基于数字信号处理器的雷达测速与通讯系统部分技术

基于数字信号处理器的雷达测速与通讯系统部分技术

潘文

关键词：DSP雷达测速多普勒效应

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(DigitalSignalProcessor,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100MIPS(MillionInstructionsPerSecond,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(BootLoader),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+PlusI。

2DSP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SCI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、SCI(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(ADCFIFO)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(SCIBUFF)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