基于单片机和DSP的被动声目标探测平台设计

文章摘要：基于所设计的信号处理硬件平台，设计完成了相应的驱动程序，包括：与信号采集模块连接的EMIF的接口程序，和系统控制模块通信的SPI程序，可以和PC相连的USB驱动程序，支持I2C的通信程序以及DSP集成的ADC的采样程序等。程序设计都采用模块化，便于应用程序的开发集成。基于上述软硬件平台，可以进一步开展后续开发，基本上可以满足各种目标探测算法的需求。2.3 系统控制模块系统控制模块主要由MSP430单片机来实现。MSP430系列是一个16 bit、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，适于电池应用的场合或手持设备。笔者采用MSP430F149芯片，它集成的外设有：8通道12 bit ADC，2

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　　基于所设计的信号处理硬件平台，设计完成了相应的驱动程序，包括：与信号采集模块连接的EMIF的接口程序，和系统控制模块通信的SPI程序，可以和PC相连的USB驱动程序，支持I2C的通信程序以及DSP集成的ADC的采样程序等。程序设计都采用模块化，便于应用程序的开发集成。基于上述软硬件平台，可以进一步开展后续开发，基本上可以满足各种目标探测算法的需求。

2.3 系统控制模块

　　系统控制模块主要由MSP430单片机来实现。MSP430系列是一个16 bit、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，适于电池应用的场合或手持设备。笔者采用MSP430F149芯片，它集成的外设有：8通道12 bit ADC，2个具有3个捕获／比较寄存器的16 bit定时器、2通道串行通信接口(软件选择UART／SPI模式)等。基于MSP430单片机的具体外设资源，笔者设计了相应的系统控制模块硬件平台。

　　在上述的硬件平台中，MSP430单片机可以通过串行通信接口中的SPI模式和信号处理模块进行高速通信；可以通过串行通信接口0中的USART模式和PC机进行通信；可以通过串行通信接口1中的USART模式和姿态传感器TCM2进行通信，实时获取平台本身的姿态信息。另外笔者还把MSP430单片机的8通道ADC和2个16bit定时器全部外接出来，利用这些资源可以实现多种控制功能，比如可以实现信号采集模块的输入信号的前置调理和控制(以满足AD采样的要求)，传统的前置通道设计一般是模拟的或固定的，利用笔者所设计的平台，可以很方便地实现全数字化的前置通道控制(如程控滤波器和数字AGC等)。

　　基于所设计的硬件，开发出了相应的驱动模块，完成了MSP430单片机和信号处理模块的SPI通信程序、与PC进行串口通信程序和获取TCM2姿态信息的串口通信程序等。

2.4 电源模块

　　本模块主要由TPS73HD3XX系列双电压调整器和一些附加电路组成5。

　　从THS73HD3XX电压调整器出来的1.6 V和3.3 V电压经过由MSP430单片机P5.0口控制的开关电路再提供给DSP供电，而DSP的复位信号与MSP430单片机P1.0口相连。这种设计可以很方便地实现系统的电源控制，系统的功耗可以有效地进行控制，因为整个系统的功耗主要在DSP上，MSP430单片机的功耗很低，在不需要DSP工作的时候，可以适时地让其掉电，需要的时候再进行上电和复位。

3 系统调试和外场试验结果

　　在上述硬件模块及相应软件的基础上，对整个系统进行了调试。在已完成的平台上实现了自适应参量模型法定向定位算法，进行了消声室模拟缩比定向试验，俯仰角引起的距离相对误差为±3.8％，方位角引起的距离相对误差为±0.88％，算法的精度和处理的实时性达到了满意的结果。

4 结束语

　　笔者完成了通用被动声目标探测平台的设计，其具有强大的外设扩展功能、电源控制，系统的平均功耗可控制到毫安级。由于采用高集成度的器件，电路板尺寸较小，为94mm×140mm，能满足实际运用的要求。接口驱动软件为应用系统设计提供了便利。整个软硬件平台通过了外场的实际测试，能满足系统设计的要求。

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