浅谈TMS320VC5402在汽车防撞警示雷达中的应用方案

　　摘  要：介绍了TMS320VC5402芯片的主要特点、功能及其结构，给出了采用该芯片的汽车防撞警示雷达信号处理部分的电路原理设计和软件设计。该雷达可对道路前方的目标进行准确地探测、分类、跟踪以及发现危险目标后进行报警。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确保机动车辆安全行驶，降低交通事故发生率。

随着社会水平的提高，告诉公路和汽车的的增多，路面平整车主开车车速也越来越快，这样碰撞几率也高。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0.5秒前得到“预警”，就可以避免至少60%的追尾撞车事故、30%的迎面撞车事故和50%的路面相关事故；若有1秒钟的“预警”时间，则可避免90%的事故发生。因此，近十几年来，美国、日本和欧洲多家着名汽车公司投入巨额资金，先后研制成功了24GHz、60GHz、76.5GHz三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。这两种体制的雷达系统已经在轿车中应用了，但没有广泛普及。

尽管我国的汽车防撞雷达研制起步较晚，但已得到业界的高度重视。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成为可能。本文提出用高性能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，并简要介绍其实现电路和系统结构。

　　1 TMS320VC5402简介

TMS320VC5402是TI公司C54x系列定点DSP芯片中的新产品它集中了此系列早期产品的优点，并提供了许多新的功能，开发和使用更加方便。C5402具有灵活的指令系统和操作性能，它可选择助记符指令或算术指令作为编程指令，同时支持汇编语言和C语言的单独或混合编程。C5402采用改进的Harvanl处理结构，指令流水线操作。计算和处理速度很高，系统单指令周期可达到10ns。在片内提供16k的RAM用作程序和数据存储，其可扩展寻址空间为1M字节。C5402提供的McBSP串口和DAM数据传送方式极大地方便它在通信领域的应用和开发。C5402由于其高性能价格而成为当前语言和静态图象处理和主流产品：

（1）运算速度快。指令周期为10ns，运算能力为100 MIPS。

（2）强大的寻址能力。1M×16位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位的加法器，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（三条16位数据存储器总线和一条程序存储器总线）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，TMS320VC5402还提供了自动缓冲串行口BSP和与外部处理器通信的HPI接口。BSP可提供2K字数据缓冲的读写能力，从而降低了处理器的额外开销，BSP的数据吞吐量为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，三个低功耗方式（IDLE1、IDLE2和IDLE3）可以节省DSP的功耗？熏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。

JTAG初是用来对芯片进行测试的，JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port;测试访问口）通过专用的JTAG测试工具对进行内部节点进行测试。JTAG测试允许多个器件通过JTAG接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。现在，JTAG接口还常用于实现ISP（In-System Programmable?在线编程），对FLASH等器件进行编程。

TMS320VC5402以其独有的高性能、低功耗和低价格优势，在一推出就受到业内用户的普遍欢迎，这也是我们选择它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，并及时报警以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如下：

（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：微波或毫米波。

（3）发射机类型：耿氏二极管。

（4）发射机输出功率：20mW。

（5）天线水平波束宽度：6°。

（6）作用距离：200m。

（7）更新速率：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。TMS320VC5402与AT89C51的数据交换采用并行方式。

CPLD主要完成的任务有四个：（1）各端口的地址译码，包括AD775的启动、读数，各标志单元的地址产生等。（2）TMS320VC5402与单片机之间的数据交换。（3）AD775的控制逻辑。AD775是A/D公司生产的一款采样频率高达20MHz的8位并行A/D器件，其控制十分方便。启功A/D后由TMS320VC5402的BIO口查询AD775的结束标志，即可读取有效转换数据。（4）TMS320VC5402与FLASH EPROM的接口。CPLD的应用使得整个系统的电路设计大大简化，且结构紧凑、协调有序、调试方便、性能可靠。

　4 软件设计

TMS320VC5402需要完成的主要任务有：（1）启动A/D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、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、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，调试和扩展十分方便。

该汽车防撞雷达系统不仅成本低廉、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，危险目标发现及时准确。