TMS320VC5402在汽車防撞警示雷達中的應(yīng)用

近十幾年來，美國、日本和歐洲多家著名汽車公司投入巨額資金，先后研制成功了24GHz、60GHz、76.5GHz三種頻率的單脈沖和調(diào)頻連續(xù)波兩種體制的汽車防撞雷達系統(tǒng)。這兩種體制的雷達系統(tǒng)已經(jīng)在高檔轎車中應(yīng)用了，但沒有廣泛普及。

　　近年來價格低廉的高性能DSP芯片的出現(xiàn)極大地推動了世界電子產(chǎn)品的發(fā)展，使得低成本高性能的汽車防撞雷達的實現(xiàn)和普及成為可能。本文提出用高性能DSP芯片TMS320VC5402擔(dān)任數(shù)字信號處理任務(wù)、CPLD完成控制和接口邏輯、單片機AT89C51提供人機通道和其余協(xié)調(diào)工作的汽車防撞警示雷達信號處理部分的原理方案，并簡要介紹其實現(xiàn)電路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　1 TMS320VC5402簡介

　　TMS320VC5402是TI公司C54x系列定點DSP芯片中的新產(chǎn)品它集中了此系列早期產(chǎn)品的優(yōu)點，并提供了許多新的功能，開發(fā)和使用更加方便。C5402具有靈活的指令系統(tǒng)和操作性能，它可選擇助記符指令或算術(shù)指令作為編程指令，同時支持匯編語言和C語言的單獨或混合編程。C5402采用改進的Harvanl處理結(jié)構(gòu)，指令流水線操作。計算和處理速度很高，系統(tǒng)單指令周期可達到10ns。在片內(nèi)提供16k的RAM用作程序和數(shù)據(jù)存儲，其最大可擴展尋址空間為1M字節(jié)。C5402提供的McBSP串口和DAM數(shù)據(jù)傳送方式極大地方便它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)。C5402由于其高性能價格而成為當(dāng)前語言和靜態(tài)圖象處理和主流產(chǎn)品：

　　(1)運算速度快。指令周期為10ns，運算能力為100 MIPS。

　　(2)強大的尋址能力。1M×16位最大可尋址外部存儲空間，內(nèi)置16K×16位RAM，4K×16位ROM。

　　(3)優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)。內(nèi)部有1個40位的算術(shù)邏輯單元，2個40位的累加器，2個40位的加法器，1個17×17的乘法器和1個40位的桶形移位器。有4條內(nèi)部總線(三條16位數(shù)據(jù)存儲器總線和一條程序存儲器總線)和2個地址產(chǎn)生器。

　　(4)智能外設(shè)。除了標(biāo)準的串行口和時分復(fù)用(TDM)串行口外，TMS320VC5402還提供了自動緩沖串行口BSP和與外部處理器通信的HPI接口。BSP可提供2K字數(shù)據(jù)緩沖的讀寫能力，從而降低了處理器的額外開銷，BSP的最大數(shù)據(jù)吞吐量為100Mbit/s，即使在IDLE方式下，BSP也可以全速工作。HPI可以與外部標(biāo)準的微處理器直接接口。

　　(5)低功耗方式。TMS320VC5402內(nèi)核電源1.8V，IO電源3.3V，三個低功耗方式(IDLE1、IDLE2和IDLE3)可以節(jié)省DSP的功耗?熏特別適合電池供電系統(tǒng)。

　　(6)體積小。144腳LQFP封裝。

　　(7)開發(fā)方便。JTAG掃描仿真接口。

　　JTAG最初是用來對芯片進行測試的，JTAG的基本原理是在器件內(nèi)部定義一個TAP(Test Access Port;測試訪問口)通過專用的JTAG測試工具對進行內(nèi)部節(jié)點進行測試。JTAG測試允許多個器件通過JTAG接口串聯(lián)在一起，形成一個JTAG鏈，能實現(xiàn)對各個器件分別測試。現(xiàn)在，JTAG接口還常用于實現(xiàn)ISP(In-System Programmable�在線編程)，對FLASH等器件進行編程。

　　TMS320VC5402以其獨有的高性能、低功耗和低價格優(yōu)勢，在一推出就受到業(yè)內(nèi)用戶的普遍歡迎，這也是我們選擇它作為該汽車防撞警示雷達的數(shù)字信號處理器的主要原因。

　　2 防撞雷達設(shè)計思想及性能參數(shù)簡介

　　該汽車防撞警示雷達的主要設(shè)計思想，是考慮到迎面相撞和追尾等惡性交通事故往往發(fā)生在路況復(fù)雜、能見度差、駕駛員疲勞的情況下，所以其最主要的設(shè)計目的是及早發(fā)現(xiàn)前方有潛在危險的目標(biāo)，并及時報警以提醒駕駛員做出相應(yīng)的處理動作。由于在汽車行駛過程中，多普勒傳感器接收到的信號十分復(fù)雜，要使之能在很小的視域里對汽車前方的多個目標(biāo)進行檢測、分類、跟蹤，并做出判斷、報警，必須進行大量復(fù)雜的實時數(shù)字信號處理運算，因此我們選用高性能DSP芯片TMS320VC5402來完成這一系列復(fù)雜的算法;同時，為了提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性，我們采用CPLD器件來完成系統(tǒng)所需要的各種控制和接口功能。

　　該雷達的主要技術(shù)參數(shù)如下：

　　(1)屬于全天候型警示雷達系統(tǒng)，在霧、雨、雪、夜等各種惡劣的氣象環(huán)境和復(fù)雜的路況條件下均可正常工作。

　　(2)工作波段：微波或毫米波。

　　(3)發(fā)射機類型：耿氏二極管。

　　(4)發(fā)射機輸出功率：20mW。

　　(5)天線水平波束寬度：6°。

　　(6)作用距離：200m。

　　(7)更新速率：20次/秒。

[!--empirenews.page--]3 電路原理設(shè)計

　　由于TMS320VC5402在數(shù)值算法上有很強的能力，然而在事務(wù)調(diào)度方面卻并不擅長，因此我們用一片AT89C51與之配合，采用主從結(jié)構(gòu)處理方式。由TMS320VC5402完成A/D采樣以及有關(guān)數(shù)值計算的一系列處理，包括雜波濾除、時域加窗、FFT、功率譜估計、譜峰搜索、目標(biāo)提取、目標(biāo)跟蹤等等;由單片機完成事務(wù)調(diào)度、人機接口、顯示和危險報警任務(wù)。TMS320VC5402與AT89C51的數(shù)據(jù)交換采用并行方式。系統(tǒng)信號處理原理框圖如圖1所示。

　　在圖1中，CPLD主要完成的任務(wù)有四個：(1)各端口的地址譯碼，包括AD775的啟動、讀數(shù)，各標(biāo)志單元的地址產(chǎn)生等。(2)TMS320VC5402與單片機之間的數(shù)據(jù)交換。(3)AD775的控制邏輯。AD775是A/D公司生產(chǎn)的一款采樣頻率高達20MHz的8位并行A/D器件，其控制十分方便。啟功A/D后由TMS320VC5402的BIO口查詢AD775的結(jié)束標(biāo)志，即可讀取有效轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。(4)TMS320VC5402與FLASH EPROM的接口。CPLD的應(yīng)用使得整個系統(tǒng)的電路設(shè)計大大簡化，且結(jié)構(gòu)緊湊、協(xié)調(diào)有序、調(diào)試方便、性能可靠。圖2為CPLD內(nèi)部主要功能框圖。

　　4 軟件設(shè)計

　　TMS320VC5402需要完成的主要任務(wù)有：(1)啟動A/D并讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。(2)目標(biāo)提取，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理(雜波濾除、時域加窗)、功率譜估計、譜峰搜索、目標(biāo)分類、危險目標(biāo)確定及跟蹤等等。(3)與AT89C51交換數(shù)據(jù)。

　　單片機主要完成與DSP交換數(shù)據(jù)、門限設(shè)定、人機接口、判斷報警等任務(wù)。我們將這些內(nèi)容分成不同的子程序按模塊進行設(shè)計，調(diào)試和擴展十分方便。以下是我們給出的TMS320VC5402軟件編程的流程圖，如圖3所示。

　　該汽車防撞雷達系統(tǒng)不僅成本低廉、體積小、可靠性高，而且先進的數(shù)字信號處理算法使其靈敏度高、虛警概率低，危險目標(biāo)發(fā)現(xiàn)及時準確。