來源：電子設(shè)計(jì)應(yīng)用/張德 侯志國 江麗 張向暉 羅曉松

    引言

    被動(dòng)聲源探測定位技術(shù)是一種利用聲學(xué)傳聲器陣列和電子裝置接收運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的輻射噪聲,以確定目標(biāo)所處位置的技術(shù)。

    本文正是基于聲探測技術(shù)原理和成熟的微電子技術(shù), 采用ti公司的32位浮點(diǎn)dsp芯片tms320vc33-150來實(shí)現(xiàn)聲源目標(biāo)的探測定位算法，并輔之以adc、cpld、單片機(jī)等器件來實(shí)現(xiàn)聲源信號(hào)的采集、系統(tǒng)邏輯控制以及通信功能。對于數(shù)字電路的邏輯控制功能，本文選用了altera公司的cpld芯片epm7128aetc100-10來實(shí)現(xiàn)。該芯片功耗低、資源豐富、內(nèi)部延時(shí)固定，有助于時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主要分為兩部分：聲探測系統(tǒng)數(shù)字電路的硬件實(shí)現(xiàn)和dsp軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)現(xiàn)已完成調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定，探測效果較好。

    系統(tǒng)功能

    聲探測系統(tǒng)通過傳聲器陣列獲得聲源目標(biāo)的輻射噪聲信息，通過前端模擬信號(hào)處理后，在數(shù)字電路中由dsp進(jìn)行高速的聲探測定位算法處理，并把獲得的聲源方位、速度等信息，發(fā)送給計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行交匯顯示。

    聲探測系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

    在聲探測系統(tǒng)中，數(shù)字電路是最為關(guān)鍵的部分。本文以dsp、cpld和單片機(jī)為核心器件，完成了聲探測系統(tǒng)的數(shù)字電路的硬件設(shè)計(jì)。其數(shù)字電路框圖如圖1所示。

    圖1 聲探測系統(tǒng)的數(shù)字電路框圖

    經(jīng)過前端處理的模擬信號(hào)由ad7865完成采樣轉(zhuǎn)換后，給dsp一個(gè)中斷，dsp在cpld的配合下，讀取各個(gè)通道的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在片外sram數(shù)據(jù)區(qū)，同時(shí)dsp對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波、頻譜分析，從而完成對聲源目標(biāo)的定位功能。

    由雙口ram實(shí)現(xiàn)dsp和c8051f020目標(biāo)信息的交換，最終通過max3485完成和終端的rs-422通信。另外，dsp根據(jù)處理后的結(jié)果實(shí)現(xiàn)對前端模擬電路的增益控制。

    adc設(shè)計(jì)

    被動(dòng)聲探測系統(tǒng)中對聲音的相位一致性要求很高，因此，在設(shè)計(jì)中采用了具有同時(shí)采樣保持功能的14位并行輸出adc ad7865。本設(shè)計(jì)中,經(jīng)放大濾波處理后的6路聲源目標(biāo)信號(hào)通過兩片ad7865實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換。本文利用dsp定時(shí)器的輸出信號(hào)作為adc的啟動(dòng)采樣信號(hào)，采樣轉(zhuǎn)換完成后，通過adc的busy信號(hào)給dsp一個(gè)中斷，然后dsp進(jìn)入中斷處理程序，讀取a/d數(shù)據(jù)，而讀寫信號(hào)和adc片選信號(hào)由cpld對dsp的讀寫信號(hào)和地址信號(hào)進(jìn)行邏輯組合來完成。

    dsp及周邊電路設(shè)計(jì)

    dsp的主要功能有根據(jù)采集到的數(shù)字信號(hào)的幅度來完成對前端模擬信號(hào)的自動(dòng)增益控制，增益控制的級(jí)別有16、64、256、1024、4096、16384、65536共7檔；對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波、快速fft變換以及正交變換等運(yùn)算，進(jìn)而完成對目標(biāo)的定位、識(shí)別等運(yùn)算；通過雙口ram完成和單片機(jī)的通信，以及adc的定時(shí)啟動(dòng)。

    dsp周邊電路包括程序引導(dǎo)區(qū)flash、程序運(yùn)行區(qū)sram、數(shù)據(jù)交換區(qū)雙口ram及增益控制。flash采用容量為1m*8b的amd29lv040b構(gòu)成代碼存儲(chǔ)空間；sram則采用容量為512k*8b的sram存儲(chǔ)器cy7c1049-cv33，在電路中使用4片進(jìn)行位擴(kuò)展，從而構(gòu)成512k*32位的程序運(yùn)行空間；雙口ram為2k*8位的idt71v321；而增益控制則采用8位 cmos鎖存器來實(shí)現(xiàn)。

    tms320vc33-150有四個(gè)外部中斷，都可以作為bootloader的中斷，因此bootloader首選高優(yōu)先級(jí)的中斷，否則有可能在脫機(jī)上電加載程序時(shí)無法加載成功。因?yàn)樵谏想姀?fù)位后，dsp執(zhí)行駐留程序，根據(jù)中斷級(jí)別去尋找bootloader存儲(chǔ)區(qū)域，如果沒有把高于bootloader中斷的中斷置無效，那么dsp將會(huì)根據(jù)高優(yōu)先級(jí)尋找bootloader存儲(chǔ)區(qū)域，因而導(dǎo)致程序加載不成功。

    此外，在設(shè)計(jì)過程中，對于一些重要的信號(hào)如#rdy、#hold、edgemode、mcbl/#mp、#shz等，要根據(jù)具體設(shè)計(jì)，參照數(shù)據(jù)手冊相應(yīng)給予上