基于DSP的无人值守地面探测系统硬件设计

图5DSP与SDRAM和FLASH的接口电路图

存储模块的设计

DSP既可将SRAM作为程序存储器，也可作为数据存储器。本系统用FLASH存放程序，在系统运行时，为提高运行速度，需将程序从FLASH搬至快速SRAM中运行，此时SRAM地址映射在程序空间中，而当系统的数据存储空间超过内部RAM时，SRAM地址映射在数据空间中。系统采用HY57V641620型动态数据存储器SDRAM作为SRAM。

为了充分发挥DSP性能，在加电后需要将用户代码装载到高速RAM存储器中运行。FLASH存储器是一种高密度、非易失性的电可擦写存储器，存储量大，使用方便，适用于低功耗、高性能的系统。设计FLASH与DSP的接口时，FLASH的数据线和地址线分别和DSP的外部数据和地址总线相连，FLASH的分页控制位A[13:18]位连接CPLD，对CPLD编程实现寄存器控制高位译码，使得DSP可以访问FLASH的高位存储地址段。

传感器调理及放大电路设计

（1）地震动信号采集电路

考虑到地震动信号的频率均为150Hz以下，在仪器用测量放大器的基础上添加了低通滤波电路，以进一步抑制环境高频噪声对信号产生的不良影响，该低通滤波器将采集到的地震动信号频率限制在340Hz以下。

OPA4336是CMOS型、轨对轨输入输出的运算放大器，提供了4个独立的放大器，具有高输入阻抗、低输入失调电压、低输入偏置电流、低噪声等特点，其电源工作范围为2.3V~5.5V。系统放大电路由两级组成：两个对称的同相放大器U6A和U6C构成第一级，U6B为第二级放大器，U6D是声音放大器，震动信号调理及放大电路如图6所示。

图6 震动信号调理及放大电路图

为了提高电路的抗共模干扰能力和抑制漂移的影响，在电路设计过程中严格保证各级反馈电阻的平衡匹配。严格保证R6=R15，R8=R13，R9=R14，R10=R12。整个放大器的闭环放大倍数为：

该两级放大电路，既满足电路稳定性要求，又可提供一定倍数的增益。对经过放大的信号进行A/D转换后即可送入DSP进行信号的采集与识别。

（2）声信号采集电路

声音放大电路附加了一个一阶低通硬件滤波器(C41=470pF)以消除较高频环境噪声。此外，由于采用单电源模式，供电电压为3.3V，因此需提供一偏置电压将参考电平拉高1.6V，以保证信号的完整性。为了电源去耦，应在电源引脚和印制线路板上与运放参考端之间连接一个旁路电容。同时该电容在元器件布局时应尽量靠近运放电源引脚。VOICE接声音传感器，AIN1接DSP的A/D转换接口ADC1。声音信号调理及放大电路如图7所示。

图7 声音信号调理及放大电路图

便携式接收显示子系统的设计

单片机接收系统电路设计

采用ATMEL公司推出的AT89S52作为单片机接收系统主控芯片。AT89S52除了具有8051的全部功能外，还内置了一些比较实用的功能部件。如AT89S52内部的程序存储器是8KB可擦写的FLASH存储器，支持在线系统编程ISP，调试非常方便。单片机接收系统电路如图8所示。

图8 单片机接收系统电路图

液晶显示电路设计

显示模块有两种选择方案：①用数码管作为显示器；②LCD液晶显示。虽然数码管使用简单，但不能显示汉字、字符等，为了使指挥员能够更加直观并且更加迅速地了解目标的属性，便携式接收显示子系统采用JM12864带中文字库的液晶显示器作为显示模块。

JM12864可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符（8×16点阵）及64×256点阵显示RAM(SDRAM)。液晶显示模块电路如图9所示。

图9 液晶显示模块电路图

无线收发模块设计

无线收发模块选用深圳科易连公司生产的KYL-1020L，它的优点是通信距离远，并且具有休眠控制功能，DSP可以通过软件控制它处于工作或休眠状态，极大地降低了系统功耗。

KYL-1020L具有如下特点：①载波频率为433MHz；②多种可选的通讯接口，如RS-232和TTL；③8个通讯信道；④传输数率为9600bps；⑤数据格式为8N1/8E1/801；⑥提供方波传输功能，方便非标的编码客户使用；⑦收发一体，半双工工作模式；⑧低功耗，并具有休眠功能；⑨工作温度为-35℃~+75℃（工业级）。

KYL-1020L的休眠功能对本系统极为重要。由于休眠电流只有不到20μA，功率不到0.18mW，极大地降低了系统功耗，使得系统能够长时间工作。无线收发模块电路如图10所示。

图10 无线收发模块电路图

结束语

本文完成了基于DSP无人值守地面探测系统的硬件设计。首先介绍了系统总体方案设计以及传感器和电子元件的选型，然后阐述了DSP工作模块、电源模块、外部寄存器接口电路、存储模块和传感器调理及放大电路的设计，最后介绍了便携式接收显示子系统的设计。该地面探测系统性能稳定，原理可行，能实时地为侦察或警戒分队提供战场信息。