汽車內(nèi)部噪聲智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

噪聲主動(dòng)控制基本思想是由德國物理學(xué)家Paul Lueg于1936年發(fā)明“電子消聲器”時(shí)首次提出的。噪聲主動(dòng)控制技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的被動(dòng)控制，具有對(duì)中、低頻段噪聲控制效果明顯、系統(tǒng)輕巧、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有潛在的工程應(yīng)用價(jià)值。噪聲控制為實(shí)時(shí)控制，需要較大的計(jì)算量，普通的單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片噪聲主動(dòng)控制基本思想由德物理學(xué)家Paul Lueg于1936年發(fā)明“電子消聲器”時(shí)首次提出的。噪聲主動(dòng)控制技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的被動(dòng)控制，具有對(duì)中、低頻段噪聲控制效果明顯、系統(tǒng)輕巧、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有潛在的工程應(yīng)用價(jià)值。

　　噪聲控制為實(shí)時(shí)控制，需要較大的計(jì)算量，普通的單片機(jī)難以實(shí)現(xiàn)。20世紀(jì)80年代，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片的問世為信號(hào)的實(shí)時(shí)控制開辟了廣闊的發(fā)展空間。隨著芯片技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，DSP已成為現(xiàn)代智能控制器的核心部件。

　　本文采用DSP芯片TMS320F2812設(shè)計(jì)了既可以脫機(jī)獨(dú)立自主運(yùn)行又可以通過USB接口在線仿真的智能控制器，并以該控制器為核心設(shè)計(jì)了汽車內(nèi)部噪聲主動(dòng)智能控制系統(tǒng)。

　　智能控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

　　1 設(shè)計(jì)過程及系統(tǒng)框圖

　　汽車內(nèi)部噪聲智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程如圖1所示。

DSP智能控制器硬件設(shè)計(jì)流程圖

圖1 DSP智能控制器硬件設(shè)計(jì)流程圖

　　在器件選型時(shí)，要考慮器件之間的相互匹配性，以及器件的供貨能力和技術(shù)支持等。本設(shè)計(jì)選用的DSP芯片 TMS320F2812性能如下：采用高性能的靜態(tài)CMOS低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，主頻高達(dá)150MIPS（時(shí)鐘周期6.67ns），支持JTAG邊界掃描接口；高效32位高精度CPU；并有最多可達(dá) 128K×16的FLASH存儲(chǔ)器等。

　　電路板的設(shè)計(jì)需要傳輸線理論知識(shí)以及布線工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)，以保證信號(hào)的完整性，另外著重考慮電磁干擾和電磁兼容性問題。

　　如圖2所示，智能控制器主要由模擬電路部分（包括數(shù)字信號(hào)采集電路和輸出信號(hào)處理電路）、DSP子系統(tǒng)（包括DSP芯片及外圍電路）、電源、時(shí)鐘及復(fù)位電路等構(gòu)成。下面將介紹幾個(gè)主要電路的設(shè)計(jì)。

智能控制器結(jié)構(gòu)框圖

圖2 智能控制器結(jié)構(gòu)框圖

電源和復(fù)位電路

圖3 電源和復(fù)位電路

　　2 電源與復(fù)位電路設(shè)計(jì)

　　DSP系統(tǒng)對(duì)電源的性能（如紋波、上電順序等）要求較高，因此在本設(shè)計(jì)選用了線性調(diào)壓電路芯片 TPS767D301。TPS767D301為雙輸出低漏電壓調(diào)整器，其特點(diǎn)如下：每個(gè)電源輸出都有單獨(dú)的復(fù)位和輸出使能控制；具有快速瞬態(tài)響應(yīng)功能；電壓輸出3.3V/1.8V可調(diào)。

　　采用TPS767D301構(gòu)成的電源電路從外部穩(wěn)壓電源引入+5V電壓，+5V電壓經(jīng)TPS767D301后輸出電壓為1.8V和3.3V。為減小電源本身對(duì)DSP的干擾，在電路中增加了濾波網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

　　3 A/D、D/A電路設(shè)計(jì)

　　TMS320F2812芯片上有一個(gè)12位、轉(zhuǎn)換頻率為25MHz的ADC, 其前端為兩個(gè)8選1的多路轉(zhuǎn)換器和兩路同時(shí)采樣/保持器。在要求不很高時(shí)，完全可利用其構(gòu)成同步順序采樣電路,或者增加外部采樣保持器后構(gòu)成同步采樣?？紤]到本系統(tǒng)對(duì)電量采集精度和速度的要求較高,采樣模塊中選用了外置的六通道 16位ADC ADS8364。該器件內(nèi)部包括6個(gè)高速采樣-保持放大器、6 個(gè)高速ADC、一個(gè)考電壓源及3個(gè)參考電壓緩沖器,可以提供250KSPS的同步采樣率,還可提供具有超低功耗(69mW/每通道)的所有6個(gè)輸入通道的轉(zhuǎn)換,樣使得所有通道的單位成本均較低。6個(gè)通道的數(shù)據(jù)輸出接口電壓介于2.7～5.5V，便于與DSP直接接口，省去了中間的電平轉(zhuǎn)換。6個(gè)完全獨(dú)立的 ADC可大大提高硬件整體的并行處理速度，在50kHz輸入信號(hào)下仍可保證大于80dB的卓越共模抑制能力，特別適合用于高干擾環(huán)境。圖4為 ADS8364與TMS320F2812的接口電路。

　　為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制功能，D/A 轉(zhuǎn)換電路中選用四路12位電壓輸出型DAC TLV5614，它具有靈活的四線串行接口，可以與TMS320 SPI、QSPI和Microwire串行口實(shí)現(xiàn)無縫連接。TLV5614的編程控制由16位串行字組成，即兩位DAC地址、兩個(gè)獨(dú)立的DAC控制位和 12位的DAC輸入值。器件采用雙電源供電：一組為串行接口使用的數(shù)字電源，即DVDD和DGND；另一組為輸出緩沖器使用的模擬電源，即AVDD和 AGND。兩組電源相互獨(dú)立且可為2.7～5.5V之間的任何值。雙電源應(yīng)用的好處是DAC使用5V電源工作，而DAC的數(shù)字部分使用2.7～5.5V電源，可以和多種接口連接。