汽車(chē)內部噪聲智能控制系統設計

噪聲主動(dòng)控制基本思想是由德國物理學(xué)家Paul Lueg于1936年發(fā)明“電子消聲器”時(shí)首次提出的。噪聲主動(dòng)控制技術(shù)相對傳統的被動(dòng)控制，具有對中、低頻段噪聲控制效果明顯、系統輕巧、實(shí)時(shí)性強等優(yōu)點(diǎn)，具有潛在的工程應用價(jià)值。噪聲控制為實(shí)時(shí)控制，需要較大的計算量，普通的單片機難以實(shí)現。20世紀80年代，數字信號處理（DSP）芯片噪聲主動(dòng)控制基本思想由德物理學(xué)家Paul Lueg于1936年發(fā)明“電子消聲器”時(shí)首次提出的。噪聲主動(dòng)控制技術(shù)相對傳統的被動(dòng)控制，具有對中、低頻段噪聲控制效果明顯、系統輕巧、實(shí)時(shí)性強等優(yōu)點(diǎn)，具有潛在的工程應用價(jià)值。

　　噪聲控制為實(shí)時(shí)控制，需要較大的計算量，普通的單片機難以實(shí)現。20世紀80年代，數字信號處理（DSP）芯片的問(wèn)世為信號的實(shí)時(shí)控制開(kāi)辟了廣闊的發(fā)展空間。隨著(zhù)芯片技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，DSP已成為現代智能控制器的核心部件。

　　本文采用DSP芯片TMS320F2812設計了既可以脫機獨立自主運行又可以通過(guò)USB接口在線(xiàn)仿真的智能控制器，并以該控制器為核心設計了汽車(chē)內部噪聲主動(dòng)智能控制系統。

　　智能控制系統的電路設計

　　1 設計過(guò)程及系統框圖

　　汽車(chē)內部噪聲智能控制系統的設計過(guò)程如圖1所示。

DSP智能控制器硬件設計流程圖

圖1 DSP智能控制器硬件設計流程圖

　　在器件選型時(shí)，要考慮器件之間的相互匹配性，以及器件的供貨能力和技術(shù)支持等。本設計選用的DSP芯片 TMS320F2812性能如下：采用高性能的靜態(tài)CMOS低功耗設計技術(shù)，主頻高達150MIPS（時(shí)鐘周期6.67ns），支持JTAG邊界掃描接口；高效32位高精度CPU；并有最多可達 128K×16的FLASH存儲器等。

　　電路板的設計需要傳輸線(xiàn)理論知識以及布線(xiàn)工藝和系統結構設計知識，以保證信號的完整性，另外著(zhù)重考慮電磁干擾和電磁兼容性問(wèn)題。

　　如圖2所示，智能控制器主要由模擬電路部分（包括數字信號采集電路和輸出信號處理電路）、DSP子系統（包括DSP芯片及外圍電路）、電源、時(shí)鐘及復位電路等構成。下面將介紹幾個(gè)主要電路的設計。

智能控制器結構框圖

圖2 智能控制器結構框圖

電源和復位電路

圖3 電源和復位電路

　　2 電源與復位電路設計

　　DSP系統對電源的性能（如紋波、上電順序等）要求較高，因此在本設計選用了線(xiàn)性調壓電路芯片 TPS767D301。TPS767D301為雙輸出低漏電壓調整器，其特點(diǎn)如下：每個(gè)電源輸出都有單獨的復位和輸出使能控制；具有快速瞬態(tài)響應功能；電壓輸出3.3V/1.8V可調。

　　采用TPS767D301構成的電源電路從外部穩壓電源引入+5V電壓，+5V電壓經(jīng)TPS767D301后輸出電壓為1.8V和3.3V。為減小電源本身對DSP的干擾，在電路中增加了濾波網(wǎng)絡(luò )，如圖3所示。

　　3 A/D、D/A電路設計

　　TMS320F2812芯片上有一個(gè)12位、轉換頻率為25MHz的ADC, 其前端為兩個(gè)8選1的多路轉換器和兩路同時(shí)采樣/保持器。在要求不很高時(shí)，完全可利用其構成同步順序采樣電路,或者增加外部采樣保持器后構成同步采樣?？紤]到本系統對電量采集精度和速度的要求較高,采樣模塊中選用了外置的六通道 16位ADC ADS8364。該器件內部包括6個(gè)高速采樣-保持放大器、6 個(gè)高速ADC、一個(gè)考電壓源及3個(gè)參考電壓緩沖器,可以提供250KSPS的同步采樣率,還可提供具有超低功耗(69mW/每通道)的所有6個(gè)輸入通道的轉換,樣使得所有通道的單位成本均較低。6個(gè)通道的數據輸出接口電壓介于2.7～5.5V，便于與DSP直接接口，省去了中間的電平轉換。6個(gè)完全獨立的 ADC可大大提高硬件整體的并行處理速度，在50kHz輸入信號下仍可保證大于80dB的卓越共模抑制能力，特別適合用于高干擾環(huán)境。圖4為 ADS8364與TMS320F2812的接口電路。

　　為了實(shí)現系統的控制功能，D/A 轉換電路中選用四路12位電壓輸出型DAC TLV5614，它具有靈活的四線(xiàn)串行接口，可以與TMS320 SPI、QSPI和Microwire串行口實(shí)現無(wú)縫連接。TLV5614的編程控制由16位串行字組成，即兩位DAC地址、兩個(gè)獨立的DAC控制位和 12位的DAC輸入值。器件采用雙電源供電：一組為串行接口使用的數字電源，即DVDD和DGND；另一組為輸出緩沖器使用的模擬電源，即AVDD和 AGND。兩組電源相互獨立且可為2.7～5.5V之間的任何值。雙電源應用的好處是DAC使用5V電源工作，而DAC的數字部分使用2.7～5.5V電源，可以和多種接口連接。