汽車減震彈簧故障診斷儀的基本原理是基于非線性頻譜分析技術(shù)的。這種技術(shù)的基本思想是：根據(jù)采樣得到的減震彈簧的輸入和輸出數(shù)據(jù)，利用有效的非線性系統(tǒng)辨識方法得到彈簧的振動方程，再利用多維傅里葉變換得到減震彈簧的非線性傳遞函數(shù)的頻域表示形式-廣義頻率響應(yīng)函數(shù)GFRF（Generalized Frequency Response Functions）。
　　GFRF是描述系統(tǒng)非線性傳遞特性的一種非參數(shù)模型它能夠唯一地刻畫系統(tǒng)傳遞特性的頻域特征，因而系統(tǒng)故障前后傳遞特性的非線性變化就能夠通過GFRF被準(zhǔn)確地反映。彈簧處于正常工作狀態(tài)時，僅具有一階GFRF；彈簧在疲勞失效后，最明顯的變化是三階GFRF大量出現(xiàn)。分析彈簧系統(tǒng)的GFRF，就可判斷出彈簧的工作狀態(tài)。目前國內(nèi)對汽車減震彈簧的故障診斷還缺乏有效的手段，而且基于這一原理的實際應(yīng)用在國內(nèi)外尚處于起步階段，因此該儀器具有很好的應(yīng)用前景。
　　1 系統(tǒng)總體方案
　　非線性系統(tǒng)辨識算法龐大、復(fù)雜，對系統(tǒng)的計算能力要求很高。DSP是專門用于數(shù)字信號處理的芯片，計算能力強大、運算速度快，能夠滿足系統(tǒng)的要求。DSP 的計算能力雖然很強，但其事件管理能力較弱，而且直接支持的I/O口很少。為了方便地實現(xiàn)人機交互，采用DSP與單片機協(xié)同工作的方式：以單片機為主機，通過通訊接口對DSP實現(xiàn)控制；同時利用單片機較強的外圍設(shè)備管理能力實現(xiàn)人機接口、顯示等功能。主要工作流程是：彈簧的輸入輸出信號經(jīng)過濾波電路進行調(diào)理后，由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再進入DSP進行運算，得到的診斷結(jié)果通過通訊接口電路送入單片機，單片機將結(jié)果顯示在液晶顯示器上，并經(jīng)過串口送入到PC機。單片機通過通訊接口控制DSP的工作狀態(tài)。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
　　
　　2 硬件電路設(shè)計
　　2．1 信號調(diào)理電路
　　采用集成開關(guān)電容濾波器MAX280組成抗混疊濾波電路。MAX280是一個五階低通濾波器，截止頻率可調(diào)。當(dāng)它的時鐘管腳接內(nèi)部時鐘時，最大截止頻率為1．4ｋHz；而汽車減震彈簧穩(wěn)定工作時，信號的頻率不超過500Hz，故設(shè)定濾波器的截止頻率為700Hz。
　　2．2 DSP電路
　　DSP電路完成數(shù)據(jù)采集及數(shù)字濾波，利用內(nèi)置的算法完成故障診斷等任務(wù)。
　　本系統(tǒng)中的DSP采用美國德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TMS320VC5409，它是TMS320C54xx系列的一個高速、高性價比、低功耗的16位定點通用DSP芯片。其主要特點包括：改進的哈佛結(jié)構(gòu)（1條程序存儲器總線、3條數(shù)據(jù)存儲器總線和4條地址總線），帶有專用硬件邏輯CPＵ，片內(nèi)存儲器，6級流水線結(jié)構(gòu)，片內(nèi)外設(shè)專用的指令集。
　　TMS320VC5409含16K字的片內(nèi)ROM和32K字的片內(nèi)DARAM，程序空間的尋址范圍達到8M數(shù)據(jù)和I/O空間尋址范圍分別為64K。
　　單周期指令執(zhí)行時間為10ns，雙電源（1．8V和3．3V）供電，帶有符合IEEE1149．1標(biāo)準(zhǔn)的ＪTAG邊界掃描仿真邏輯。 DSP電路采用16位并行自引導(dǎo)模式，對于TMS320VC5409，用戶程序存儲在外部數(shù)據(jù)空間（8000H～FFFFH）中，因此外擴了一片F(xiàn)LASH ROM作為數(shù)據(jù)存儲空間。FLASH ROM采用INTEL公司的TE28F400Ｂ3T90（256Kx16），它共分為15塊（8塊4K字，7塊32K字），可單獨擦寫其中的一塊。編程電壓只需3．3V，最快的讀取速度達到90ns。系統(tǒng)外擴了一片SRAM作為外部程序空間。SRAM采用CYPRESS公司的CY7C1041ＢV33（256Kx16），存取速度達到10ns。