论基于数字信号处理器的雷达测速与通讯系统部分技术

【论文关键词】DSP 雷达测速 多普勒效应
　　【论文摘要】针对中国金属矿山斜井人车的测速问题，主要介绍了DSP芯片TMS320VC5402的特性。利用现代谱估计的算法，在DSP芯片中对检测车辆雷达运动产生的多普勒频率进行频谱分析。
　　　　
　　目前，我国正在研制一种新型的雷达测速传感器。同时，由于现在DSP (Digital Signal Processor，数字信号处理器)已经广泛应用在通信、计算机、工业控制领域，使用DSP为处理核的雷达测速系统对目前车载雷达测速系统具有重要的意义。
　　
　　1.数字处理部分
　　系统的数字信号处理部分选择高性能低价位的DSP芯片TMS320VC5402完成。这一款芯片运算速度快，指令周期10ns，运算能力100M IPS(Million Instructions Per Second，每秒处理百万级的机器语言指令数)，内部有1个40位的算术逻辑单元， 2个40位的累加器， 2个40位的加法器， 1个17 ×17乘法器和1个40位的桶型移位器， 4条内部总线(3条16位数据存储器总线和1条程序存储器总线)和2个地址产生器。为进行多普勒频谱的数据分析提供了便利的条件，可以实时准确的估算出多普勒频率。DSP可提供2KB (2KB = 2千字= 4千字节，数据单位)数据缓冲的读写能力，从而降低了处理器的额外开销， DSP的最大数据吞吐量为100Mbit/ s(每秒100兆字节，数据传输单位) ，即使在IDLE (省电工作方式)方式下也可以全速工作。数字处理部分主要由低通滤波、信号调理， A /D转换及TMS320VC5402硬件系统组成。信号经过一定的信号调理以后，再经A /D转换成为数字信号送给DSP进行信号处理，最后处理的结果通过液晶显示，还可以通过串口发送到远程主控系统。
　　(1)电源部分设计。TMS320VC5402采用低电压工作，其内核电压为1. 8V， I/O 管脚的电压是3. 3V，为了使系统设计方便并满足低功耗的特点，本系统用的SRAM、FLASH、A /D等器件都是兼容3. 3V供电。TI公司的电压调节器TPS73HD318 可以由5V 产生3. 3V 和1. 8V 的电压输出，最大电流为750mA，可以满足要求。
　　(2)A/D 转化部分设计。TLC32OAD5OC (简称AD50)芯片采用过采样技术，可进行A /D和D /A 的高分辨率、低速信号转换。AD50中的可选项和电路配置可以通过串行口进行编程，配置位可进行软件编程，该器件中共有7个数据和控制寄存器可供使用。设计中使用TMS320VC5402的McBSP1 (多通道缓冲串口)完成配置AD50以及接收转换好的数字信号。硬件连接采用AD50的主控模式(M/S-1)，向TMS320VC5402的McBSP提供SCLK (数字移位时钟)和FS(帧同步脉冲)，并控制数据的传输过程。TMS320VC5402工作于SPI方式(串行外设接口)的从机模式， CLKX1和FSX1为输入引脚，在接收数据和发送数据时都是利用外界时钟和移位脉冲。为了使数据和控制信号能在同一串口传输，采用了两种通信模式：主通信模式和次通信模式。主通信模式专门用于转换数据的传送，主通信发生在每个数据转换期间。次通信模式只有在被请求时才会进行，本设计采用软件次通信请求方式，所以FC接地。
　　(3)存储器扩展部分设计。由于TMC320VC5402片内的RAM只有16k，不能满足本系统的要求，因此本系统对存储空间进行了扩展，分别扩展了32k的程序空间和32k的数据空间，并且也扩充了1块FLASH (不易失的重复可读写存储器)存储器。主要为了DSP上电以后完成初始化加载程序(Boot Loader)，把固化在FLASH 中的程序读入DSP的片上RAM或者片外RAM映射的存储空间。
　　(4)CPLD部分设计。由于本系统接口电路比较复杂，因此在SDRAM、FLASH和DSP的接口过程设计中采用CPLD 完成。本系统选用Altera 公司的EPM7128SLC84芯片，该芯片有门单元2500个，逻辑宏单元128个， I/O引脚84个。在CPLD的设计过程中，采用了Altera公司的可编程逻辑器件开发软件Max + Plus I。
　　
　　2 DSP软件设计
　　DSP的主要任务是将混频后的模拟信号转化为数字信号，然后将转换后的数据进行处理，将处理后的结果通过DSP的SC I与RS232连接完成DSP与上位机之间的通信。DSP的软件设计主程序分为以下几个部分：
　　(1)系统初始化。对看门狗、系统时钟、复位标志寄存器、定时器、I/O口方向位、A /D采样时钟、中断时间寄存器、SC I(串行通信接口)进行初始化。打开中断控制位，允许模数转换和串口接收中断。
　　(2)模数变换中断程序。模数变换器将模拟信号转换为数字信号，当模数转换完毕后，模数变换器设置中断标志位。程序终止当前指令的执行，转向执行中断服务程序，即数据存储程序。中断服务程序从模数变换器的数字结果寄存器(ADCF IFO)中读出数据，存入数据区。同时向D/A输出三角波系数，设定一个帧标志位，满一帧后继续数据处理程序。
　　(3)数据处理程序。将A/D采集来的数据进行FIR滤波，与门限比较，统计车辆数量并发出传送中断。为了保证数据的实时处理，数据存储采用乒乓结构，当程序对某数据空间进行处理时，数据采集工作在另一个数据空间，而且通过计算，数据采集时间小于数据处理时间，保证了所采数据的完整性。
　　 (4)SCI中断程序。将所要传送的数据送入缓存寄存器( SC IBUFF)中，根据初始化中数据的长度及地址对数据进行传送，传送结束后返回。程序采用汇编语言编写。软件的调试采用TI公司的CCS调试系统。利用信号源给硬件加上一定的信号，在CCS中对程序进行单步跟踪，通过串口显示检查程序的正确性。这样可以避免外场实验的许多不便，提高外场实验的效率，缩短开发周期。
　　
　　参考文献
　　[1]陈金鹰. DSP技术及应用[M]. 北京：机械工业出版社， 2004.
　　[2]徐国平，章红明. 一种基于TMS320F206 的雷达数据处理系统