DSP用于雷達式生命探測儀的信號處理系統設計

引言

雷達式生命探測儀是以非接觸方式獲取墻壁、廢墟等不透明障礙物后生命體微動(dòng)信息的探測系統。其基本原理是：首先發(fā)射特定形式的電磁波，當電磁波照射到人體后，其回波信號被人體運動(dòng)(心跳、呼吸、走動(dòng))所調制而產(chǎn)生多普勒頻率，而后采用一定的硬件電路和軟件算法，從檢測到的多普勒頻率中提取人體的生命特征參數，最終判別出人體有/無(wú)、動(dòng)/靜、數量等狀態(tài)信息。雷達式生命探測儀應用廣泛，特別是近年來(lái)由于世界各地大型自然災害的頻發(fā)和恐怖犯罪活動(dòng)的猖獗，更使雷達式生命探測儀日益受到重視。而由于生命探測儀的應用環(huán)境復雜多變，因此對它提出了外觀(guān)小型化、便攜化和檢測智能化、實(shí)時(shí)化的要求。信號處理系統是生命探測儀的重要組成部分。本課題的研究采用功能強大的高速浮點(diǎn)數字信號處理器(DSP)TMS320C6711B來(lái)完成大量復雜運算，以減小設備體積和功耗。從軟件和硬件兩方面入手，解決實(shí)時(shí)檢測和操作攜帶方便的問(wèn)題。

1 系統設計方案

信號處理系統分為模擬信號處理系統和數字信號處理系統兩個(gè)子系統。系統的主體是由DSP芯片和A/D轉換芯片組成，如圖1所示。其中A/D主要完成模擬信號到數字信號的轉換，DSP芯片則用于完成數字信號的分析、處理以及控制。系統中的前端預處理部分主要完成對I/Q信號的調制解調、A/D轉換、部分實(shí)時(shí)數字信號處理、處理后數據的傳輸，以及接收和處理后端發(fā)來(lái)的命令(包括信號放大倍數、A/D的采樣率、數字信號處理過(guò)程中參數的選擇等)。系統的后端則主要用于控制和顯示，完成人機交互功能。DSP外擴的FLASH完成boot loader，上電啟動(dòng)后DSP自動(dòng)從FLASH中加載程序到DSP內部RAM中運行，外擴的SDRAM用于DSP進(jìn)行算法處理時(shí)暫存數據。

2 硬件電路設計

2.1 DSP芯片選擇

設計DSP應用系統，選擇DSP是非常重要的一個(gè)環(huán)節，只有選擇好了DSP才能進(jìn)一步設計外圍電路。根據本系統設計中所提出的硬件電路集成度高、體積小、功耗低和實(shí)時(shí)檢測顯示的要求和滿(mǎn)足小波變換、FFT、諧波分解、維格納分布多種復雜算法的需要，選用Tl公司新型C6000系列高性能浮點(diǎn)DSPTMS320C6711B作為系統的信號處理開(kāi)發(fā)平臺。其主要特點(diǎn)有：片內8個(gè)并行的處理單元，可分為相同的兩組。它的體系結構采用超長(cháng)指令字(VLIW)結構，單指令字長(cháng)為32b，8個(gè)指令組成一個(gè)指令包，總字長(cháng)為8×32=256 b。芯片內部設置了專(zhuān)門(mén)的指令分配模塊，可以將256 b的指令包同時(shí)分配到8個(gè)處理單元，并由8個(gè)單元同時(shí)運行。由于芯片的最高時(shí)鐘頻率可以達到150 MHz，當片內的8個(gè)處理單元同時(shí)運行時(shí)，芯片的最大處理能力可以達到2 400 MIPS(每秒百萬(wàn)條指令)。此外，TMS320C6711B還有32 b的EMIF總線(xiàn)，有4個(gè)空間，每個(gè)空間均可與SDRAM，SBSRAM和異步外設實(shí)現無(wú)縫接口。

2.2 DSP外圍電路設計

系統的外圍電路由復位電路、時(shí)鐘電路、電源電路、內存擴展電路等幾個(gè)部分組成，其外圍電路組成框圖如圖2所示。

DSP的復位電路一般由電源芯片提供，TI公司的大多數電源芯片都提供復位信號到DSP。使用電源芯片提供復位信號可以省去專(zhuān)門(mén)的復位電路。此外，也可以在電源芯片相應引腳上連接復位按鍵，提供手動(dòng)復位功能。電源芯片復位信號可以自動(dòng)監測電源的電壓情況。本系統設計中采用電源芯片復位電路。