導(dǎo)語：低能耗艦船電路設(shè)計研究一文來源于網(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，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、控制單元設(shè)計、信號處理模塊設(shè)計和通信模塊設(shè)計，實現(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發(fā)，降低電路的能耗，提高電路的集成性和可靠性。測試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行艦船電路設(shè)計，電路的功率放大能力較好，信號處理能力較強(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；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，實現(xiàn)艦船環(huán)境信息采集、艦船目標(biāo)信號處理和艦船集成控制與遠(yuǎn)程通信等，艦船的電路系統(tǒng)是一個綜合性的集成電路系統(tǒng)，通過對艦船電路系統(tǒng)的低能耗設(shè)計，采用集成數(shù)字信號處理芯片進(jìn)行艦船電路的控制系統(tǒng)設(shè)計，提高艦船電路系統(tǒng)的綜合開發(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，通過艦船綜合電路系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)艦船電路的集成控制優(yōu)化，從而降低艦船的功耗開銷，相關(guān)的電路設(shè)計方法研究受到人們的極大重視。本文設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)下的低能耗艦船電路系統(tǒng)主要包括AD模塊、控制單元、信號處理模塊和遠(yuǎn)程通信模塊，結(jié)合嵌入式設(shè)計方案，實現(xiàn)艦船電路的嵌入式集成設(shè)計，并進(jìn)行電路測試仿真，得出有效性結(jié)論。

1電路設(shè)計總體構(gòu)架及指標(biāo)分析

本文設(shè)計的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)主要實現(xiàn)對艦船聲吶信號采集和多功能通信系統(tǒng)中，采用低能耗的嵌入式設(shè)計方案，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)行信號濾波檢測和數(shù)據(jù)緩存處理，采用多傳感器信號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A/D轉(zhuǎn)換器對采樣的艦船信號和采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和動態(tài)增益控制。在程序加載模塊進(jìn)行動態(tài)增益碼加載控制，并通過DSP接收PCI總線的增益控制碼，通過AD電路實現(xiàn)模擬信號預(yù)處理和信號頻譜分析，采用8086及80286單片機(jī)作為計算機(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)計的艦船電路系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)對艦船回波信號的高頻放大、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，本文設(shè)計的艦船電路主要包括AD模塊設(shè)計、控制單元設(shè)計、信號處理模塊設(shè)計和通信模塊設(shè)計。通信模塊實現(xiàn)對艦船的遠(yuǎn)程通信傳輸控制功能；艦船電路的信號接收機(jī)采用三級接收放大設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需求，選擇第一級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)計中，搭建一個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)計構(gòu)架分析，得到本文設(shè)計的嵌入式系統(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)計與實現(xiàn)

在上述進(jìn)行艦船電路的總體設(shè)計構(gòu)造分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電路的模塊化設(shè)計，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)計方法，根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，本文設(shè)計的艦船電路系統(tǒng)能實現(xiàn)振蕩信號濾波和艦船系統(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)行外部時鐘控制，采用2個雙通道全雙工超外差接收機(jī)實現(xiàn)艦船信號采集和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)接收[3]，設(shè)計的艦船電路主要實現(xiàn)信號的采集和集成處理過程：1）艦船信號采集過程：通過12通道DMA進(jìn)行艦船信號的集成信息采集和遠(yuǎn)程輸入控制，根據(jù)艦船信號的采樣結(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，使得信號輸入范圍盡量大。2）艦船信號的自適應(yīng)處理過程：選擇ADI公司的高速A/D芯片進(jìn)行艦船信號濾波和包絡(luò)放大處理，提高輸出增益，設(shè)計功率放大器進(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)計原理，對嵌入式系統(tǒng)下的低能耗艦船電路進(jìn)行模塊化設(shè)計，描述如下：1）AD模塊電路設(shè)計。AD電路設(shè)計采用AD9225作為外圍電路，使用雙路16位電流振蕩控制器進(jìn)行艦船信號的AD控制和時鐘采樣，在數(shù)據(jù)接收端設(shè)置中斷子程序進(jìn)行時鐘控制，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)的信號到C51單片機(jī)和DSP數(shù)字信號處理芯片中實行包絡(luò)檢波和頻譜分解，提取信號特征，并通過多通道的數(shù)據(jù)傳輸鏈路層實現(xiàn)信息收發(fā)和數(shù)據(jù)存儲，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?？刂颇K單元是將AD電路采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后輸入的集成DSP芯片中進(jìn)行艦船集成控制，實現(xiàn)控制指令的收發(fā)和處理，將原始的物理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機(jī)和DSP芯片能識別的數(shù)字信息，假設(shè)艦船輸出增益控制的動態(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)行信號檢波[5]，通過相位鑒頻器消除rc與tc的直接耦合，得到控制單元電路設(shè)計如圖3所示。3）信號處理模塊電路設(shè)計。信號處理模塊電路采用超外差接收反饋振蕩器進(jìn)行信號增益放大，將A/D采樣的兩信號進(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VINB與VREF相連，設(shè)計信號檢波的最大時鐘頻率為38kHz，采用雙運(yùn)放LM358設(shè)計相位檢波器，實現(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，在信號的輸出終端組成一個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調(diào)整濾波器參數(shù)，提高信號輸出的放大倍數(shù)，信號處理器的中斷復(fù)位采用程序掉電控制復(fù)位方法，根據(jù)上述設(shè)計原理，得到本文設(shè)計的艦船信號處理電路如圖4所示。4）通信模塊電路設(shè)計。通信模塊實現(xiàn)艦船的遠(yuǎn)程通信和指令傳輸控制功能，通信模塊的初級放大電路選用VCA810作為控制器，進(jìn)行信號的增益放大，DSP控制SEL1電平實現(xiàn)包絡(luò)檢波和程序控制，設(shè)計采樣頻率為1200kHz，將采集的數(shù)據(jù)通過包絡(luò)檢波模塊進(jìn)行程序控制處理，并通過模擬預(yù)處理機(jī)進(jìn)行上位機(jī)通信和信號濾波，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)計電源模塊，電源模塊是實現(xiàn)船舶系統(tǒng)的供電功能，時鐘模塊實現(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電路測試分析

在對上述電路進(jìn)行模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上，在嵌入式ARM中進(jìn)行艦船電路集成設(shè)計，并測試電路的穩(wěn)定性，電路測試的仿真器是ADI的HPPCI仿真器，分別測試艦船電路的輸出時鐘以及功率增益放大性能，得到測試結(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，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)用價值。

4結(jié)語

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，設(shè)計的艦船電路系統(tǒng)能實現(xiàn)振蕩信號濾波和艦船系統(tǒng)的嵌入式控制和信號處理等功能，主要對AD模塊設(shè)計、控制單元設(shè)計、信號處理模塊設(shè)計和通信模塊進(jìn)行電路設(shè)計，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