高性能数字信号处理芯片TMS320VC5402在汽车防撞警示雷达中的应用

TI公司的TMS320F2812系列芯片

2001年8月

第38卷第4期四川大学学报(自然科学版)JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEdition)Aug.2001Vol.38No.4文章编号:0490 6756(2001)04 0514 04

高性能数字信号处理芯片TMS320VC5402在

汽车防撞警示雷达中的应用

龙宪惠,刘炜

(四川大学无线电电子学系,成都610064)

摘要:介绍了高性能数字信号处理芯片TMS320VC5402的主要特点、功能及其结构,并给出了采用该DSP芯

片的汽车防撞警示雷达信号处理部分的电路原理框图和软件设计流程.该雷达可对道路前方的目标进行准确地探测、分类、跟踪以及对危险目标发现后进行报警.经过多次上车试验,证明其性能优良,工作稳定可靠,在能见度较差的气象环境和复杂的路况条件下,能够确保机动车辆的安全行驶,降低交通事故发生率.

关键词:防撞警示雷达;DSP;CPLD;FFT

中图分类号:U46 1 文献标识码:A

随着汽车工业和高速、高架公路的飞速发展,汽车撞车事故亦随之日益严重.经济繁荣促进交通发展的同时也带来了负面效应,汽车制造商迫切需要解决汽车的防撞报警问题.欧洲的一项研究表明:驾驶员只要在有碰撞危险的0.5s前得到 预警 ,就可以避免至少60%的追尾撞车事故,30%的迎面撞车事故,50%的路面相关事故;若有1s钟的 预警 时间,则可避免90%的事故发生.因此,近十几年来,美国、日本和欧洲多家著名汽车公司投入巨额资金,先后研制成功24G,60G,76.5GHz等3种频率的单脉冲和调频连续波两种体制的汽车防撞雷达系统.毫米波(微波)防撞雷达与其它系统(如超声波、激光)相比,具有显著的优点:它们可探测目标的距离和方位(角度);特别适合在恶劣环境下工作,如雨、雪、雾天气;系统后端信号处理机可根据使用要求,联接、控制轿车的自动操作系统达到自动减速、 巡航 、慢速行车或紧急刹车等目的.这两种体制的雷达系统已经在美国的三大汽车公司、日本尼桑公司和欧洲一些汽车公司的高档轿车中应用,但由于其高昂的成本而未能得到广泛使用.

尽管我国的汽车防撞雷达研制起步较晚,但已得到高度重视.近年来价格低廉的高性能DSP芯片的出现,极大地推动了世界电子产品的发展,使得低成本高性能的汽车防撞雷达的实现和普及使用成为可能.我们提出了一种用高性能DSP芯片TMS320VC5402担任数字信号处理任务,CPLD完成控制和接口逻辑,单片机AT89C51提供人机通道和其余协调工作的汽车防撞警示雷达信号处理部分的原理方案,并简要介绍了它的实现电路和系统结构.

1 TMS320VC5402简介

TMS320VC5402(简称VC5402)是美国TI公司1999年10月推出的一款性价比极高的定点DSP芯片,该芯片具有的主要特点是:(1)运算速度快.指令周期为10ns,运算能力为100MIPS;(2)强大的寻址能力.1M!16位最大可寻址外部存储空间,内置16K!16位RAM,4K!16位ROM;(3)优化的CPU结构.内部有1个40位的算术逻辑单元,2个40位的累加器,2个40位加法器,1个17!17的乘法器和1个40位的桶形移位器.有4条内部总线(3条16位数据存储器总线和1条程序存储器总线)和2个地址产生器;(4)智能外设.除了标准的串行口和时分复用(TDM)串行口外,VC5402还提供了自动缓冲串行口BSP(Auto

收稿日期:2001 04 12[1]

TI公司的TMS320F2812系列芯片

第6期 龙宪惠等:高性能数字信号处理芯片TMS320VC5402在汽车防撞警示雷达中的应用515BufferedSerialPort)和与外部处理器通信的HPI(HostPortInterface)接口.BSP可提供2K字数据缓冲的读写能力,从而降低处理器的额外开销,BSP的最大数据吞吐量为100Mbit/s,即使在IDLE方式下,BSP也可以全速工作.HPI可以与外部标准的微处理器直接接口;(5)低功耗方式.TMS320VC5402内核电源1.8V,IO电源3.3V,3个低功耗方式(IDLE1,IDLE2和IDLE3)可以节省DSP的功耗,特别适合电池供电系统;

(6)体积小.144脚LQFP封装;(7)开发方便.JTAG扫描仿真接口(IEEE标准,P1149.1).

TMS320VC5402以其独有的高性能、低功耗和低价格优势,受到业内用户的普遍欢迎,这也是我们选择VC5402作为该汽车防撞警示雷达的数字信号处理器的主要原因.

2 防撞雷达设计思想及性能参数简介

该汽车防撞警示雷达的主要设计思想是,考虑到造成迎面相撞和追尾等恶性交通事故往往发生在路况复杂,能见度差,驾驶员疲劳的情况下,所以其最主要的设计目的是及早发现前方有潜在危险的目标,并及时报警,提醒驾驶员做出相应的处理动作.由于在汽车行驶过程中,多普勒传感器接收到的信号十分复杂,要使之能在很小的视域里对汽车前方的多个目标进行检测、分类、跟踪,并做出判断、报警,必须进行大量复杂的实时数字信号处理运算,因此我们选用高性能DSP芯片TMS320VC5402来完成这一系列复杂的算法;同时,为了提高系统的灵活性和可靠性,我们采用CPLD器件来完成系统所需要的各种控制和接口功能.

该雷达的主要技术参数是:(1)属于全天候型警示雷达系统,在雾、雨、雪、夜等各种恶劣的气象环境和复杂的路况条件下均可正常工作;(2)工作波段为微波或毫米波;(3)发射机类型为耿氏二极管;(4)发射机输出功率为20mW;(5)天线水平波束宽度为6 ;(6)作用距离为200m;(7)更新速率为20次/秒.3 电路原理设计

由于TMS320VC5402在数值算法上有很强的能力,然而在事务调度方面却并不擅长,因此我们用一片AT89C51与之配合,采用主从结构的处理方式.由TMS320VC5402完成A/D采样以及有关数值计算的一系列处理(包括杂波滤除、时域加窗、FFT、功率谱估计、谱峰搜索、目标提取、目标跟踪等等);由单片机完成事务调度、人机接口、显示和危险报警任务.VC5402与AT89C51的数据交换采用并行方式.系统信号处理原理框图如图1所示

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图1 系统信号处理原理框图

在图1中,CPLD主要完成的任务有4个:(1)各端口的地址译码.包括AD775的启动、读数,各标志单.(,

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在这里我们采用了双缓冲结构以保证数据交换的可靠,XF和P2.7用于VC5402与单片机交换数据时的应答信号.(3)AD775的控制逻辑.AD775是AD公司生产的一款采样频率最高可达20MHz的8位并行AD器件,其控制十分方便,启动AD后由VC5402的BIO口查询AD775的结束标志,即可读取有效转换数据.(4)VC5402与FLASHEPROM的接口.由于EPROM是读取时间为120ns的慢速器件,我们设计了2个周期的硬件等待电路[2],CPLD中的模块大多数是由硬件描述语言VHDL写成.CPLD器件的应用使得整个系统电路设计大大简化,且结构紧凑,协调有序,调试方便,性能可靠.图2为CPLD内部主要功能框图

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图2 CPLD内部结构框图

4 软件设计

VC5402需要完成的主要任务有:(1)启动AD并读取转换后的数据;(2)目标提取,包括数据预处理(杂波滤除和时域加窗)、功率谱估计、谱峰搜索、目标分类、危险目标确定及跟踪等等;(3)与AT89C51交换数据.

单片机主要完成与DSP交换数据、门限设定、人机接口和判断报警等任务.我们将这些内容分成不同的子程序按模块进行设计,调试和扩展都十分方便.以下是我们给出的VC5402软件编程的流程图,如图3所示

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图3 主程序流程图

5 结束语

将高性能数字信号处理器TMS320VC5402用于我们研制的汽车防撞雷达,该系统不仅成本低廉(与国外同类产品相比)、体积小、可靠性高,而且先进的数字信号处理算法使其灵敏度高,虚警概率低,危险目标发现准确及时.该汽车防撞警示雷达的广泛使用将会大大提高机动车驾乘人员的安全系数,从而降低交通事故发生率.多次上车试验证明该汽车防撞雷达设计合理,应用成功,适用于各类机动车辆,具有很好的应用前景.

TI公司的TMS320F2812系列芯片

参考文献:

[1] TMS320VC4502Fix PointDigitalSignalProcessor(LiteraturenumberSPRS079),from.

[2] 张雄伟.DSP芯片的原理与开发应用[M].北京:电子工业出版社,1997.

[3] WohlgemuthF,etal.AutomotiveSystemDesign:TodayandTomorrow[J].IEEEMTT SInternationalMicrowaveSympo

siumI,1998,12:1-7.

[4] StoveAG.Obstacledetectionradarforcars[J].Electronics&CommunicationEngineeringJournal,October,1991.

THEAPPLICATIONOFHIGHPERFORMANCEDSPTMS320VC5402

INAUTOMOTIVECOLLISIONWARNINGRADAR

LONGXian hui,LIUWei

(Dept.ofRadioElectronics,SichuanUniversity,Chengdu610064,China)

Abstract:Thesignalprocessorofall weatherautomoticalcollisionwarningradarusingTMS320VC5402isdescribed.Theautomoticalradarhasfeaturesofsimplearchitecture,smallsize,andpotentiallylowcosttoim plementinpersonalvehicles.Theexperimentonthehighwayshowsthattheautomoticalcollisionwarningradarpossessesadequateperformanceandgreatpracticalvalue.

Keywords:automoticalcollisionwarningradar;DSP;CPLD;FFT

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