基于ARM的声学海流剖面仪信号模拟器的设计与实现

　　0 引言

　　本文设计了一种LINUX操作系统下基于SPI总线的声学海流剖面仪信号拟器。该声学海流剖面仪模拟器是一种专为声学海流剖面仪设计的配套仪器,目的在于可以在实验室环境下模拟声学海流剖面仪所需要的发射和回波脉冲声信号。

　　模拟器采用S3C2410作为处理器,S3C2410是韩国三星公司的一款基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器。它具有很强的信号处理能力,时钟频率可以达到203 MHz。由于S3C2410的SPI接口最高可以达到25MHz传输波特率,可以实现高速的数据传递,所以本系统采用S3C2410的SPI接口产生声学海流剖面仪所需要的信号信息。

　　1 模拟器工作原理及设计要求

　　声学海流剖面仪的回波信号主要是包括单频信号和M序列信号两类。单频信号是具有单一频率和不同脉宽要求的正弦波信号。它由模拟器产生一串相应的高低电平脉冲串经D/A变换最终得到。单频脉冲信号频率为150kHz。M序列编码信号由两个相同的伪随机编码序列经相位调制级连而成。每个M序列编码信号由N个码元对组成,即包含2N个码元(M=3、4、5、6、7共5种对应的N=7、15、31、63、127)。每个码元信号为单频脉冲信号,频率为150kHz,码元宽度为0.2667ms。当码元为+1时载波的起始相位为0°,码元为-1时,起始相位为180°,码元长度为载波的整10个周期[1]。因此信号模拟器的功能就是产生单频脉冲信号和M序列码信号。

　　2 模拟器的串行外围接口SPI电路设计

　　SPI串行外围设备接口是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI是一种高速的、全双工、同步的通信总线,并且在芯片的管脚上只占用4根线,节约了芯片的管脚,同时为PCB的布局上节省空间提供方便。

　　2.1 SPI系统构成

　　SPI系统包括两条数据线和两条控制线。主机输出从机输入(MOSI):该数据线将主机输出数据作为从机输入。主机输入从机输出(MISO):该数据线将从机输出作为主机输入。传输时只有从机传输数据。串行时钟(SPCK):该控制线由主机驱动,用来调节数据流。主机传输数据波特率可变每传输一位产生一个SPCK周期。从机选择(NSS):该控制线路允许硬件开关从机[2]。SPI系统典型应用构造如图1所示。S3C2410有2个串行外围设备SPI接口。S3C2410的SPI数据传输有4种极性与相位。时钟极性由CPOL位控制,时钟相位由CPHA位控制,以决定数据在什么方式下驱动与采样。

　　2.2 接口电路设计

　　系统采用TI公司的DAC8830芯片作为信号的转换。DAC8830是16位数模转换芯片。采用3.3V单电源供电,快速SPI接口最高时钟可达50 MHz。[3]低功耗、低噪声、高线性度、1Ls建立时间使得该芯片完全能够通过SPI总线与S3C2410快速通讯。