MSP430單片機(jī)在水聲應(yīng)答釋放器中的應(yīng)用

摘要：水聲應(yīng)答釋放器往往需要采用值更電路提高其待機(jī)和工作時(shí)間。應(yīng)用MSP430單片機(jī)設(shè)計(jì)的應(yīng)答釋放器值更電路，采用電源管理、NOT CH濾波等技術(shù)手段，功能齊全，功耗低，經(jīng)使用驗(yàn)證具有超過30天的待機(jī)時(shí)間。
關(guān)鍵詞：應(yīng)答釋放器；MSP430單片機(jī)；值更；NOTCH濾波

水聲應(yīng)答釋放器是合作目標(biāo)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的關(guān)鍵控制單元之一。應(yīng)答釋放器長(zhǎng)時(shí)間布放在水下，接收水上系統(tǒng)的控制指令，通過單脈沖的接收和發(fā)射完成測(cè)距。水聲應(yīng)答釋放器的功能通常還包括深度(壓力)遙測(cè)、狀態(tài)自檢和自主釋放回收等。
海上應(yīng)用條件惡劣，使用要求復(fù)雜，應(yīng)答釋放器往往需要在滿足規(guī)定的應(yīng)答工作時(shí)間之外，具有很長(zhǎng)的待機(jī)等待時(shí)間。為此，實(shí)用的應(yīng)答釋放器除了器件的選型和電路低功耗設(shè)計(jì)外，往往都采用值更和工作兩種狀態(tài)來進(jìn)一步降低功耗；在工作狀態(tài)下，開啟DSP運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)可靠的高精度應(yīng)答測(cè)距；在值更狀態(tài)下，關(guān)閉一切不必要的電路，僅僅檢測(cè)水上系統(tǒng)的控制指令，并給出回復(fù)。
由于應(yīng)答釋放器長(zhǎng)時(shí)間工作在值更狀態(tài)下，所以值更電路的功耗成為了首要問題．采用低功耗的單片機(jī)MSP430F5438有效解決了系統(tǒng)對(duì)功耗的要求問題。

1 應(yīng)答釋放器值更電路硬件設(shè)計(jì)
1．1 MSP430F5438單片機(jī)的性能特點(diǎn)
MSP430F5438是TI公司一種具有超低功耗特性的功能強(qiáng)大的單片機(jī)，具有以下特點(diǎn)：
1)超低功耗
MSP430F5438運(yùn)行在1 M時(shí)鐘、2．2 V供電條件下，工作電流為165μA，超低功耗。
2)強(qiáng)大的處理能力
MSP430F5438具有18 M系統(tǒng)時(shí)鐘；具有豐富的尋址方式，但只需簡(jiǎn)潔的27條指令，片內(nèi)寄存器數(shù)量多，存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)算；有高效的查表處理方法；內(nèi)部中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用靈活方便。
3)豐富的片上外圍模塊
外圍模塊包括：12位A／D、精密模擬比較器、硬件乘法器、兩組頻率可達(dá)8 M的時(shí)鐘模塊、兩個(gè)帶大量捕獲／比較器的16位定時(shí)器、看門狗、兩個(gè)可實(shí)現(xiàn)異步、同步及多址訪問的串行通信接口、數(shù)十個(gè)可實(shí)現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。
4)大量的存儲(chǔ)空間
MSP430F5438是FLASH型的單片機(jī)，有多達(dá)256 kBFLASH ROM和16KB RAM。
MSP430F5438單片機(jī)的強(qiáng)大功能和超低功耗為實(shí)現(xiàn)應(yīng)答釋放器的各項(xiàng)功能提供了基礎(chǔ)。
1．2 值更電路硬件框圖
值更電路的作用是接收遙控指令，并根據(jù)遙控指令做出相應(yīng)的反應(yīng)。水面遙控指令主要有：開機(jī)、待機(jī)、釋放、自檢等。其中，開機(jī)是將應(yīng)答釋放器的DSP電路加電，準(zhǔn)備進(jìn)行高精度應(yīng)答測(cè)距；待機(jī)是將應(yīng)答釋放器的DSP電路關(guān)閉，重新返回低功耗值更狀態(tài)；釋放指令打開釋放勾，解脫沉塊，使收發(fā)機(jī)上浮回收；自檢指令使收發(fā)機(jī)進(jìn)行壓力(深度)檢測(cè)和電源檢測(cè)，通過水聲通信上傳。因此，除了外部信號(hào)輸入、指令發(fā)射控制和JTAG調(diào)試端口外，MSP430F5438單片機(jī)還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各類電源的監(jiān)控和管理、壓力數(shù)據(jù)的采集、釋放機(jī)構(gòu)的控制等。另外，RS232端口用于實(shí)驗(yàn)室和水面調(diào)試時(shí)與PC機(jī)的通信，I2C實(shí)現(xiàn)與DSP工作電路的數(shù)據(jù)通信。值更電路的硬件框圖如圖1所示。

1．3 數(shù)據(jù)輸入端口分配
外部信號(hào)采集、電源監(jiān)控和壓力傳感器數(shù)據(jù)都是經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)之后送到MCU進(jìn)行處理的?？紤]到系統(tǒng)的功耗和復(fù)雜程度，ADC選用MCU內(nèi)部集成的12 bit的ADC，電氣連接關(guān)系如表1所示。

其中，信號(hào)是由外部寬帶接入，經(jīng)片內(nèi)ADC后進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)部，做兩路窄帶濾波后，分別針對(duì)RZ—BFSK數(shù)字通信方式的兩路遙控指令頻點(diǎn)。電源電壓經(jīng)過一個(gè)分壓網(wǎng)絡(luò)之后，送到MCU，在電源電壓低到閾值時(shí)給出電源不足報(bào)警信號(hào)。