专利名称：摩托车点火器调试仪的制作方法
技术领域：
本发明是一种用微机控制的摩托车点火器的调试仪。
随着摩托车档次的不断提高，四冲程发动机将占市场主要份额，而四冲程摩托车一般均使用具有自动进角控制的CDI点火装置。所谓自动进角控制是指发动机的点火提前角随转速不同而进行改变，其典型的最佳点火角与速度的关系如图8所示。所以在CDI生产过程中需对其进行调整，使CDI的提前角与速度的关系符号设计要求，一般要求在一定的发动机转速下的提前角的误差小于±2°。因此CDI的生产调试是CDI生产中的至关重要的步骤。目前国内外大都以调试机械方式为主。调试中由调试人员调整电机的转速，观察测速仪达到要测试的速度，观察点火盘上打火的同时，调整电阻箱的阻值，达到预期的点火角，再调整电机转速到另一速度，调整另一电阻箱，重复上述过程。再调整转速至不同值，观察打火的角度，如符合则调试完成。由此可见，其调试过程不仅繁琐，熟练工也需1分钟以上调试一个，而且由于电机转速的不稳和打火的跳动，精度也很差，人为因素在其中占了很大比例，往往不同的人的调试结果相差很大，而且调试环境噪声很大。
本发明的目的是制作一种精确度高、一致性好的摩托车点火器的调试仪及其设计方法。
本发明的结构包括产生点火脉冲的PC机和程控等效电阻，调试仪用定时、计数器8253进行定时控制，8253的定时、计数输出脉冲送至两个D触发器，与运行于计算机上的软件结合产生任意定时的磁电机转速信号。用可开关的电流源将信号经电平转换电路变为电流驱动方式的信号。两个D触发器的清零端分别接至8255的PC0端口和PC0非，数据输入端D接QBAR(Q非)端，触发器A的输出Q控制模拟开关1，触发器B的输出端Q控制模拟开关2；用PC机调节电阻，其结构为并行口8255的A口和B口，A口和B口分别控制程控等效电阻。可程控电阻阵列主要由Intel8255并行口，MAX312模拟开关和一组R-2R精密电阻组成。其中模拟开关要求导通电阻尽可能小，MAX312的导通电阻为10欧左右，精密电阻必需达到0.5％的精度，以达到一定的调整精度。电阻的调整主要由计算机对8255并行口写入不同值使一组模拟开关处于导通或关断状态来达到。
结合本发明的设计方法，本发明结构的进一步阐述如下本发明PC机点火脉冲的产生如图2，所产生的点火脉冲波形如图3，t1段是一个正脉冲，t3段是一个负脉冲。该点火脉冲的波形是一个与转速有关的信号，其周期T＝t1+t2+t3+t4。对应于不同的转速，点火脉冲的各段t1、t2、t3、t4的值也各不相同。
在本摩托车调试仪中，使用了定时、计数器8253来进行定时控制。事先计算好不同转速下t1、t2、t3、t4对应的时间常数(8253的时钟为1Mhz，即最小时间分度为一微秒)，将它们存放于一个数据文件中。控制程序运行时，根据所需要的转速，调入相应的8253的时间常数，通过PC数据总线写入8253。这里，我们使用8253的工作方式4，在每一时间段计数结束之前，就将下一时间段的时间常数写入。比如说在t1时间段，就写入t2时间段的时间常数。每一时间段结束时，8253的计数、定时输出端OUT送出一个宽度为一微秒的正脉冲，该脉冲送到两个D触发器的时钟输入段CK。这两个触发器的清零端分别接到并行口8255的PC0端口和PC0非(D触发器使用741s74，清零端0电平有效)；数据输入端D接QBAR(Q非)端。在t4时间段时，通过端口PC0对两个触发器进行清零，然后在t4结束之前，将PC0置为高电平，这样触发器A允许计数，触发器B禁止计数。当t4结束时，8253的OUT端送出一个正脉冲，触发器A的输出端D变为高电平，触发器B的输出保持低电平；当t1时间段结束时，OUT端的正脉冲使得触发器A再次翻转，输出变为低电平。在t2时间段，将PC0置为低电平，触发器A被禁止翻转，而触发器B可以翻转。当t2结束时，触发器B的时钟端CK接到OUT端送来的正脉冲，输出端翻转为高电平，当t3结束时，触发器B再次翻转，输出为低电平。如此周而复始，两个触发器的输出均为周期为T的信号。其波形如图4、图5所示。然后用触发器A的输出去控制模拟开关1；触发器B的输出Q去控制模拟开关2。若Q的值为高电平，模拟开关导通；反之则模拟开关不导通。从而在t1时间段，电路有5mA的电流流出，在t3段有5mA的电流流进。其他时候两个开关都不导通，无电流流出或流进，于是得到了所需要的点火波形。这里我们采用了两个电流源而不是两个电压源，其原因是为了增强电路的驱动能力。
摩托车点火电路调试仪的核心功能是确定点火电路CDI中两个电阻的阻值。由于电路的分布参数的不同，在每个CDI中，这两个电阻的阻值都是不同的。为了使点火角比较精确，必需准确确定这两个电阻的阻值。传统的方法是通过人工调节电阻箱的方法来调节电阻值，从而确定符合点火角度要求的电阻值。显然这样的方法速度是比较慢的，精度也难以提高。一个熟练的工人调试一个CDI电路也需1-2分钟。而在我们的摩托车点火电路调试仪中，使用了PC机来自动进行电阻调节，调试一个CDI电路最多只需5-6秒，大大提高了生产效率，同时还达到了较高的调节精度。整个电阻调节电路的示意图6所示。
在调节电阻时，先通过PC机的数据总线向并行口8255的A口和B口置数，然后由8255的A口和B口分别去控制等效电阻的大小。每一程控等效电阻对应于一个所要调节的电阻。等效电阻的结构见图7。它包含了n个模拟开关SW1到SWn和n+1个电阻R0到Rn。电阻R0的2脚接到R1的1脚，R1的2脚接到R2的1脚……Rn的2脚接到Rn+1的1脚。每一个模拟开关swn的两端分别接到电阻Rn的两端。n可取大于1的整数，根据调节范围和精度的要求，本发明多用n＝6-10。每一模拟开关swn的控制端连到8255A口或B口的某一位PA(B)n-1。当控制端为高电平时，开关闭合，则该开关对应的电阻被短路；控制端为低电平时，开关打开。这样通过控制模拟开关的打开或闭合，就可以控制A、B两端的等效电阻的大小，从而达到调节电阻的目的。
若所要调试的电阻分布范围为Rx到Ry。我们可以取R0为其下限Rx。若取n＝7，对于电阻R1到R7，有
通过向8255的A口或B口写入从0000000到1111111的不同的数，就可以控制一系列模拟开关的闭合或打开，使等效电阻在Rx到Ry之间变化。从上面的分析容易看出，本摩托车调试仪其调节精度可达
即
。当然若取较大的n，那么可以有更大的调节范围和更高的调节精度。
摩托车点火电路调试仪的控制程序是用C语言编写的，其框图见图9。程序的工作过程如下1.首先进行初始化通过PC数据总线向并行口8255写控制字，将8255的A口及B口设定为输出，将C口的低4位设定为输入，高四为输出。将计数器8253的0口、1口设定为工作方式4(计数方式)，2口设定为分频方式。2.从一个数据文件中读取不同转速下标准点火时刻值。这个标准值是在调试前测得的，它与最佳点火进角之间有一一对应的换算关系。对于一个工厂的CDI点火电路，这个标准值是一致的。调试仪的目的就是找到两个合适的阻值R7和R9，使得CDI点火电路的点火时刻与标准值相同，那么此时点火进角也达到最佳。对于不同厂家的CDI点火电路，本调试仪的软硬件都不必修改，只需改变一下数据文件中的标准值即可。3.提示将CDI点火电路与调试仪连接好，然后开始进行调试。4.在电阻Ra和Rb中，先调试电阻Ra。分别将63送入8255的A口和B口。然后程序控制外围电路产生波形如图3的频率100hz(6000转/分)的点火信号。
CDI点火电路产生的点火尖脉冲总是在t1到t3时间段出现。在t1时间段刚开始时，向8253的1口送入时间常数，但此时1口的计数允许端为低电平，计数器1不计数。当尖脉冲来到时，8253的1口计数允许端翻转为高电平，计数器1开始计数。当t4时间段到来时，1口的计数允许端再次变为低，计数停止。所以计数器1的有效计数时间为从尖脉冲出现到t4的到来。在t4到来之后，我们可以根据计数器1的计数值算出点火的时刻(尖脉冲出现的时刻)。并将它与标准值进行比较，如果比标准值大，那么电阻Ra应该更小。则8255A口应送入较大的数。反之，则送入较小的数，直到点火时刻与标准值相同。在搜索这个最佳阻值的过程中，本程序使用了二分法。比如说我们使用了8255A口的0位到6位，其所有可能的状态共有27＝128种。使用二分法后最多8次就可以找出这个值。若使用顺序搜索的方法，则在最坏情况下要搜索128次，显然速度要慢得多。6.在屏幕上显示出电阻Ra、Rb的值。7.询问是否调试下一CDI点火电路电路，是则跳到步骤3；否则结束调试。
整个摩托车点火电路调试仪的运行过程如下。对于某厂的摩托车点火电路来说，它的点火激励信号波形如图3。在转速1650转/分时，它的t1、t2、t3、t4值分别为1100微秒、1840微秒、1160微秒、32264微秒。在计数时钟为1Mhz的情况下，相应的8253时间常数为0x044C、0x0730、0x0488、0x7E08。点火尖脉冲产生的时刻距t3结束的时间为1196微秒。这个标准时间值可放在数据文件test.dat中。
在转速6000转时，t1、t2、t3、t4值分别为520微秒、420微秒、565微秒、8495微秒。相应的时间常数为0x0208、0x01A4、0x235、0x212F。点火尖脉冲产生的时刻距t3结束的时间为945微秒。同样将这个值放在test.dat中。
针对该厂电阻值的随机分布情况，我们为两组等效电阻中的各个电阻取了下列值第一组(Ra)R0＝30k欧姆，R1＝1k欧姆，R2＝2*R1＝2k欧姆。
R7＝2*R6＝64k欧姆；第二组(Rb)R0＝250k欧姆，R1＝1k欧姆，R2＝2*R1＝2k欧姆。
R7＝2*R6＝64k欧姆。
其实，每一组等效电阻中电阻的个数并不仅限于8只，可以根据精度、调节范围的要求加以改变，比如说可以是5、6或10只等等。
调试时，我们先在高转速(6000转/分)下调试电阻Ra。将8255的A、B口均送入63。然后通过PC机控制一些外围电路产生6000转/分时的点火激励信号。外围电路的框图如图二所示。
在本摩托车调试仪中，使用了定时、计数器8253来进行定时控制。这里，我们使用8253的工作方式4，在每一时间段计数结束之前，就将下一时间段的时间常数写入。首先写入8253的控制字，然后送入t1时间段所对应的时间常数0x0208。8253开始长度为t1的定时阶段。在t1阶段写入t2阶段所对应的时间常数0x01A4。那么在t1时间段结束后，就开始t2时间段的定时。如此，在每一时间段中写入下一时间段的时间常数。则8253轮流进行t1、t2、t3、t4时间段的定时。当每一时间段结束时，8253的计数、定时输出端OUT送出一个宽度为一微秒的正脉冲，该脉冲送到两个D触发器的时钟输入段CK。这两个触发器的清零端分别接到并行口8255的PC0端口和PC0非(D触发器使用741s74，清零端0电平有效)；数据输入端D接QBAR(Q非)端。在t4时间段时，通过端口PC0对两个触发器进行清零，然后在t4结束之前，将PC0置为高电平，这样触发器A允许计数，触发器B禁止计数。当t4结束时，8253的OUT端送出一个正脉冲，触发器A的输出端D变为高电平，触发器B的输出保持低电平；当t1时间段结束时，OUT端的正脉冲使得触发器A再次翻转，输出变为低电平。在t2时间段，将PC0置为低电平，触发器A被禁止翻转，而触发器B可以翻转。当t2结束时，触发器B的时钟端CK接到OUT端送来的正脉冲，输出端翻转为高电平，当t3结束时，触发器B再次翻转，输出为低电平。如此周而复始，两个触发器的输出均为周期为T＝t1+t2+t3+t4的信号。其波形如图4、图5。
然后用触发器A的输出Q去控制模拟开关1，触发器B的输出Q去控制模拟开关2。若Q的值为高电平，模拟开关导通；反之则模拟开关不导通。从而在t1时间段，电路有5mA的电流流出，在t3段有5mA的电流流进。其他时候两个开关都不导通，无电流流出或流进，于是得到了所需要的点火波形。这里我们采用了两个电流源而不是两个电压源，其原因是为了增强电路的驱动能力。
我们将得到的点火激励波形送给CDI点火电路，那么它将在时间段t1到t3阶段产生点火尖脉冲。当尖脉冲来到时，8253的1口计数允许端翻转为高电平，计数器1开始计数。当t4时间段到来时，1口的计数允许端再次变为低，计数停止。所以计数器1的有效计数时间为从尖脉冲出现到t4的到来。在t4到来之后，我们可以根据计数器1的计数值算出点火的时刻(尖脉冲出现的时刻)。并将它与标准值进行比较，如果比标准值大，那么电阻Ra应该更小。则8255A口应送入较大的数。反之，则送入较小的数，直到点火时刻与标准值相同。在搜索这个最佳阻值的过程中，本程序使用了二分法。由于我们仅使用了8255A口的0位到6位，其所有可能的状态共有27＝128种。使用二分法后最多8次就可以找出这个值。若使用顺序搜索的方法，则在最坏情况下要搜索128次，显然速度要慢得多。
假设对于该CDI点火电路，符合要求的Ra值应为80k欧姆。当然事先我们并不知道这个值，那么我们要不断改变8255A口的数值，使得A、B两端的等效电阻值为80k欧。这里，我们取R0为30k欧姆。R1到R7分别为1K、2K、4K……64K。8255的A口置数范围为0到127，相应的A、B两端的等效电阻为30K欧姆到157K欧姆。一般的，当8255A口的置数值为x时，A、B的等效电阻为R0+(127-x)*R1。调试时，先将63送入8255的A口，此时开关SW1到SW6导通，SW7打开，A、B两端的等效电阻值为94K欧姆，那么此时测得的点火时刻将要比标准值大，8255的A口应送入更大的数，使得A、B两端的等效电阻更小。即A口应送入的数在63和127之间，我们取它为(127+63)/2＝95。此时等效电阻为(30+127-95)＝62k欧姆。那么测得的点火时刻将比标准值小，8255A口应送入小于95的数，使A、B两端的等效电阻更大。取下一次送入的数为(95+63)/2＝79；此时等效电阻为78k欧姆。如此，利用二分法，通过6次尝试，当A口送入77时，发现点火时刻与标准值相同，那么就找到了这个合适的电阻Ra＝30+(127-77)*1＝80k欧姆。
在电阻Ra的值确定之后，保持8255A口的数值不变，然后产生对应于1650转/分的点火激励信号。用调试Ra的相同方法不断改变8255B口的数值，从而得到Rb的阻值。
至此，整个调试工作就结束了。
本发明制得的调试仪，取得下述良好效果(1)以微机产生电机模拟转速信号。由于由计算机产生，无需电动机，无噪声，而且稳定重复性好。很容易改变以适应不同的磁电机信号。
(2)电阻箱的调整以模拟开关切换的电阻阵列来替代，电阻调整迅速，精度高，由计算机控制，便于与系统其他部分集成一体。
(3)点火提前角的测量以计算机完成，由此排除人为因素，达到测试结果的客观性、一致性、和精确性。
图1是本发明调试仪的总框图，其中1是PC机总线，2是并行口8255，3是模拟开关和电阻，4是CDI点火电路，5是8253计数器，6是逻辑电路，7是电流源。
图2是PC机控制点火激励脉冲产生框图，其中8是PC数据总线，9是并行口8255，10是触发器A，11是+5mA电流源，12是-5mA电流源，13是触发器B，14是8253。
图3是产生的点火激励脉冲波形。
图4是触发器A的输出。
图5是触发器B的输出。
图6是电阻调节电路示意图。
图7是等效电阻结构图。
图8是典型的最佳点火角与速度关系图。
图9是本发明控制程序框图。
权利要求
1.一种摩托车点火器调试仪结构，包括产生点火脉冲的PC机和程控等效电阻，其特征在于定时控制用定时、计数器8253，8253的定时、计数输出脉冲送至两个D触发器，两个D触发器的清零端分别接至8255的PC0端口和PC0非，数据输入端D接QBAR(Q非)端，触发器A的输出Q控制模拟开关1，触发器B的输出端Q控制模拟开关2；用PC机调节电阻，其结构为并行口8255的A口和B口，A口和B口分别控制程控等效电阻。
2.一种摩托车点火器调试仪的设计方法，其特征在于用PC机控制点火脉冲的产生，点火脉冲的波形与转速有关，其周期为T＝t1+t2+t3+t4，将不同转速对应的周期各段的时间常数存放于数据文件中，用定时、计数器8253定时控制，在每一时间常数计数结束之前，将下一时间段的时间常数写入；每一时间段结束，8253送入一脉冲，该脉冲送到两个D触发器，触发器输出周期为T的信号。
3.根据权利要求1所述的摩托车点火器调试仪的结构，其特征在于等效电阻的结构是用一组模拟开关SW和精密电阻R构成，电阻Rn的2脚接到Rn+1的1脚，每个模拟开关SWn的两端分别接到电阻Rn的两端，每一模拟开关的控制端SWn连到8255A口或B口的某一位PA(B)n-1。
4.一种摩托车点火电路调试仪的控制程序，其特征在于(1)初始化过程，通过PC数据总线向8255并行口写控制字，将8255的A口及B口设定为输出，将C口的低四位设定为输入，高四位设定为输出；(2)从一个数据文件中读取不同转速下标准点火时刻值；(3)提示将CDI点火电路与调试仪连接好，然后开始进行调试；(4)在电阻Ra和Rb中，先调试电阻Ra；(5)调试电阻Rb；(6)在屏幕上显示电阻Ra、Rb的值；(7)询问是否调试下一CDI点火电路，是则跳到步骤三；否则结束调试。
全文摘要
本发明是一种摩托车点火器调试仪。目前已有的技术均以机械方式调试,其调整过程不仅繁琐,精度也差,人为因素占了很大比例。本发明设计用微机控制摩托车点火器调试仪,用定时、计数器8253和两个D触发器产生磁电机转速信号,电阻箱的调整以模拟开关切换的电阻阵列来代替,电阻阵列由8255并行口、模拟开关和一组精密电阻组成。本发明方法制得的调试仪精度高、稳定性好。
文档编号G05B15/00GK1190702SQ97125229
公开日1998年8月19日 申请日期1997年12月31日 优先权日1997年12月31日
发明者俞军, 沈泊, 汪根荣 申请人:复旦大学