基于單片機和DSP的被動(dòng)聲目標探測平臺設計方案
1 引言
被動(dòng)聲目標的信息一般夾雜在復雜多變的環(huán)境噪聲中,信噪比低。采用傳統的目標探測,較難達到要求, 必須使用先進(jìn)的檢測、定向定位算法,然而這些算法的運算量都較大,實(shí)時(shí)實(shí)現有一定難度。數字信號處理器DSP的出現,使得先進(jìn)算法的工程實(shí)時(shí)實(shí)現成為可能。但系統的體積、功耗和可靠性又成為主要問(wèn)題。本系統采用TI公司的低功耗5000系列DSP和微功耗430系列單片機,采用主從式通用化體系結構設計,在滿(mǎn)足系統功能要求的前提下,對系統的體積、功耗和可靠性做了很大的改進(jìn),特別適于在電池供電、功耗要求嚴格的設備中使用。另外,對系統提供了豐富的接口,可使其滿(mǎn)足被動(dòng)目標探測系統的不同要求。
2 系統的整體設計
目標探測通用平臺的主要功能是目標信息的獲取、檢測、對目標位置信息進(jìn)行相應的定位算法處理和后續控制。此平臺主要由4個(gè)部分組成:信號采集模塊、算法處理模塊、系統控制模塊和電源模塊。平臺的原理框圖如圖1所示。
系統的基本工作流程是在主控單片機的控制下,先對傳感器來(lái)的信號進(jìn)行調理,使之滿(mǎn)足采樣要求,再由DSP控制A/D轉換器對信號進(jìn)行同步采樣,把A/D轉換后的結果送給數字信號處理器TMS320VC5509進(jìn)行相應的算法處理,最后把處理結果傳給主控機MSP430單片機,再由單片機去控制其他電路的工作。
其中,信號采集模塊由4通道同步采樣A/D轉換器THS1206組成,算法處理模塊由低功耗的TMS320-C5000數字信號處理器組成,系統控制模塊由微功耗的MSP430單片機來(lái)實(shí)現,電源模塊主要由TPS73HD-3XX系列雙電壓調整器來(lái)實(shí)現對整個(gè)系統的電源管理,TMS320C5000數字信號處理器工作在從機模式下,系統電源管理和從機的工作情況由主控機MSP430單片機控制。
2.1 信號采集模塊
模塊采用TI公司的A/D轉換器THS1206。THS1206是1個(gè)可編程12 bitCMOS低功耗4通道同步采樣A/D轉換器,最高轉換速度是6 Msample/s,最大功耗216mW,其速度、分辨率、帶寬都非常適合較寬的應用方向。THS1206不需任何額外器件便可與DSP系統非常方便地進(jìn)行連接。THS1206內有2個(gè)12bit控制寄存器(0,1),用來(lái)控制其工作方式(具體的工作方式可查閱參考文獻[1])。一個(gè)完整的16 byte深先進(jìn)先出(First InFirst Out,FIFO)存儲器允許數據緩沖存儲,減少了DSP中斷的次數,提高了DSP的工作效率。內部參考電壓范圍為1.5V和3.5V。THS1206和TMS-320VC5509的具體硬件連接圖如圖2所示。
THS1206和DSP是通過(guò)DSP的EMIF連接的,其轉換時(shí)鐘信號是由DSP的通用定時(shí)器(Timer)給出的,便于靈活設置不同的采樣速率。TMS320VC5509在FULL_EMIF方式下時(shí),C0是EMIF.ARE,C2是EMIF.AWE,C5是EMIF.CE1。而片選CS1接的是A13,所以THS1206在TMS320CV5509中的地址是CE1空間和A13為高的交集。在TMS320CV5509中CE1段,其字節地址是0x400000~0x800000,再要求A13為高,所以其地址是:(xxxx,xxxx,xx1x,xxxx,xxxx,xxxxB)∩(0x400000~0x800000),則可以取字節地址為0x412000,對應的字地址是0x209000。
根據THS1206和TMS320VC5509的具體硬件連接電路,進(jìn)行A/D接口初始化設置。THS1206的初始化可以查閱參考文獻[1],這里著(zhù)重介紹一下DSP的接口初始化配置。TMS320VC5509中外部存儲器有4個(gè)片選空間,并且都可以單獨進(jìn)行設置,設置的內容包括存儲器類(lèi)型、存儲器寬度、讀寫(xiě)時(shí)序參數等。根據DSP的系統時(shí)鐘(筆者設定是80MHz)和THS1206的讀寫(xiě)時(shí)序要求,將片選控制寄存器CE1_1配置為:0x1009,即存儲器類(lèi)型是16bit寬異步存儲器,讀建立時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期,讀選通時(shí)間為2個(gè)時(shí)鐘周期,讀保持時(shí)間為1個(gè)時(shí)鐘周期;片選控制寄存器CE1_1配置為:0x0009,即讀延長(cháng)保持時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期,寫(xiě)延長(cháng)保持時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期,寫(xiě)建立時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期,寫(xiě)選通時(shí)間為2個(gè)時(shí)鐘周期,寫(xiě)保持時(shí)間為1個(gè)時(shí)鐘周期;片選控制寄存器CE1_1配置為:0x0001,即禁止超時(shí)功能,在該配置下,DSP可以可靠地與THS1206進(jìn)行通信。
2.2 算法處理模塊
本模塊主要由核心處理器TMS320VC5509組成,它是TI推出的新一代低功耗高性能16bit定點(diǎn)數字信號處理器,其工作主頻可達到200MHz,周期效率達到了C54X的2倍,且功耗只有C54X的1/6。它還提供了豐富的外設資源,其中包括1個(gè)外部存儲器接口,實(shí)現了和異步存儲器如EPROM,SRAM以及同步存儲器等外部設備的無(wú)縫連接;3個(gè)全雙工的高速多通道緩沖串口,DSP通過(guò)McBSP可以與其他DSP,編解碼器等相連;另外的外設有通用串行總線(xiàn),實(shí)時(shí)時(shí)鐘,看門(mén)狗定時(shí)器,I2C總線(xiàn),10bitADC,多媒體卡控制器和通用輸入輸出接口等。在考慮充分利用DSP的外設資源的基礎上,筆者設計了外擴功能完善的硬件平臺,原理框圖如圖3所示。
基于所設計的信號處理硬件平臺,設計完成了相應的驅動(dòng)程序,包括:與信號采集模塊連接的EMIF的接口程序,和系統控制模塊通信的SPI程序,可以和PC相連的USB驅動(dòng)程序,支持I2C的通信程序以及DSP集成的ADC的采樣程序等。程序設計都采用模塊化,便于應用程序的開(kāi)發(fā)集成?;谏鲜鲕浻布脚_,可以進(jìn)一步開(kāi)展后續開(kāi)發(fā),基本上可以滿(mǎn)足各種目標探測算法的需求。
評論