基于單片機(jī)和DSP的被動(dòng)聲目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案解析

　1 引言
　　被動(dòng)聲目標(biāo)的信息一般夾雜在復(fù)雜多變的環(huán)境噪聲中，信噪比低。采用傳統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè)，較難達(dá)到要求， 必須使用先進(jìn)的檢測(cè)、定向定位算法，然而這些算法的運(yùn)算量都較大，實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)有一定難度。數(shù)字信號(hào)處理器DSP的出現(xiàn)，使得先進(jìn)算法的工程實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)成為可能。但系統(tǒng)的體積、功耗和可靠性又成為主要問(wèn)題。本系統(tǒng)采用TI公司的低功耗5000系列DSP和微功耗430系列單片機(jī)，采用主從式通用化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在滿足系統(tǒng)功能要求的前提下，對(duì)系統(tǒng)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(yán)格的設(shè)備中使用。另外，對(duì)系統(tǒng)提供了豐富的接口，可使其滿足被動(dòng)目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)的不同要求。
　　2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
　　目標(biāo)探測(cè)通用平臺(tái)的主要功能是目標(biāo)信息的獲取、檢測(cè)、對(duì)目標(biāo)位置信息進(jìn)行相應(yīng)的定位算法處理和后續(xù)控制。此平臺(tái)主要由4個(gè)部分組成：信號(hào)采集模塊、算法處理模塊、系統(tǒng)控制模塊和電源模塊。平臺(tái)的原理框圖如圖1所示。
　　
　　系統(tǒng)的基本工作流程是在主控單片機(jī)的控制下，先對(duì)傳感器來(lái)的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使之滿足采樣要求，再由DSP控制A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步采樣，把A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送給數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5509進(jìn)行相應(yīng)的算法處理，最后把處理結(jié)果傳給主控機(jī)MSP430單片機(jī)，再由單片機(jī)去控制其他電路的工作。
　　其中，信號(hào)采集模塊由4通道同步采樣A/D轉(zhuǎn)換器THS1206組成，算法處理模塊由低功耗的TMS320-C5000數(shù)字信號(hào)處理器組成，系統(tǒng)控制模塊由微功耗的MSP430單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電源模塊主要由TPS73HD-3XX系列雙電壓調(diào)整器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電源管理，TMS320C5000數(shù)字信號(hào)處理器工作在從機(jī)模式下，系統(tǒng)電源管理和從機(jī)的工作情況由主控機(jī)MSP430單片機(jī)控制。
　　2.1 信號(hào)采集模塊
　　模塊采用TI公司的A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，最高轉(zhuǎn)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(yīng)用方向。THS1206不需任何額外器件便可與DSP系統(tǒng)非常方便地進(jìn)行連接。THS1206內(nèi)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(xiàn)［1］）。一個(gè)完整的16 byte深先進(jìn)先出（First InFirst Out，F(xiàn)IFO）存儲(chǔ)器允許數(shù)據(jù)緩沖存儲(chǔ)，減少了DSP中斷的次數(shù)，提高了DSP的工作效率。內(nèi)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(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)是由DSP的通用定時(shí)器（Timer）給出的，便于靈活設(shè)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(jié)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(jié)地址為0x412000，對(duì)應(yīng)的字地址是0x209000。
　　根據(jù)THS1206和TMS320VC5509的具體硬件連接電路，進(jìn)行A/D接口初始化設(shè)置。THS1206的初始化可以查閱參考文獻(xiàn)［1］，這里著重介紹一下DSP的接口初始化配置。TMS320VC5509中外部存儲(chǔ)器有4個(gè)片選空間，并且都可以單獨(dú)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置的內(nèi)容包括存儲(chǔ)器類型、存儲(chǔ)器寬度、讀寫時(shí)序參數(shù)等。根據(jù)DSP的系統(tǒng)時(shí)鐘（筆者設(shè)定是80MHz）和THS1206的讀寫時(shí)序要求，將片選控制寄存器CE1_1配置為：0x1009，即存儲(chǔ)器類型是16bit寬異步存儲(chǔ)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(zhǎng)保持時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期，寫延長(zhǎng)保持時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期，寫建立時(shí)間為0個(gè)時(shí)鐘周期，寫選通時(shí)間為2個(gè)時(shí)鐘周期，寫保持時(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。