基于DSP的無人值守地面探測系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖5 DSP與SDRAM和FLASH的接口電路圖

存儲模塊的設(shè)計

DSP既可將SRAM作為程序存儲器，也可作為數(shù)據(jù)存儲器。本系統(tǒng)用FLASH存放程序，在系統(tǒng)運行時，為提高運行速度，需將程序從FLASH搬至快速SRAM中運行，此時SRAM地址映射在程序空間中，而當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲空間超過內(nèi)部RAM時，SRAM地址映射在數(shù)據(jù)空間中。系統(tǒng)采用HY57V641620型動態(tài)數(shù)據(jù)存儲器SDRAM作為SRAM。

為了充分發(fā)揮DSP性能，在加電后需要將用戶代碼裝載到高速RAM存儲器中運行。FLASH存儲器是一種高密度、非易失性的電可擦寫存儲器，存儲量大，使用方便，適用于低功耗、高性能的系統(tǒng)。設(shè)計FLASH與DSP的接口時，F(xiàn)LASH的數(shù)據(jù)線和地址線分別和DSP的外部數(shù)據(jù)和地址總線相連，F(xiàn)LASH的分頁控制位A[13:18]位連接CPLD，對CPLD編程實現(xiàn)寄存器控制高位譯碼，使得DSP可以訪問FLASH的高位存儲地址段。

傳感器調(diào)理及放大電路設(shè)計

（1）地震動信號采集電路

考慮到地震動信號的頻率均為150Hz以下，在儀器用測量放大器的基礎(chǔ)上添加了低通濾波電路，以進一步抑制環(huán)境高頻噪聲對信號產(chǎn)生的不良影響，該低通濾波器將采集到的地震動信號頻率限制在340Hz以下。

OPA4336是CMOS型、軌對軌輸入輸出的運算放大器，提供了4個獨立的放大器，具有高輸入阻抗、低輸入失調(diào)電壓、低輸入偏置電流、低噪聲等特點，其電源工作范圍為2.3V~5.5V。系統(tǒng)放大電路由兩級組成：兩個對稱的同相放大器U6A和U6C構(gòu)成第一級，U6B為第二級放大器，U6D是聲音放大器，震動信號調(diào)理及放大電路如圖6所示。

圖6 震動信號調(diào)理及放大電路圖

為了提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，在電路設(shè)計過程中嚴格保證各級反饋電阻的平衡匹配。嚴格保證R6=R15，R8=R13，R9=R14，R10=R12。整個放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)為：

該兩級放大電路，既滿足電路穩(wěn)定性要求，又可提供一定倍數(shù)的增益。對經(jīng)過放大的信號進行A/D轉(zhuǎn)換后即可送入DSP進行信號的采集與識別。

（2）聲信號采集電路

聲音放大電路附加了一個一階低通硬件濾波器(C41=470pF)以消除較高頻環(huán)境噪聲。此外，由于采用單電源模式，供電電壓為3.3V，因此需提供一偏置電壓將參考電平拉高1.6V，以保證信號的完整性。為了電源去耦，應(yīng)在電源引腳和印制線路板上與運放參考端之間連接一個旁路電容。同時該電容在元器件布局時應(yīng)盡量靠近運放電源引腳。VOICE接聲音傳感器，AIN1接DSP的A/D轉(zhuǎn)換接口ADC1。聲音信號調(diào)理及放大電路如圖7所示。

圖7 聲音信號調(diào)理及放大電路圖

便攜式接收顯示子系統(tǒng)的設(shè)計

單片機接收系統(tǒng)電路設(shè)計

采用ATMEL公司推出的AT89S52作為單片機接收系統(tǒng)主控芯片。AT89S52除了具有8051的全部功能外，還內(nèi)置了一些比較實用的功能部件。如AT89S52內(nèi)部的程序存儲器是8KB可擦寫的FLASH存儲器，支持在線系統(tǒng)編程ISP，調(diào)試非常方便。單片機接收系統(tǒng)電路如圖8所示。

圖8 單片機接收系統(tǒng)電路圖

液晶顯示電路設(shè)計

顯示模塊有兩種選擇方案：①用數(shù)碼管作為顯示器；②LCD液晶顯示。雖然數(shù)碼管使用簡單，但不能顯示漢字、字符等，為了使指揮員能夠更加直觀并且更加迅速地了解目標的屬性，便攜式接收顯示子系統(tǒng)采用JM12864帶中文字庫的液晶顯示器作為顯示模塊。

JM12864可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16×16點陣）、128個字符（8×16點陣）及64×256點陣顯示RAM(SDRAM)。液晶顯示模塊電路如圖9所示。

圖9 液晶顯示模塊電路圖

無線收發(fā)模塊設(shè)計

無線收發(fā)模塊選用深圳科易連公司生產(chǎn)的KYL-1020L，它的優(yōu)點是通信距離遠，并且具有休眠控制功能，DSP可以通過軟件控制它處于工作或休眠狀態(tài)，極大地降低了系統(tǒng)功耗。

KYL-1020L具有如下特點：①載波頻率為433MHz；②多種可選的通訊接口，如RS-232和TTL；③8個通訊信道；④傳輸數(shù)率為9600bps；⑤數(shù)據(jù)格式為8N1/8E1/801；⑥提供方波傳輸功能，方便非標的編碼客戶使用；⑦收發(fā)一體，半雙工工作模式；⑧低功耗，并具有休眠功能；⑨工作溫度為-35℃~+75℃（工業(yè)級）。

KYL-1020L的休眠功能對本系統(tǒng)極為重要。由于休眠電流只有不到20μA，功率不到0.18mW，極大地降低了系統(tǒng)功耗，使得系統(tǒng)能夠長時間工作。無線收發(fā)模塊電路如圖10所示。

圖10 無線收發(fā)模塊電路圖

結(jié)束語

本文完成了基于DSP無人值守地面探測系統(tǒng)的硬件設(shè)計。首先介紹了系統(tǒng)總體方案設(shè)計以及傳感器和電子元件的選型，然后闡述了DSP工作模塊、電源模塊、外部寄存器接口電路、存儲模塊和傳感器調(diào)理及放大電路的設(shè)計，最后介紹了便攜式接收顯示子系統(tǒng)的設(shè)計。該地面探測系統(tǒng)性能穩(wěn)定，原理可行，能實時地為偵察或警戒分隊提供戰(zhàn)場信息。