基于DSP+CPLD的可控脉冲声源的设计与实现

    0 引言

    目前,吸声系数和隔声量的测量主要是在声管和消声室/混响室中进行[1],它们都属于实验室方法,不能在线测量。脉冲回波方法[2-3](Echo-impulseMethod)是近年来获得关注的一种吸声和隔声测量方法,适用于在线测量。脉冲回波方法应用的前提是获得重复性好且波形可控的脉冲声信号。Jing等研制了一种脉冲声源,可以辐射所需的脉冲波形,最短长度可达015 ms[4]。作者前期研制了基于脉冲回波方法的声管测量系统[5-8]。然而,这些已有的脉冲声源及其测量系统,都是基于计算机和数据采集卡构造的。作为一个专用测试系统,存在成本高的问题。

    文中研制了一套基于DSP+CPLD硬件平台的可控脉冲声源,实验证明该声源可以产生需要的脉冲声信号。系统具有成本低,体积小,重复性好的特点,适合于吸声与隔声测量。   

    1 可控脉冲声信号的生成原理

    脉冲声源的种类很多,根据脉冲声辐射机理的不同,脉冲声信号生成也是大相径庭。常用的脉冲声源有电声式和电火花式。由于电声式具有重复性好,而且容易控制的特点,因此声学测量中常采用电声式声源。整个电声系统可以看作是一个线性时不变系统,根据信号与系统理论,一个线性时不变系统可用频率响应来描述它的系统特性。当已知电声系统的频率响应和所要生成的脉冲声信号,就可以解算出驱动信号。电声系统的频率响应可以通过给电声系统加一个已知的激励信号,通过传声器采集得到响应信号,由激励和响应信号解算出频率响应。在频率响应和驱动信号的解算过程中要用到快速傅里叶变换和反变换。电声式可控脉冲声信号生成的具体过程可参考文献[8]。

    2 系统硬件设计

    根据可控脉冲声信号的生成原理,文中选用DSP和CPLD联合控制的方式,系统主要分为5大功能模块:DSP及其外围、DA模块、AD模块、储扩展、CPLD。

    2. 1 DSP及其外围

    包括DSP芯片、电源模块、复位电路。考虑到成本和易开发性,主控芯片选用TMS320VC33。VC33是一款32位的浮点DSP,它的运算速度可达150MFLOPS[9],单周期完成32位整数、40位浮点乘法运算;它的地址总线为24位,寻址空间为16M@32 bit,为了方便外部存储器存取,把16 M@32 bit空间分为PAGE0, PAGE1, PAGE2, PAGE3,当STRB和其中一个PAGE同时有效时,存储器接口选通;片内34 K@32 bitSRAM,片上集成一个同步串口, 2个32 bit的定时器,一个DMA通道;支持IEEE Std 1149. 1(标准), 0. 18-us工艺, 118 V核心电压,313 V I/O电压,低功耗。

    电源芯片选用TPS767D318芯片,它把5 V的输入电压转化成+313 V和+118 V分别供给DSP的外围和内核。

    复位电路部分采用芯片MAX811。