基于單片機(jī)和DSP的被動(dòng)聲目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案

2.3 系統(tǒng)控制模塊
系統(tǒng)控制模塊主要由MSP430單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。MSP430系列是一個(gè)16bit、具有精簡(jiǎn)指令集、超低功耗的混合型單片機(jī)，適于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。筆者采用MSP430F149芯片，它集成的外設(shè)有：8通道12bit ADC，2個(gè)具有3個(gè)捕獲/比較寄存器的16bit定時(shí)器、2通道串行通信接口(軟件選擇UART/SPI模式)等?；贛SP430單片機(jī)的具體外設(shè)資源，筆者設(shè)計(jì)了相應(yīng)的系統(tǒng)控制模塊硬件平臺(tái)，原理框圖見圖4。

在上述的硬件平臺(tái)中，MSP430單片機(jī)可以通過串行通信接口中的SPI模式和信號(hào)處理模塊進(jìn)行高速通信;可以通過串行通信接口0中的USART模式和PC機(jī)進(jìn)行通信;可以通過串行通信接口1中的USART模式和姿態(tài)傳感器TCM2進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)獲取平臺(tái)本身的姿態(tài)信息。另外筆者還把MSP430單片機(jī)的8通道ADC和2個(gè)16bit定時(shí)器全部外接出來，利用這些資源可以實(shí)現(xiàn)多種控制功能，比如可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集模塊的輸入信號(hào)的前置調(diào)理和控制(以滿足AD采樣的要求)，傳統(tǒng)的前置通道設(shè)計(jì)一般是模擬的或固定的，利用筆者所設(shè)計(jì)的平臺(tái)，可以很方便地實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的前置通道控制(如程控濾波器和數(shù)字AGC等)。
基于所設(shè)計(jì)的硬件，開發(fā)出了相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)模塊，完成了MSP430單片機(jī)和信號(hào)處理模塊的SPI通信程序、與PC進(jìn)行串口通信程序和獲取TCM2姿態(tài)信息的串口通信程序等。

2.4 電源模塊
本模塊主要由TPS73HD3XX系列雙電壓調(diào)整器和一些附加電路組成。具體的電路原理框圖如圖5所示。

從THS73HD3XX電壓調(diào)整器出來的1.6 V和3.3V電壓經(jīng)過由MSP430單片機(jī)P5.0口控制的開關(guān)電路再提供給DSP供電，而DSP的復(fù)位信號(hào)與MSP430單片機(jī)P1.0口相連。這種設(shè)計(jì)可以很方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的電源控制，系統(tǒng)的功耗可以有效地進(jìn)行控制，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的功耗主要在DSP上，MSP430單片機(jī)的功耗很低，在不需要DSP工作的時(shí)候，可以適時(shí)地讓其掉電，需要的時(shí)候再進(jìn)行上電和復(fù)位。

3 系統(tǒng)調(diào)試和外場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果
在上述硬件模塊及相應(yīng)軟件的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試。在已完成的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)參量模型法定向定位算法，進(jìn)行了消聲室模擬縮比定向試驗(yàn)，俯仰角引起的距離相對(duì)誤差為±3.8%，方位角引起的距離相對(duì)誤差為±0.88%，算法的精度和處理的實(shí)時(shí)性達(dá)到了滿意的結(jié)果。定向定位散布界面示意圖如圖6所示。

4 結(jié)束語
筆者完成了通用被動(dòng)聲目標(biāo)探測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，其具有強(qiáng)大的外設(shè)擴(kuò)展功能、電源控制，系統(tǒng)的平均功耗可控制到毫安級(jí)。由于采用高集成度的器件，電路板尺寸較小，為94mm×140mm，能滿足實(shí)際運(yùn)用的要求。接口驅(qū)動(dòng)軟件為應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利。整個(gè)軟硬件平臺(tái)通過了外場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試，能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。