(shí)性強(qiáng)、點(diǎn)火正時(shí)特性好、抗干擾能力強(qiáng)，而且要求集成較高、減少故障點(diǎn)、具有自診斷和備用點(diǎn)火功能，同時(shí)還要求與PC機(jī)通訊并能進(jìn)行系統(tǒng)軟件升級(jí)、重要數(shù)據(jù)更新和在線(xiàn)系統(tǒng)仿真。下面介紹一種基于DSP的新型汽車(chē)無(wú)分電器點(diǎn)火裝置。
　　1系統(tǒng)構(gòu)成
　　系統(tǒng)中央處理單元ECU由一片DSP和一片通用單片機(jī)組成。DSP主要用于對(duì)信號(hào)的采集、處理，控制算法實(shí)現(xiàn)，與輔助單元和PC機(jī)進(jìn)行通訊；單片機(jī)主要用于系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和備用點(diǎn)火等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
　　
　　系統(tǒng)采用了集成點(diǎn)火組件。點(diǎn)火組件用于完成閉合角控制、恒電流控制、過(guò)電壓保護(hù)、停車(chē)斷電保護(hù)等功能，并能通過(guò)缸序判別信號(hào)IGda、IGdb把點(diǎn)水信號(hào)Igt關(guān)入相應(yīng)的點(diǎn)火驅(qū)動(dòng)電路，產(chǎn)生點(diǎn)火確認(rèn)信號(hào)IGf。
　　1.1主CPU單元
　　系統(tǒng)主CPU采用DSPTMS320F240。它具有以下特點(diǎn)：32位中央算術(shù)邏輯單元CALU；16位×16位并行硬件乘法器；內(nèi)置544字×16位雙端口數(shù)據(jù)/程序RAM，16K字×16位FLASHE2PROM；軟件等待發(fā)生器的外部存儲(chǔ)器接口模塊，支持硬件等待狀態(tài)；雙10位高速A/D轉(zhuǎn)換器；28個(gè)獨(dú)立可編程的多路復(fù)用I/O引腳；基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘模塊；帶實(shí)時(shí)中斷的看門(mén)狗定時(shí)器模塊；串行通訊接口；4級(jí)管道操作；8級(jí)硬件堆棧；6個(gè)外部中斷；靜態(tài)CMOS技術(shù)；4種低電源模式；最高頻率為40MHz；多數(shù)指令周期為單周期；完成一次點(diǎn)火提前角的計(jì)算時(shí)間限于1ms，比通用微處理機(jī)快10～100倍，大大地提高了點(diǎn)火系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
　　主CPU單元主要完成兩大任務(wù)：一是確定當(dāng)前工況下的最佳點(diǎn)火提前角，產(chǎn)生點(diǎn)火控制信號(hào)IGt和汽缸判定信號(hào)IGda與IGdb；二是通過(guò)RS-232接口與PC機(jī)進(jìn)行串行通信，主CPU可把采集的各種傳感器的信號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、故障代碼等送到PC機(jī)中進(jìn)行仿真與分析；PC機(jī)也可以把二進(jìn)制程序代碼及一些重要數(shù)據(jù)（如不同工況下的修正值等）送到主CPU的FLASHE2PROM單元。
　　TMS320F240擴(kuò)展了四片CY7C169-25和一片8253，并采用74F148擴(kuò)展外部中斷源輸入端。
　　1.2監(jiān)測(cè)和點(diǎn)火備用模塊
　　監(jiān)測(cè)和點(diǎn)火備用模塊所使用的CPU是8751。該模塊通過(guò)對(duì)各傳感器信號(hào)、IGf信號(hào)等進(jìn)行分析、診斷，對(duì)主CPU單元實(shí)施監(jiān)測(cè)。當(dāng)主CPU單元出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)測(cè)和點(diǎn)火備用模塊立即接過(guò)點(diǎn)火控制權(quán)，并放棄監(jiān)測(cè)工作。
　　8751單元擴(kuò)展了2732、6264和8253各一片。采用一片AD574A和CD4051進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并用74LS148擴(kuò)展了8個(gè)外部中斷源輸入端。
　　1.3DSP數(shù)字控制器與PC機(jī)的串行通訊
　　TMS320F240SCI模塊支持CPU與使用標(biāo)準(zhǔn)NRZ格式的其它異步外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)字通信。SCI接收器和發(fā)送器是雙緩沖的，具有獨(dú)立的使能和中斷時(shí)。SCI對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行間斷、奇偶性、超時(shí)、幀出錯(cuò)等檢測(cè)。系統(tǒng)采用了RS-232異步串行通訊標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)。
　　1.4系統(tǒng)接口資源的分配
　　TMS320F240DSP數(shù)字控制器與8751單片機(jī)提供的I/O接口與中斷輸入接口是有限的，為避免資源沖突，將外部的輸入信號(hào)按表1進(jìn)行優(yōu)化分配。
　　表1外部輸入信號(hào)優(yōu)化分配