基于单片机和DSP的被动声目标探测平台设计方案解析

　1 引言
　　被动声目标的信息一般夹杂在复杂多变的环境噪声中，信噪比低。采用传统的目标探测，较难达到要求， 必须使用先进的检测、定向定位算法，然而这些算法的运算量都较大，实时实现有一定难度。数字信号处理器DSP的出现，使得先进算法的工程实时实现成为可能。但系统的体积、功耗和可靠性又成为主要问题。本系统采用TI公司的低功耗5000系列DSP和微功耗430系列单片机，采用主从式通用化体系结构设计，在满足系统功能要求的前提下，对系统的体积、功耗和可靠性做了很大的改进，特别适于在电池供电、功耗要求严格的设备中使用。另外，对系统提供了丰富的接口，可使其满足被动目标探测系统的不同要求。
　　2 系统的整体设计
　　目标探测通用平台的主要功能是目标信息的获取、检测、对目标位置信息进行相应的定位算法处理和后续控制。此平台主要由4个部分组成：信号采集模块、算法处理模块、系统控制模块和电源模块。平台的原理框图如图1所示。
　　
　　系统的基本工作流程是在主控单片机的控制下，先对传感器来的信号进行调理，使之满足采样要求，再由DSP控制A/D转换器对信号进行同步采样，把A/D转换后的结果送给数字信号处理器TMS320VC5509进行相应的算法处理，最后把处理结果传给主控机MSP430单片机，再由单片机去控制其他电路的工作。
　　其中，信号采集模块由4通道同步采样A/D转换器THS1206组成，算法处理模块由低功耗的TMS320-C5000数字信号处理器组成，系统控制模块由微功耗的MSP430单片机来实现，电源模块主要由TPS73HD-3XX系列双电压调整器来实现对整个系统的电源管理，TMS320C5000数字信号处理器工作在从机模式下，系统电源管理和从机的工作情况由主控机MSP430单片机控制。
　　2.1 信号采集模块
　　模块采用TI公司的A/D转换器THS1206。THS1206是1个可编程12 bitCMOS低功耗4通道同步采样A/D转换器，最高转换速度是6 Msample/s，最大功耗216mW，其速度、分辨率、带宽都非常适合较宽的应用方向。THS1206不需任何额外器件便可与DSP系统非常方便地进行连接。THS1206内有2个12bit控制寄存器（0，1），用来控制其工作方式（具体的工作方式可查阅参考文献［1］）。一个完整的16 byte深先进先出（First InFirst Out，FIFO）存储器允许数据缓冲存储，减少了DSP中断的次数，提高了DSP的工作效率。内部参考电压范围为1.5V和3.5V。THS1206和TMS-320VC5509的具体硬件连接图如图2所示。
　　
　　THS1206和DSP是通过DSP的EMIF连接的，其转换时钟信号是由DSP的通用定时器（Timer）给出的，便于灵活设置不同的采样速率。TMS320VC5509在FULL_EMIF方式下时，C0是EMIF.ARE，C2是EMIF.AWE，C5是EMIF.CE1。而片选CS1接的是A13，所以THS1206在TMS320CV5509中的地址是CE1空间和A13为高的交集。在TMS320CV5509中CE1段，其字节地址是0x400000～0x800000，再要求A13为高，所以其地址是：（xxxx，xxxx，xx1x，xxxx，xxxx，xxxxB）∩（0x400000～0x800000），则可以取字节地址为0x412000，对应的字地址是0x209000。
　　根据THS1206和TMS320VC5509的具体硬件连接电路，进行A/D接口初始化设置。THS1206的初始化可以查阅参考文献［1］，这里着重介绍一下DSP的接口初始化配置。TMS320VC5509中外部存储器有4个片选空间，并且都可以单独进行设置，设置的内容包括存储器类型、存储器宽度、读写时序参数等。根据DSP的系统时钟（笔者设定是80MHz）和THS1206的读写时序要求，将片选控制寄存器CE1_1配置为：0x1009，即存储器类型是16bit宽异步存储器，读建立时间为0个时钟周期，读选通时间为2个时钟周期，读保持时间为1个时钟周期;片选控制寄存器CE1_1配置为：0x0009，即读延长保持时间为0个时钟周期，写延长保持时间为0个时钟周期，写建立时间为0个时钟周期，写选通时间为2个时钟周期，写保持时间为1个时钟周期;片选控制寄存器CE1_1配置为：0x0001，即禁止超时功能，在该配置下，DSP可以可靠地与THS1206进行通信。