導(dǎo)語(yǔ)：低能耗艦船電路設(shè)計(jì)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:在嵌入式環(huán)境下進(jìn)行艦船電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高艦船控制電路的集成性，提出一種基于DSP技術(shù)的低能耗艦船嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方法，采用ADSP21160處理器為核心控制芯片，進(jìn)行艦船電路的AD模塊設(shè)計(jì)、控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)和通信模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船的信息采集和數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程通信功能，在ARM嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行艦船電路的集成開(kāi)發(fā)，降低電路的能耗，提高電路的集成性和可靠性。測(cè)試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行艦船電路設(shè)計(jì)，電路的功率放大能力較好，信號(hào)處理能力較強(qiáng)，具有很好的電路穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；艦船；電路設(shè)計(jì)；DSP

隨著集成電路控制技術(shù)的發(fā)展，在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行艦船集成電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船環(huán)境信息采集、艦船目標(biāo)信號(hào)處理和艦船集成控制與遠(yuǎn)程通信等，艦船的電路系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的集成電路系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)艦船電路系統(tǒng)的低能耗設(shè)計(jì)，采用集成數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行艦船電路的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高艦船電路系統(tǒng)的綜合開(kāi)發(fā)能力，從而保障艦船的穩(wěn)定可靠運(yùn)行[1]。研究嵌入式系統(tǒng)的低能耗艦船電路設(shè)計(jì)方法，在提高艦船的本機(jī)振蕩性和功率增益方面具有重要意義，通過(guò)艦船綜合電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船電路的集成控制優(yōu)化，從而降低艦船的功耗開(kāi)銷，相關(guān)的電路設(shè)計(jì)方法研究受到人們的極大重視。本文設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)下的低能耗艦船電路系統(tǒng)主要包括AD模塊、控制單元、信號(hào)處理模塊和遠(yuǎn)程通信模塊，結(jié)合嵌入式設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)艦船電路的嵌入式集成設(shè)計(jì)，并進(jìn)行電路測(cè)試仿真，得出有效性結(jié)論。

1電路設(shè)計(jì)總體構(gòu)架及指標(biāo)分析

本文設(shè)計(jì)的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船聲吶信號(hào)采集和多功能通信系統(tǒng)中，采用低能耗的嵌入式設(shè)計(jì)方案，采用DSP作為集成數(shù)字信息處理中樞，以ADSP21160處理器為核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作為NANDFLASH進(jìn)行信號(hào)濾波檢測(cè)和數(shù)據(jù)緩存處理，采用多傳感器信號(hào)處理和跟蹤融合方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和包絡(luò)檢波處理，并與上位機(jī)通信，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣的艦船信號(hào)和采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和動(dòng)態(tài)增益控制。在程序加載模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)增益碼加載控制，并通過(guò)DSP接收PCI總線的增益控制碼，通過(guò)AD電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)預(yù)處理和信號(hào)頻譜分析，采用8086及80286單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)控制的CPU，進(jìn)行艦船電路系統(tǒng)的總線控制[2]，本文設(shè)計(jì)的艦船電路系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船回波信號(hào)的高頻放大、混頻處理、本機(jī)振蕩、中頻放大、低頻功放、鑒頻以及正交解調(diào)處理，得到本文設(shè)計(jì)的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)的功能模塊組成如圖1所示。C1=C2=CR1=R2=R根據(jù)圖1所示的艦船電路系統(tǒng)的功能模塊組成，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，本文設(shè)計(jì)的艦船電路主要包括AD模塊設(shè)計(jì)、控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)和通信模塊設(shè)計(jì)。通信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船的遠(yuǎn)程通信傳輸控制功能；艦船電路的信號(hào)接收機(jī)采用三級(jí)接收放大設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，選擇第一級(jí)放大電路的隔直流電容：,電阻，使用256Mbyte的DDR內(nèi)存作為緩存器，嵌入式艦船電路系統(tǒng)的濾波模塊設(shè)計(jì)中，搭建一個(gè)二階有源低通濾波器進(jìn)行隔直流放大和噪聲濾波，根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)構(gòu)架分析，得到本文設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)的低能耗艦船電路的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖2所示。

2電路模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在上述進(jìn)行艦船電路的總體設(shè)計(jì)構(gòu)造分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電路的模塊化設(shè)計(jì)，本文提出一種基于DSP技術(shù)的低能耗艦船嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方法，根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，本文設(shè)計(jì)的艦船電路系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)振蕩信號(hào)濾波和艦船系統(tǒng)的嵌入式控制，采用32位RISC型指令集進(jìn)行艦船電路的集成控制，使用16位定點(diǎn)DSP內(nèi)核進(jìn)行外部時(shí)鐘控制，采用2個(gè)雙通道全雙工超外差接收機(jī)實(shí)現(xiàn)艦船信號(hào)采集和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收[3]，設(shè)計(jì)的艦船電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集和集成處理過(guò)程：1）艦船信號(hào)采集過(guò)程：通過(guò)12通道DMA進(jìn)行艦船信號(hào)的集成信息采集和遠(yuǎn)程輸入控制，根據(jù)艦船信號(hào)的采樣結(jié)果進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，提高艦船數(shù)據(jù)的輸出響應(yīng)，采用包絡(luò)檢波和振幅控制方法降低輸出誤差，使得信號(hào)輸入范圍盡量大。2）艦船信號(hào)的自適應(yīng)處理過(guò)程：選擇ADI公司的高速A/D芯片進(jìn)行艦船信號(hào)濾波和包絡(luò)放大處理，提高輸出增益，設(shè)計(jì)功率放大器進(jìn)行自相關(guān)增益放大，降低艦船電路的能耗[4]。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理，對(duì)嵌入式系統(tǒng)下的低能耗艦船電路進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，描述如下：1）AD模塊電路設(shè)計(jì)。AD電路設(shè)計(jì)采用AD9225作為外圍電路，使用雙路16位電流振蕩控制器進(jìn)行艦船信號(hào)的AD控制和時(shí)鐘采樣，在數(shù)據(jù)接收端設(shè)置中斷子程序進(jìn)行時(shí)鐘控制，提高系統(tǒng)的邏輯控制能力。將采集的艦船噪聲數(shù)據(jù)和相關(guān)的信號(hào)到C51單片機(jī)和DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片中實(shí)行包絡(luò)檢波和頻譜分解，提取信號(hào)特征，并通過(guò)多通道的數(shù)據(jù)傳輸鏈路層實(shí)現(xiàn)信息收發(fā)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，利用D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集的艦船數(shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換。−2V⩽Vc⩽02）控制單元電路設(shè)計(jì)。控制模塊單元是將AD電路采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后輸入的集成DSP芯片中進(jìn)行艦船集成控制，實(shí)現(xiàn)控制指令的收發(fā)和處理，將原始的物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)和DSP芯片能識(shí)別的數(shù)字信息，假設(shè)艦船輸出增益控制的動(dòng)態(tài)輸入端范圍是，系統(tǒng)的運(yùn)放供電為+12V和–12V，在ITU-656PPI模式進(jìn)行艦船數(shù)據(jù)采集后的幀循環(huán)控制，在設(shè)置完DMA參數(shù)后建立雙緩沖循環(huán)控制電路進(jìn)行信號(hào)檢波[5]，通過(guò)相位鑒頻器消除rc與tc的直接耦合，得到控制單元電路設(shè)計(jì)如圖3所示。3）信號(hào)處理模塊電路設(shè)計(jì)。信號(hào)處理模塊電路采用超外差接收反饋振蕩器進(jìn)行信號(hào)增益放大，將A/D采樣的兩信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波處理，采用ADSP21160處理器為核心控制芯片，設(shè)定模擬預(yù)處理機(jī)動(dòng)態(tài)范圍：–40dB～+40dB，配置寄存器（SYSCR）的BMODE位，數(shù)字電源采用數(shù)字3.3V供電，SENCE管腳通過(guò)VINB與VREF相連，設(shè)計(jì)信號(hào)檢波的最大時(shí)鐘頻率為38kHz，采用雙運(yùn)放LM358設(shè)計(jì)相位檢波器，實(shí)現(xiàn)低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)的電平轉(zhuǎn)換電路，在選頻濾波處理處理收，在信號(hào)的輸出終端組成一個(gè)16階的帶通濾波器進(jìn)行噪聲濾波，根據(jù)線性濾波的誤差自動(dòng)調(diào)整濾波器參數(shù)，提高信號(hào)輸出的放大倍數(shù)，信號(hào)處理器的中斷復(fù)位采用程序掉電控制復(fù)位方法，根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理，得到本文設(shè)計(jì)的艦船信號(hào)處理電路如圖4所示。4）通信模塊電路設(shè)計(jì)。通信模塊實(shí)現(xiàn)艦船的遠(yuǎn)程通信和指令傳輸控制功能，通信模塊的初級(jí)放大電路選用VCA810作為控制器，進(jìn)行信號(hào)的增益放大，DSP控制SEL1電平實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波和程序控制，設(shè)計(jì)采樣頻率為1200kHz，將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)包絡(luò)檢波模塊進(jìn)行程序控制處理，并通過(guò)模擬預(yù)處理機(jī)進(jìn)行上位機(jī)通信和信號(hào)濾波，提高數(shù)據(jù)采集的增益放大能力，最后在通信模塊的輸出端設(shè)計(jì)電源模塊，電源模塊是實(shí)現(xiàn)船舶系統(tǒng)的供電功能，時(shí)鐘模塊實(shí)現(xiàn)中斷控制，采用通用PPI模式和ITU-656PPI模式進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。

3電路測(cè)試分析

在對(duì)上述電路進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在嵌入式ARM中進(jìn)行艦船電路集成設(shè)計(jì)，并測(cè)試電路的穩(wěn)定性，電路測(cè)試的仿真器是ADI的HPPCI仿真器，分別測(cè)試艦船電路的輸出時(shí)鐘以及功率增益放大性能，得到測(cè)試結(jié)果如圖5所示，分析圖5得知，采用本文方法進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)艦船電路設(shè)計(jì)，電路的穩(wěn)定性較好，輸出增益較大，功耗較低，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

4結(jié)語(yǔ)

本文在嵌入式ADSP21160處理器芯片基礎(chǔ)上進(jìn)行艦船電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的艦船電路系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)振蕩信號(hào)濾波和艦船系統(tǒng)的嵌入式控制和信號(hào)處理等功能，主要對(duì)AD模塊設(shè)計(jì)、控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)和通信模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并在HPPCI仿真器中進(jìn)行電路調(diào)試，結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行艦船電路設(shè)計(jì)能有效提高系統(tǒng)增益，降低功耗，電路的穩(wěn)定性和可靠性較好。

作者:劉竹 單位:四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院