資料介紹
1 引言
被動聲目標的信息一般夾雜在復雜多變的環境噪聲中,信噪比低。采用傳統的目標探測,較難達到要求, 必須使用先進的檢測、定向定位算法,然而這些算法的運算量都較大,實時實現有一定難度。數字信號處理器DSP的出現,使得先進算法的工程實時實現成為可能。但系統的體積、功耗和可靠性又成為主要問題。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,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,可使其滿足被動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、對目標位置信息進行相應的定位算法處理和后續控制。此平臺主要由4個部分組成: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,先對傳感器來的信號進行調理,使之滿足采樣要求,再由DSP控制A/D轉換器對信號進行同步采樣,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單片機來實現,電源模塊主要由TPS73HD-3XX系列雙電壓調整器來實現對整個系統的電源管理,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系統非常方便地進行連接。THS1206內有2個12bit控制寄存器(0,1),用來控制其工作方式(具體的工作方式可查閱參考文獻[1])。一個完整的16 byte深先進先出(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DSP的EMIF連接的,其轉換時鐘信號是由DSP的通用定時器(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,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],這里著重介紹一下DSP的接口初始化配置。TMS320VC5509中外部存儲器有4個片選空間,并且都可以單獨進行設置,設置的內容包括存儲器類型、存儲器寬度、讀寫時序參數等。根據DSP的系統時鐘(筆者設定是80MHz)和THS1206的讀寫時序要求,將片選控制寄存器CE1_1配置為:0x1009,即存儲器類型是16bit寬異步存儲器,讀建立時間為0個時鐘周期,讀選通時間為2個時鐘周期,讀保持時間為1個時鐘周期;片選控制寄存器CE1_1配置為:0x0009,即讀延長保持時間為0個時鐘周期,寫延長保持時間為0個時鐘周期,寫建立時間為0個時鐘周期,寫選通時間為2個時鐘周期,寫保持時間為1個時鐘周期;片選控制寄存器CE1_1配置為:0x0001,即禁止超時功能,在該配置下,DSP可以可靠地與THS1206進行通信。
被動聲目標的信息一般夾雜在復雜多變的環境噪聲中,信噪比低。采用傳統的目標探測,較難達到要求, 必須使用先進的檢測、定向定位算法,然而這些算法的運算量都較大,實時實現有一定難度。數字信號處理器DSP的出現,使得先進算法的工程實時實現成為可能。但系統的體積、功耗和可靠性又成為主要問題。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,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,可使其滿足被動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、對目標位置信息進行相應的定位算法處理和后續控制。此平臺主要由4個部分組成: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,先對傳感器來的信號進行調理,使之滿足采樣要求,再由DSP控制A/D轉換器對信號進行同步采樣,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單片機來實現,電源模塊主要由TPS73HD-3XX系列雙電壓調整器來實現對整個系統的電源管理,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系統非常方便地進行連接。THS1206內有2個12bit控制寄存器(0,1),用來控制其工作方式(具體的工作方式可查閱參考文獻[1])。一個完整的16 byte深先進先出(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DSP的EMIF連接的,其轉換時鐘信號是由DSP的通用定時器(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,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],這里著重介紹一下DSP的接口初始化配置。TMS320VC5509中外部存儲器有4個片選空間,并且都可以單獨進行設置,設置的內容包括存儲器類型、存儲器寬度、讀寫時序參數等。根據DSP的系統時鐘(筆者設定是80MHz)和THS1206的讀寫時序要求,將片選控制寄存器CE1_1配置為:0x1009,即存儲器類型是16bit寬異步存儲器,讀建立時間為0個時鐘周期,讀選通時間為2個時鐘周期,讀保持時間為1個時鐘周期;片選控制寄存器CE1_1配置為:0x0009,即讀延長保持時間為0個時鐘周期,寫延長保持時間為0個時鐘周期,寫建立時間為0個時鐘周期,寫選通時間為2個時鐘周期,寫保持時間為1個時鐘周期;片選控制寄存器CE1_1配置為:0x0001,即禁止超時功能,在該配置下,DSP可以可靠地與THS1206進行通信。
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