摘 要：介紹了ti" title="ti">title="TMS320VC5402" title="TMS320VC5402">TMS320VC5402">TMS320VC5402芯片的主要特點,、功能及其結(jié)構(gòu)，給出了采用該芯片的汽車防撞警示雷達信號處理部分的電路原理設(shè)計和軟件設(shè)計,。該雷達可對道路前方的目標進行準確地探測,、分類、跟蹤以及發(fā)現(xiàn)危險目標后進行報警。經(jīng)過多次上車試驗,，證明其性能優(yōu)良,、工作穩(wěn)定可靠,，在能見度較差的氣象環(huán)境和復雜的路況條件下能確保機動車輛安全行駛,，降低交通事故發(fā)生率。
關(guān)鍵詞： 防撞警示雷達 DSP" title="DSP">DSP CPLD" title="CPLD">CPLD FFT
隨著汽車工業(yè)和高速高架公路的飛速發(fā)展,，汽車撞車事故亦隨之日益嚴重,。汽車制造商迫切需要解決汽車的防撞報警問題。歐洲的一項研究表明:駕駛員只要在有碰撞危險的0.5秒前得到“預警”,，就可以避免至少60%的追尾撞車事故,、30%的迎面撞車事故和50%的路面相關(guān)事故;若有1秒鐘的“預警”時間，則可避免90%的事故發(fā)生,。因此,，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),。 毫米波(微波)防撞雷達與其它系統(tǒng)(如超聲波、激光)相比,，具有顯著的優(yōu)點:它們可探測目標的距離和方位(角度);特別適合在惡劣環(huán)境下(如雨,、雪、霧等天氣下)工作;系統(tǒng)后端信號處理機可根據(jù)使用要求,，聯(lián)接并控制轎車的自動操作系統(tǒng)以達到自動減速,、“巡航”、慢速行車或緊急剎車等目的,。這兩種體制的雷達系統(tǒng)已經(jīng)在美國的三大汽車公司,、日本尼桑公司和歐洲一些汽車公司的高檔轎車中應(yīng)用，但由于其成本高昂而未能得到廣泛使用,。
盡管我國的汽車防撞雷達研制起步較晚,，但已得到業(yè)界的高度重視。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是美國TI公司1999年10月推出的一款性價比極高的定點DSP芯片，該芯片具有以下主要特點?眼1?演:
(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),。除了標準的串行口和時分復用(TDM)串行口外，TMS320VC5402還提供了自動緩沖串行口BSP(Auto-Buffered Serial Port)和與外部處理器通信的HPI(Host Port Interface)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(IEEE標準,，P1149.1),。
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,，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雜,，要使之能在很小的視域里對汽車前方的多個目標進行檢測,、分類、跟蹤,，并做出判斷,、報警,，必須進行大量復雜的實時數(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,。
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" title="FFT">FFT、功率譜估計,、譜峰搜索,、目標提取、目標跟蹤等等;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,。由于AT89C51對于DSP來說屬于慢速器件,，因此我們采用雙緩沖結(jié)構(gòu)以保證數(shù)據(jù)交換可靠，XF和P2.7用于TMS320VC5402與單片機交換數(shù)據(jù)時的應(yīng)答信號,。(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)束標志,，即可讀取有效轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。(4)TMS320VC5402與FLASH EPROM的接口,。由于EPROM是讀取時間為120ns的慢速器件,，我們設(shè)計了2個周期的硬件等待電路[2]，CPLD中的模塊大多由硬件描述語言VHDL寫成,。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)目標提取，包括數(shù)據(jù)預處理(雜波濾除,、時域加窗),、功率譜估計、譜峰搜索,、目標分類,、危險目標確定及跟蹤等等。(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(與國外同類產(chǎn)品相比)、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,，危險目標發(fā)現(xiàn)及時準確,。
參考文獻
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