CN204511745U - 基于arm的汽车pi点火系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于ARM的汽车PI点火系统，本实用新型涉及汽车点火及点火提前角时刻的校准。所采用ARM核心控制器代替传统单片机控制，上位机上修改数据完成ECU内部存储器的数据传输与控制。本实用新型完成了ECU点火控制系统的硬件电路设计。硬件电路设计包括三大部分，传感器前向通道电路设计，微处理器点火的控制策略设计，点火执行器后向通道电路设计等。介绍了汽车电控点火系统主要的数据采集传感器和外围电路的功能。分析了发动机多点顺序点火控制策略、最优点火提前角的爆震控制策略以及控制系统抗扰设计。后向通道设计了点火执行机构的系统框图和点火线圈驱动电路。

Description

基于ARM的汽车PI点火系统

技术领域：本方法涉及从一种基于ARM的汽车PI点火系统及点火方法，本设计涉及汽车发动机的热效率、改善燃油的经济性和降低有害气体排放。具体公开一种用32位ARM处理器代替传统单片机完成的ECU的PI点火控制功能。

背景技术：目前，国内大多数汽车企业仍处于电子技术的起步阶段。只有少数厂家，主要是在一些合资汽车上，开始研究和发展使用电子控制装置。由于ECU技术是各大汽车企业核心商业机密，一直处于黑匣子状态。我国生产的中高档轿车的发动机虽然基本上都采用了电控技术，但由于我国汽车工业早期实行技术引进策略，因此几乎没有电控发动机自主知识产权，均属于引进国外电控发动机生产线或电控系统。

ECU点火的控制，通常包括点火时刻控制、爆震控制和点火能量的控制三个方面。微处理器点火系统在增大点火能量的情况下，PI控制逼近最佳的点火提前角能有效提高发动机的热效率，改善燃油的经济性，同时降低有害尾气排放。因为发动机汽缸内的油气混合物燃烧需要一定的时间，所以在压缩冲程的油气混合物不应在上止点处点燃，点火时刻应适当提前，使得混合物在活塞运行到上止点时得到充分燃烧，从而使发动机达到更大功率。点火时刻一般用火花塞发出火花开始到活塞达到上止点位置这一段时间内曲轴转过的角度来表示，形象的称作点火提前角。当点火提前角过大，混合物的整个燃烧过程在压缩行程中完成，发动机汽缸内气体膨胀压力急剧升高，在当活塞达到上止点前即达到最大，使活塞受到高压气体反冲，活塞被推动做负功，导致发动机功率下降，转速不稳定，甚至产生爆震。当点火提前角过小，活塞达到上止点时才出现电火花，则混合物的燃烧主要在活塞做功行程中进行，因而气缸内最高燃烧压力降低，热能量做有效功的比例相对减小，导致功率下降。

实用新型内容：

实用新型目的：本实用新型提供一种基于ARM的汽车PI点火系统及点火方法，其目的是解决以往的方式所存在的弊端。

技术方案：本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：该系统包括微控制器、爆震电荷信号转换电路、爆震信号带通滤波电路、爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路、曲轴位置传感器外围电路、凸轮位置传感器电路和点火驱动电路；爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路、曲轴位置传感器外围电路、凸轮位置传感器电路及点火驱动电路均连接至微控制器；爆震电荷信号转换电路连接至爆震信号带通滤波电路，爆震信号带通滤波电路连接爆震传感器外围电路。

微控制器包括ADC电路、CLOCK电路、Timer电路、JTAG电路和DMA电路；

爆震电荷信号转换电路包括爆震微处理器AD521、第九电阻R9、第十电阻R10、上可调电阻RG和下电阻RS，爆震微处理器内设置有运算放大器，运算放大器的输出端接至爆震微处理器的第七脚，运算放大器的同相输出端接至爆震微处理器的第一脚，运算放大器的反向输入端爆震微处理器的第三脚，第九电阻R9接至爆震微处理器的第二脚和第十四脚，第十电阻R10爆震微处理器的第一脚和第三脚，上可调电阻RG的两固定端接至爆震微处理器的的第四脚和第六脚，上可调电阻RG的活动端接至爆震微处理器的第五脚，下电阻RS连接至爆震微处理器的第十脚和第十三脚。

爆震信号带通滤波电路包括滤波运算放大器、第四十二可调电阻R42、第四十三可调电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第四十二电容C42和第四十一电容C41；滤波运算放大器的同相输出端通过第四十一电容C41和四十一可调电阻R41连接至爆震电荷信号转换电路的爆震微处理器第七脚；第四十二电容C42串联第四十三可调电阻R43，第四十三可调电阻R43串联第四十四电阻R44，第四十四电阻R44接至滤波运算放大器的反向输入端，第四 十五电阻R45一方面接至第四十二可调电阻R42，另一方面接至滤波运算放大器的反向输入端；第四十二电容C42也接至第四十二可调电阻R42，第四十二可调电阻R42接至滤波运算放大器的同相输出端。

冷却水温传感器外围电路包括NTC热敏传感器、电容、电阻及两个运算放大器，第一个NTC热敏传感器接至第一个运算放大器的反向输入端，第二个NTC热敏传感器通过第一冷却电容接至第一个运算放大器的反向输入端，第一冷却电阻一方面接至第一冷却电容，另一方面接至第二冷却电阻，第二冷却电阻接至第一个运算放大器的同相输出端，第三冷却电阻一方面连接第二冷却电阻，另一方面接至第二个运算放大器的反向输入端，第二冷却电容一方面接至第一个运算放大器的同相输出端，另一方面通过第四冷却电阻接至第二个运算放大器的反向输入端，第一个运算放大器的输出端通过第四冷却电阻接至第二个运算放大器的反向输入端，第三冷却电容接至第一冷却电容和第二个运算放大器的反向输入端；第一个运算放大器的反向输入端通过第五冷却电阻接至第二个运算放大器的正极，第六冷却电阻一方面接至第二个运算放大器的同相输出端，另一方面连接第一冷却电容和第四冷却电容，第四冷却电容接至微控制器，第五冷却电容一方面连接至第二个运算放大器的同向输入端，另一方面通过第六冷却电阻接至微控制器，第七冷却电阻一方面接至第二个运算放大器的同向输入端，另一方面通过第六冷却电阻接至微控制器。

爆震传感器外围电路包括两个爆震运算放大器、第二二极管D2、第一电容C1、两组双向稳压管和第一稳压二极管D1；第一爆震运算放大器的同向输入端接至冷却水温传感器的第二个运算放大器的输出端；第一爆震运算放大器的反向输入端和输出端接至第二二极管D2，第二二极管D2接至第二爆震运算放大器的同向输入端，两组双向稳压管并联后与第一电容C1并联，然后接至第二爆震运算放大器的同向输入端，第二爆震运算放大器的反向输入端与输出端接至微控制器ADC的第十七脚U17，第一稳压二极管D1接至微控制器ADC的第十七脚U17。

曲轴位置传感器外围电路包括两个曲轴位置传感器、曲轴运算放大器、多个电阻、多个电容和双向触发二极管；第一曲轴位置传感器通过第一曲轴电阻接至曲轴运算放大器的反向输入端，第二曲轴位置传感器连接第二曲轴电阻和第三曲轴电阻，第二曲轴电阻与第一曲轴位置传感器共同连接至曲轴运算放大器的反向输入端，第三曲轴电阻接至曲轴运算放大器的同向输入端，双向触发二极管两端分别接至曲轴运算放大器的同向输入端和反向输入端，第四曲轴电阻一端接至曲轴运算放大器的反向输入端另一端通过第五曲轴电阻接至微控制器TIMER电路的第六脚J6，第一曲轴电容接至曲轴运算放大器的同向输入端、反向输入端和负极，第二曲轴电容接至曲轴运算放大器的同向输入端和负极，第六曲轴电阻接至曲轴运算放大器的同向输入端和负极，曲轴运算放大器的输出端接至微控制器TIMER电路的第六脚J6。

凸轮位置传感器电路包括凸轮轴位置传感器、电阻和光电耦合器，凸轮轴位置传感器通过第一凸轮电阻连接至光电耦合器，光电耦合器同第二凸轮电阻一起连接至微控制器TIMER电路的第五脚J5。

在微控制器clock路上还连接有石英晶体振荡器和电容，石英晶体振荡器连接至clock电路的第十四脚G14和第十五脚G15，两个电容分别连接至clock电路的第十四脚G14和第十五脚G15。

利用上述的基于ARM的汽车PI点火系统所实施的点火方法，其特征在于：

本方法采用多路分支调用各功能模块，ECU主程序多点顺序点火，点火模块爆震率反馈PI控制点火提前角等功能，电控系统根据传感器输出信号经过放大后的峰值电压V_p作为爆震的评价指标，ECU检测到的爆震电压V_p一般随发动机转速而改变，每个采样周期，当V_p大于爆震判断基准电压V_c时，控制单元判断汽油机发生爆震，ECU对爆震次数累积计数，当V_p小于爆震判断基准时，控制单元判断没有发生爆震，ECU对临近100次点火的爆震比率进行计算，将爆震率数字量输入CPU，将实际数据和ECU储存器标定的数据进行比较，判断爆震产生的强度，当爆震率大于理想爆燃率时，ECU点火程序根据误差e的大小PI调节 减小点火提前角，点火提前角控制在15℃A以内，当爆震率小于理想爆燃率时，ECU根据误差e的大小PI调节加大点火角度从10℃A逐渐逼近15℃A；

基本点火提前角有发动机转速和负载经过ECU计算确定，基本点火提前角跟转速和负载成非线性关系，引入比例积分环节控制修正量目的是为了提高控制速率，消除静态误差，提高控制精度，PI调节器是线性调节器，PI控制是将实测爆震率N_b作为输入量与理想爆燃率N_bo进行比较构成控制偏差e，并将其比例、积分通过线性组合构成控制量优化点火提前角，发动机提前角改变，使爆震率改变，就构成了反馈闭环控制，每个工作循环ECU根据爆震强度准确快速地控制发动机在临爆状态下，达到最佳点火提前角的控制；

爆震反馈PI控制点火提前角公式如(1)所示：

$\mathrm{\θ}=u_0+\mathrm{Kp}(N_b-N_{\mathrm{bo}})+\frac{1}{\mathrm{Ti}}{\∫}_{-\∞}^t\mathrm{edt}---\left(1\right)$

式中：θ为最佳点火提前角,单位为℃A；

u₀为基本点火提前角，由发动机的转速和负荷确定；

Kp为比例系数； 

N_b为实测到得爆震率；

N_bo为理想爆燃率；

Ti为积分时间常数；

e为实际爆震率与理想爆燃率的误差(e＝N_b-N_bo)；

主程序运行时调用若干功能模块，完成了C语言与汇编语言的调用，ECU软件设计对输出端口定义，便于功能的扩展和系统的更新。在ADS中编写程序，编译生成二进制的bin文件，Nor Flash模式下烧写到Nand Flash存储器中，Nand Flash存储器支持程序掉电非遗失。

从传感器输入的信号首先进入前向通道电路，输入的信号都要经过输入回路处理才能变成ECU的输入脉冲信号；爆震传感器采集的信号经爆震电荷信号转换电路、爆震信号带通滤波电路、爆震传感器外围电路输入ECU的模拟量接 口AIN1；NTC热敏传感器采集经水温传感器外围电路输入ECU的模拟量接口AIN0；曲轴位置传感器外围电路和凸轮位置传感器电路输入ECU数据寄存器GPB0、GPB1接口；ECU后向通道设计为多点电控点火分配4个寄存器GPB5、GPB6、GPB7、GPB8传送点火数据；点火信号经过驱动电路放大，实现每个气缸内点火线圈的点火；

ARM开发板上K2到K5管脚出厂设置为低电平有效，用K2到K5管脚分别控制4个气缸点火，实现1缸→3缸→4缸→2缸的点火次序，GPB[10:0]是11位通用IO口，气缸一内的点火线圈对应核心板DMA存储器的的K2引脚，气缸二内的点火线圈对应核心板Chip Select存储器的L5引脚，气缸三内的点火线圈对应核心板DMA存储器的K7引脚；气缸四内的点火线圈对应核心板DMA存储器的GPB8引脚；

主函数中定义GPBCON寄存器的控制位功能，二进制码从第11位到第18位依次设置为01010101，配置K2到K5为多点顺序点火输出端口；端口上拉寄存器GPBUP配置端口是否禁用，ARM9处理器IO口都是多功能端口，屏蔽掉无用位防止功能设置的跳转和误操作；GPBUP设置相应二进制位为0时，向上拉连接到相应的端口引脚功能是启用的；设置相应二进制位为1时；向上拉连接到相应的端口引脚功能是禁止的；数据存储寄存器GPBDAT配置端口输出数据，GPB相应的管脚设置为0时信号输出，设置为1时管脚无数据；

1缸点火信号接K2引脚GPBDAT[10:0]第6位二进制位使能上拉，给管脚K2输出点火信号；

3缸点火信号接K7引脚GPBDAT[10:0]第8位二进制位使能上拉，给管脚K7输出点火信号；

4缸点火信号接K5引脚GPBDAT[10:0]第9位二进制位使能上拉，给管脚K5输出点火信号；

2缸点火信号接L5引脚GPBDAT[10:0]第7位二进制位使能上拉，给管脚L5输出点火信号。

优点及效果：本实用新型提供一种基于ARM的汽车PI点火系统及点火方法，本实用新型涉及汽车点火及点火提前角时刻的校准。所采用ARM核心控制器代替传统单片机控制，上位机上修改数据完成ECU内部存储器的数据传输与控制。

选择ARM9处理器代替传统的单片机完成ECU功能的设计,考虑到系统的开放性和可扩展性，适应电控系统更多功能的移植以及控制功能不断完善的需要。基于ARM的微控制器包括电源电路、外部晶振、复位电路、JTAG调试接口电路。芯片内部有程序存储器，所以不用像单片机加入存储器系统。ARM9处理器核有调试JTAG接口，支持J-Link仿真器调试。程序下载到Nor Flash中时不需要J-Link仿真器，但在开发过程中JTAG接口对在线调试很重要，所以也把这部分加入到最小系统中。上述这些部分和ARM9处理器共同构成了ECU控制的核心。

本实用新型完成了ECU点火控制系统的硬件电路设计。硬件电路设计包括三大部分，传感器前向通道电路设计，微处理器点火的控制策略设计，点火执行器后向通道电路设计等。介绍了汽车电控点火系统主要的数据采集传感器和外围电路的功能。分析了发动机多点顺序点火控制策略、最优点火提前角的爆震控制策略以及控制系统抗扰设计。后向通道设计了点火执行机构的系统框图和点火线圈驱动电路。

本实用新型涉及汽车ECU点火系统，包括软件设计和硬件设计两部分，实用新型目的实现ECU点火系统的自主设计。所采用ARM核心控制器代替传统单片机控制，搭建电子控制点火系统的软件和硬件仿真实验平台。上位机上修改数据完成ECU内部存储器的数据通讯，在上位机上监控点火时刻的校准变化；

本实用新型应用32位RISC架构的高性能、低功耗ARM9芯片代替传统单片机设计ECU部分功能。满足了用户对汽车动力性、排放性、实时性不断提高的需求；

本实用新型的ARM9处理器内拥有丰富的子模块和强大的处理能力，提高了硬件系统的开发的效率和可靠性，在此基础上完成ECU点火系统原理图的设计，包括ECU的硬件设计、前向通道电路设计、后向通道驱动电路设计、IIC通讯电路设计和ECU抗干扰设计等；发动机多点顺序PI反馈控制点火，能发挥ARM9处理器流水线控制功能。主程序设计采用多路分支结构，子程序功能实现模块化，满足了ECU的设计需求。ARM9处理器自带A/D信号转换端口，节省了硬件设计成本，提高了ECU控制的稳定性。ARM9多路复用IO口简化了硬件电路设计，编译应用代码生成bin文件，下载到Nand Flash存储器中。在AXD软件中与JTAG仿真器完成在线调试，仿真实现电控点火程序单步调试，IIC总线通信完成寄存器数据传送。

附图说明：

图1-1ECU点火系统电路图；

图1-2为JTAG电路图；

图2-1为ECU点火系统电路图中的爆震电荷信号转换电路及爆震信号带通滤波电路图；

图2-2为冷却水温传感器外围电路图；

图3寄存器参数变化；

图4串口反馈DNW成功下载bin文件；

图5第一气缸寄存器数据；

图6第三气缸寄存器数据；

图7第四气缸寄存器数据；

图8第二气缸寄存器数据。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明，但不因具体的实施例限制本实用新型。

本实用新型提供一种基于ARM的汽车PI点火系统，该系统包括微控制器、爆震电荷信号转换电路、爆震信号带通滤波电路、爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路、曲轴位置传感器外围电路、凸轮位置传感器电路和点火驱动电路111；爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路、曲轴位置传感器外围电路、凸轮位置传感器电路及点火驱动电路均连接至微控制器；爆震电荷信号转换电路连接至爆震信号带通滤波电路，爆震信号带通滤波电路连接爆震传感器外围电路。

微控制器包括ADC电路、CLOCK电路、Timer电路、JTAG电路和DMA电路；

爆震电荷信号转换电路包括爆震微处理器AD521、第九电阻R9、第十电阻R10、上可调电阻RG和下电阻RS，爆震微处理器内设置有运算放大器，运算放大器的输出端接至爆震微处理器的第七脚，运算放大器的同相输出端接至爆震微处理器的第一脚，运算放大器的反向输入端爆震微处理器的第三脚，第九电阻R9接至爆震微处理器的第二脚和第十四脚，第十电阻R10爆震微处理器的第一脚和第三脚，上可调电阻RG的两固定端接至爆震微处理器的的第四脚和第六脚，上可调电阻RG的活动端接至爆震微处理器的第五脚，下电阻RS连接至爆震微处理器的第十脚和第十三脚。

爆震信号带通滤波电路包括滤波运算放大器、第四十二可调电阻R42、第四十三可调电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第四十二电容C42和第四十一电容C41；滤波运算放大器的同相输出端通过第四十一电容C41和四十一可调电阻R41连接至爆震电荷信号转换电路的爆震微处理器第七脚；第四十二电容C42串联第四十三可调电阻R43，第四十三可调电阻R43串联第四十四电阻R44，第四十四电阻R44接至滤波运算放大器的反向输入端，第四十五电阻R45一方面接至第四十二可调电阻R42，另一方面接至滤波运算放大器的反向输入端；第四十二电容C42也接至第四十二可调电阻R42，第四十二可调电阻R42接至滤波运算放大器的同相输出端。

冷却水温传感器外围电路包括NTC热敏传感器、电容、电阻及两个运算放大器，第一个NTC热敏传感器接至第一个运算放大器的反向输入端，第二个NTC热敏传感器通过第一冷却电容接至第一个运算放大器的反向输入端，第一冷却电阻一方面接至第一冷却电容，另一方面接至第二冷却电阻，第二冷却电阻接至第一个运算放大器的同相输出端，第三冷却电阻一方面连接第二冷却电阻，另一方面接至第二个运算放大器的反向输入端，第二冷却电容一方面接至第一个运算放大器的同相输出端，另一方面通过第四冷却电阻接至第二个运算放大器的反向输入端，第一个运算放大器的输出端通过第四冷却电阻接至第二个运算放大器的反向输入端，第三冷却电容接至第一冷却电容和第二个运算放大器的反向输入端；第一个运算放大器的反向输入端通过第五冷却电阻接至第二个运算放大器的正极，第六冷却电阻一方面接至第二个运算放大器的同相输出端，另一方面连接第一冷却电容和第四冷却电容，第四冷却电容接至微控制器，第五冷却电容一方面连接至第二个运算放大器的同向输入端，另一方面通过第六冷却电阻接至微控制器，第七冷却电阻一方面接至第二个运算放大器的同向输入端，另一方面通过第六冷却电阻接至微控制器。

爆震传感器外围电路包括两个爆震运算放大器、第二二极管D2、第一电容C1、两组双向稳压管和第一稳压二极管D1；第一爆震运算放大器的同向输入端接至冷却水温传感器的第二个运算放大器的输出端；第一爆震运算放大器的反向输入端和输出端接至第二二极管D2，第二二极管D2接至第二爆震运算放大器的同向输入端，两组双向稳压管并联后与第一电容C1并联，然后接至第二爆震运算放大器的同向输入端，第二爆震运算放大器的反向输入端与输出端接至微控制器ADC的第十七脚U17，第一稳压二极管D1接至微控制器ADC的第十七脚U17。

曲轴位置传感器外围电路包括两个曲轴位置传感器、曲轴运算放大器、多个电阻、多个电容和双向触发二极管；第一曲轴位置传感器通过第一曲轴电阻接至曲轴运算放大器的反向输入端，第二曲轴位置传感器连接第二曲轴电阻和 第三曲轴电阻，第二曲轴电阻与第一曲轴位置传感器共同连接至曲轴运算放大器的反向输入端，第三曲轴电阻接至曲轴运算放大器的同向输入端，双向触发二极管两端分别接至曲轴运算放大器的同向输入端和反向输入端，第四曲轴电阻一端接至曲轴运算放大器的反向输入端另一端通过第五曲轴电阻接至微控制器TIMER电路的第六脚J6，第一曲轴电容接至曲轴运算放大器的同向输入端、反向输入端和负极，第二曲轴电容接至曲轴运算放大器的同向输入端和负极，第六曲轴电阻接至曲轴运算放大器的同向输入端和负极，曲轴运算放大器的输出端接至微控制器TIMER电路的第六脚J6。

凸轮位置传感器电路包括凸轮轴位置传感器、电阻和光电耦合器，凸轮轴位置传感器通过第一凸轮电阻连接至光电耦合器，光电耦合器同第二凸轮电阻一起连接至微控制器TIMER电路的第五脚J5。

在微控制器clock路上还连接有石英晶体振荡器和电容，石英晶体振荡器连接至clock电路的第十四脚G14和第十五脚G15，两个电容分别连接至clock电路的第十四脚G14和第十五脚G15。

采用多路分支调用各功能模块，ECU主程序多点顺序点火，点火模块爆震率反馈PI控制点火提前角等功能，电控系统根据传感器输出信号经过放大后的峰值电压V_p作为爆震的评价指标，ECU检测到的爆震电压V_p一般随发动机转速而改变，每个采样周期，当V_p大于爆震判断基准电压V_c时，控制单元判断汽油机发生爆震，ECU对爆震次数累积计数，当V_p小于爆震判断基准时，控制单元判断没有发生爆震，ECU对临近100次点火的爆震比率进行计算，将爆震率数字量输入CPU，将实际数据和ECU储存器标定的数据进行比较，判断爆震产生的强度，当爆震率大于理想爆燃率时，ECU点火程序根据误差e的大小PI调节减小点火提前角，点火提前角控制在15℃A以内，当爆震率小于理想爆燃率时，ECU根据误差e的大小PI调节加大点火角度从10℃A逐渐逼近15℃A；

基本点火提前角有发动机转速和负载经过ECU计算确定，基本点火提前角跟转速和负载成非线性关系，引入比例积分环节控制修正量目的是为了提高控 制速率，消除静态误差，提高控制精度，PI调节器是线性调节器，PI控制是将实测爆震率N_b作为输入量与理想爆燃率N_bo进行比较构成控制偏差e，并将其比例、积分通过线性组合构成控制量优化点火提前角，发动机提前角改变，使爆震率改变，就构成了反馈闭环控制，每个工作循环ECU根据爆震强度准确快速地控制发动机在临爆状态下，达到最佳点火提前角的控制；

爆震反馈PI控制点火提前角公式如(1)所示：

$\mathrm{\θ}=u_0+\mathrm{Kp}(N_b-N_{\mathrm{bo}})+\frac{1}{\mathrm{Ti}}{\∫}_{-\∞}^t\mathrm{edt}---\left(1\right)$

式中：θ为最佳点火提前角,单位为℃A；

u₀为基本点火提前角，由发动机的转速和负荷确定；

Kp为比例系数； 

N_b为实测到得爆震率；

N_bo为理想爆燃率；

Ti为积分时间常数；

e为实际爆震率与理想爆燃率的误差(e＝N_b-N_bo)；

主程序运行时调用若干功能模块，完成了C语言与汇编语言的调用，ECU软件设计对输出端口定义，便于功能的扩展和系统的更新。在ADS中编写程序，编译生成二进制的bin文件，Nor Flash模式下烧写到Nand Flash存储器中，Nand Flash存储器支持程序掉电非遗失。

应用代码编译生成bin文件烧写到开发板Nand Flash存储器中，实现ECU的设计功能。S3C2440开发板与JTAG调试器在线单步调试验证寄存器间数据的通信和ARM9开发ECU控制发动机点火提前角的可行性。跟普通单片机相比增强了ECU的准确性和稳定性，缩短了硬件外围电路的开发周期。

ECU点火系统电路前向通道设计包括爆震电荷信号转换电路、爆震信号带通滤波电路、爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路分配、曲轴位置传感器外围电路和凸轮位置传感器电路。后向通道设计了点火驱动电路等。

从传感器输入的信号首先进入前向通道电路，输入的信号都要经过输入回路处理才能变成ECU的输入脉冲信号。爆震传感器采集的信号经爆震电荷信号转换电路、爆震信号带通滤波电路、爆震传感器外围电路输入ECU的模拟量接口AIN1。NTC热敏传感器采集经水温传感器外围电路输入ECU的模拟量接口AIN0。曲轴位置传感器外围电路和凸轮位置传感器电路输入ECU数据寄存器GPB0、GPB1接口。ECU后向通道设计为多点电控点火分配4个寄存器GPB5、GPB6、GPB7、GPB8传送点火数据。点火信号经过驱动电路放大，实现每个气缸内点火线圈的点火。具体ECU点火系统电路设计如图1、2所示。

ARM开发板上K2到K5管脚出厂设置为低电平有效，用K2到K5管脚分别控制4个气缸点火，实现1缸→3缸→4缸→2缸的点火次序。GPB[10:0]是11位通用IO口，气缸一内的点火线圈对应核心板DMA存储器的的K2引脚，气缸二内的点火线圈对应核心板Chip Select存储器的L5引脚，气缸三内的点火线圈对应核心板DMA存储器的K7引脚。气缸四内的点火线圈对应核心板DMA存储器的GPB8引脚。

主函数中定义GPBCON寄存器的控制位功能，二进制码从第11位到第18位依次设置为01010101，配置K2到K5为多点顺序点火输出端口。端口上拉寄存器GPBUP配置端口是否禁用，ARM9处理器IO口都是多功能端口，屏蔽掉无用位防止功能设置的跳转和误操作。GPBUP设置相应二进制位为0时，向上拉连接到相应的端口引脚功能是启用的。设置相应二进制位为1时。向上拉连接到相应的端口引脚功能是禁止的。数据存储寄存器GPBDAT配置端口输出数据，GPB相应的管脚设置为0时信号输出，设置为1时管脚无数据(rGPBDAT＝0xFFF；//给端口赋初值)。

1缸点火信号接K2引脚GPBDAT[10:0]第6位二进制位使能上拉，给管脚K2输出点火信号。

3缸点火信号接K7引脚GPBDAT[10:0]第8位二进制位使能上拉，给管脚K7输出点火信号。

4缸点火信号接K5引脚GPBDAT[10:0]第9位二进制位使能上拉，给管脚K5输出点火信号。

2缸点火信号接L5引脚GPBDAT[10:0]第7位二进制位使能上拉，给管脚L5输出点火信号。

代码编译：ADS1.2环境下对ECU开发程序进行编译，打开工程main.c窗口点make进行编译。编译窗口显示代码没有错误，在DebugRel文件夹中自动生成bin文件。

bin文件下载：串口工具SecureCRT与开发板连接成功后，选择开关Nor Flash重启开发板，在SecureCRT界面下输入：a,回车进入下载模式，打开DNW软件，加载生成的bin文件下载到开发板中。串口SecureCRT界面显示串口成功下载，如图3所示。

寄存器初始化：执行主程序时配置寄存器数据，寄存器参数变化如图4。

多点顺序点火控制：ECU内部程序经PI算法计算，向点火模块GPB2寄存器发出点火信号，GPB数据寄存器的首地址0x56000014处数据变红，K2接收到点火信号，控制第一气缸寄存器数据传送显示如图5。

K7接收到点火信号，控制第三气缸寄存器数据传送显示如图6。

K5接受到点火信号，控制第四气缸寄存器数据传送显示如图7。

L5接受到点火信号，控制第二气缸寄存器数据传送显示如图8。

Claims (8)

1.一种基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：该系统包括微控制器、爆震电荷信号转换电路、爆震信号带通滤波电路、爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路、曲轴位置传感器外围电路、凸轮位置传感器电路和点火驱动电路；爆震传感器外围电路、冷却水温传感器外围电路、曲轴位置传感器外围电路、凸轮位置传感器电路及点火驱动电路均连接至微控制器；爆震电荷信号转换电路连接至爆震信号带通滤波电路，爆震信号带通滤波电路连接爆震传感器外围电路。

2.根据权利要求1所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：微控制器包括ADC电路、CLOCK电路、Timer电路、JTAG电路和DMA电路；

爆震电荷信号转换电路包括爆震微处理器、第九电阻(R9)、第十电阻(R10)、上可调电阻(RG)和下电阻(RS)，爆震微处理器内设置有运算放大器，运算放大器的输出端接至爆震微处理器的第七脚，运算放大器的同相输出端接至爆震微处理器的第一脚，运算放大器的反向输入端爆震微处理器的第三脚，第九电阻(R9)接至爆震微处理器的第二脚和第十四脚，第十电阻(R10)爆震微处理器的第一脚和第三脚，上可调电阻(RG)的两固定端接至爆震微处理器的的第四脚和第六脚，上可调电阻(RG)的活动端接至爆震微处理器的第五脚，下电阻(RS)连接至爆震微处理器的第十脚和第十三脚。

3.根据权利要求2所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：爆震信号带通滤波电路包括滤波运算放大器、第四十二可调电阻(R42)、第四十三可调电阻(R43)、第四十四电阻(R44)、第四十五电阻(R45)、第四十二电容(C42)和第四十一电容(C41)；滤波运算放大器的同相输出端通过第四十一电容(C41)和四十一可调电阻(R41)连接至爆震电荷信号转换电路的爆震微处理器第七脚；第四十二电容(C42)串联第四十三可调电阻(R43)，第四十三可调电阻(R43)串联第四十四电阻(R44)，第四十四电阻(R44)接至滤波运算放大器的反向输入端，第四十五电阻(R45)一方面接至第四十 二可调电阻(R42)，另一方面接至滤波运算放大器的反向输入端；第四十二电容(C42)也接至第四十二可调电阻(R42)，第四十二可调电阻(R42)接至滤波运算放大器的同相输出端。

4.根据权利要求3所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：冷却水温传感器外围电路包括NTC热敏传感器、电容、电阻及两个运算放大器，第一个NTC热敏传感器接至第一个运算放大器的反向输入端，第二个NTC热敏传感器通过第一冷却电容接至第一个运算放大器的反向输入端，第一冷却电阻一方面接至第一冷却电容，另一方面接至第二冷却电阻，第二冷却电阻接至第一个运算放大器的同相输出端，第三冷却电阻一方面连接第二冷却电阻，另一方面接至第二个运算放大器的反向输入端，第二冷却电容一方面接至第一个运算放大器的同相输出端，另一方面通过第四冷却电阻接至第二个运算放大器的反向输入端，第一个运算放大器的输出端通过第四冷却电阻接至第二个运算放大器的反向输入端，第三冷却电容接至第一冷却电容和第二个运算放大器的反向输入端；第一个运算放大器的反向输入端通过第五冷却电阻接至第二个运算放大器的正极，第六冷却电阻一方面接至第二个运算放大器的同相输出端，另一方面连接第一冷却电容和第四冷却电容，第四冷却电容接至微控制器，第五冷却电容一方面连接至第二个运算放大器的同向输入端，另一方面通过第六冷却电阻接至微控制器，第七冷却电阻一方面接至第二个运算放大器的同向输入端，另一方面通过第六冷却电阻接至微控制器。

5.根据权利要求4所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：爆震传感器外围电路包括两个爆震运算放大器、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、两组双向稳压管和第一稳压二极管(D1)；第一爆震运算放大器的同向输入端接至冷却水温传感器的第二个运算放大器的输出端；第一爆震运算放大器的反向输入端和输出端接至第二二极管(D2)，第二二极管(D2)接至第二爆震运算放大器的同向输入端，两组双向稳压管并联后与第一电容(C1)并联，然后接至第二爆震运算放大器的同向输入端，第二爆震运算放大器的反向输入端与 输出端接至微控制器ADC的第十七脚(U17)，第一稳压二极管(D1)接至微控制器ADC的第十七脚(U17)。

6.根据权利要求5所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：曲轴位置传感器外围电路包括两个曲轴位置传感器、曲轴运算放大器、多个电阻、多个电容和双向触发二极管；第一曲轴位置传感器通过第一曲轴电阻接至曲轴运算放大器的反向输入端，第二曲轴位置传感器连接第二曲轴电阻和第三曲轴电阻，第二曲轴电阻与第一曲轴位置传感器共同连接至曲轴运算放大器的反向输入端，第三曲轴电阻接至曲轴运算放大器的同向输入端，双向触发二极管两端分别接至曲轴运算放大器的同向输入端和反向输入端，第四曲轴电阻一端接至曲轴运算放大器的反向输入端另一端通过第五曲轴电阻接至微控制器TIMER电路的第六脚(J6)，第一曲轴电容接至曲轴运算放大器的同向输入端、反向输入端和负极，第二曲轴电容接至曲轴运算放大器的同向输入端和负极，第六曲轴电阻接至曲轴运算放大器的同向输入端和负极，曲轴运算放大器的输出端接至微控制器TIMER电路的第六脚(J6)。

7.根据权利要求6所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：凸轮位置传感器电路包括凸轮轴位置传感器、电阻和光电耦合器，凸轮轴位置传感器通过第一凸轮电阻连接至光电耦合器，光电耦合器同第二凸轮电阻一起连接至微控制器TIMER电路的第五脚(J5)。

8.根据权利要求2所述的基于ARM的汽车PI点火系统，其特征在于：在微控制器clock路上还连接有石英晶体振荡器和电容，石英晶体振荡器连接至clock电路的第十四脚(G14)和第十五脚(G15)，两个电容分别连接至clock电路的第十四脚(G14)和第十五脚(G15)。