1 引言
海浪觀測是海洋調(diào)查的一項重要內(nèi)容,，采用裝有加速度式波浪傳感器的波浪浮標(biāo)是一種有效的海浪測量方式,。當(dāng)裝有波浪傳感器的浮標(biāo)隨波面起伏運動時,，浮標(biāo)內(nèi)傳感器輸出反映波面升沉加速度變化的信號，對其進行二次積分處理,，即可得到與波面起伏高度變化成比例的信號,，再對此信號進行處理，得到波高及波周期數(shù)據(jù),。加速度信號積分采用模擬積分電路,，也可采用數(shù)值積分方式,。通常波浪周期為2～30 s,，模擬積分電路采用積分電容值則較大，這使得傳感器體積比較大,，而且模擬線路易受外界溫度,、濕度等因素影響，不便于調(diào)試,，而采用數(shù)值積分方式則能有效克服這些問題,。
數(shù)值積分要進行大量乘加運算，DSP是一種適用于數(shù)字信號處理運算的微處理器,，可用于實現(xiàn)各種實時快速的數(shù)字信號處理算法,。TMS320C54x系列 DSP是TI公司為實現(xiàn)低功耗、高速實時信號處理而設(shè)計的16位定點數(shù)字信號處理器,，具有高度的操作靈活性和運行速度,，適用于嵌入式應(yīng)用需要。因此,，該設(shè)計選用TMS30VC5402型DSP作為數(shù)據(jù)處理器,。
2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
圖1為加速度式波浪傳感器的系統(tǒng)組成框圖，該框圖包括加速度傳感器,、抗混疊濾波器,、A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器,、通訊接口,、電源系統(tǒng)等部分。
加速度傳感器是波浪傳感器的核心部件,，這里選用Freescale半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的MMA1260EG型加速度傳感器,。該器件是一款低成本、小尺寸,、硅電容式微機械加速度傳感器,，采用信號調(diào)理、溫度補償和自檢等技術(shù),。該器件已進行零g補償和雙極低通濾波等處理,，從而簡化了外嗣電路設(shè)計,。MMA1260EG 的工作電壓為5 V，測量范圍為Z軸±1．5 g,，靈敏度為1 200 mV／g,。圖2為MMA1260EG的應(yīng)用電路。
常規(guī)波浪周期在2～30 s范圍內(nèi),，在A/D轉(zhuǎn)換器采集間連接一低通濾波器作為抗混疊濾波器,，以去除高頻信號干擾。A／D轉(zhuǎn)換器選用TI公司的TLV2544,。TLV2544是一款高性能,、低功耗、高速,、12位4通道串行CMOS A／D轉(zhuǎn)換器,，采用單電源工作，電壓范圍為2．7～5．5 V,。該器件可為用戶提供3個輸入端和1個三態(tài)輸出端的串行端口,，為微處理器SPI串行端口提供方便的4線接口。
數(shù)字信號處理器TMS320VC5402提供高速,、雙向,、多通道帶緩沖串行端口McBSP，可與串行A／D轉(zhuǎn)換器直接連接,。每個BSP口工作在SPI方式和I／O方式,。在SPI方式下，BSP口便于與遵循SPITM協(xié)議的串行設(shè)備相連,。TMS320VC5402與TLV2544接口時,，該器件作為SPI主設(shè)備向TLV2544提供串行時鐘、命令和片選信號,，實現(xiàn)無縫連接,，無需附加邏輯電路，其連接電路如罔3所示,。
TMS320VC5402是TI公司生產(chǎn)的性價比極高的16 bit定點數(shù)字信號處理器(DSP),，操作速率可達100 MI／s，內(nèi)部資源配置大大方便用戶構(gòu)造系統(tǒng),。TMS320VC5402配置有4 K×l6bit片內(nèi)屏蔽式ROM(F000h～FFFFh)和16 K×l6 bit雙存取的RAM(DARAM),，其中4 K ROM中包含Bootloader程序。用戶自行設(shè)計時,，如程序容量不超過16 K,，可利用器件內(nèi)部資源。采用引導(dǎo)裝載方式,，以降低系統(tǒng)設(shè)計難度和成本,，加快設(shè)計進程,。DSP的硬件基本電路包括電源電路、復(fù)位電路,、時鐘電路等,。其中電源電路用雙電源供電，內(nèi)核電源CVDD采用1．8 V,，I／O電源DVDD采用3．3 V,。該電源電路由TPS73HD318實現(xiàn)，如圖4所示,。
圖5為MAX706R實現(xiàn)的復(fù)位電路,。而時鐘電路使用TMS320VC5402內(nèi)部振蕩器，在其X1和X2／CLKIN引腳之間接一個晶體,，用于啟動內(nèi)部振蕩器,。
通訊接口是通過SPI總線擴展,，選用Maxim公司的MAX3100,。MAX3100內(nèi)置1個簡單的UART，帶SPI接口的波特率發(fā)生器和1個中斷發(fā)生器,，通過“寫結(jié)構(gòu)寄存器”設(shè)定波特率,、字長、校驗,、8字節(jié)接收FIFO,，選擇通用UART或Ir-DA，控制關(guān)閉狀態(tài)和4個中斷任務(wù),。圖6為UART電路,，圖中MAX3221為電平轉(zhuǎn)換器。
