MSP430單片機在水聲應答釋放器中的應用

摘要：水聲應答釋放器往往需要采用值更電路提高其待機和工作時間。應用MSP430單片機設計的應答釋放器值更電路，采用電源管理、NOT CH濾波等技術手段，功能齊全，功耗低，經使用驗證具有超過30天的待機時間。
關鍵詞：應答釋放器；MSP430單片機；值更；NOTCH濾波

水聲應答釋放器是合作目標定位導航系統(tǒng)的關鍵控制單元之一。應答釋放器長時間布放在水下，接收水上系統(tǒng)的控制指令，通過單脈沖的接收和發(fā)射完成測距。水聲應答釋放器的功能通常還包括深度(壓力)遙測、狀態(tài)自檢和自主釋放回收等。
海上應用條件惡劣，使用要求復雜，應答釋放器往往需要在滿足規(guī)定的應答工作時間之外，具有很長的待機等待時間。為此，實用的應答釋放器除了器件的選型和電路低功耗設計外，往往都采用值更和工作兩種狀態(tài)來進一步降低功耗；在工作狀態(tài)下，開啟DSP運算電路實現可靠的高精度應答測距；在值更狀態(tài)下，關閉一切不必要的電路，僅僅檢測水上系統(tǒng)的控制指令，并給出回復。
由于應答釋放器長時間工作在值更狀態(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MSP430F5438有效解決了系統(tǒng)對功耗的要求問題。

1 應答釋放器值更電路硬件設計
1．1 MSP430F5438單片機的性能特點
MSP430F5438是TI公司一種具有超低功耗特性的功能強大的單片機，具有以下特點：
1)超低功耗
MSP430F5438運行在1 M時鐘、2．2 V供電條件下，工作電流為165μA，超低功耗。
2)強大的處理能力
MSP430F5438具有18 M系統(tǒng)時鐘；具有豐富的尋址方式，但只需簡潔的27條指令，片內寄存器數量多，存儲器可實現多種運算；有高效的查表處理方法；內部中斷源較多，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8 M的時鐘模塊、兩個帶大量捕獲／比較器的16位定時器、看門狗、兩個可實現異步、同步及多址訪問的串行通信接口、數十個可實現方向設置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。
4)大量的存儲空間
MSP430F5438是FLASH型的單片機，有多達256 kBFLASH ROM和16KB RAM。
MSP430F5438單片機的強大功能和超低功耗為實現應答釋放器的各項功能提供了基礎。
1．2 值更電路硬件框圖
值更電路的作用是接收遙控指令，并根據遙控指令做出相應的反應。水面遙控指令主要有：開機、待機、釋放、自檢等。其中，開機是將應答釋放器的DSP電路加電，準備進行高精度應答測距；待機是將應答釋放器的DSP電路關閉，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)機上浮回收；自檢指令使收發(fā)機進行壓力(深度)檢測和電源檢測，通過水聲通信上傳。因此，除了外部信號輸入、指令發(fā)射控制和JTAG調試端口外，MSP430F5438單片機還需要實現對各類電源的監(jiān)控和管理、壓力數據的采集、釋放機構的控制等。另外，RS232端口用于實驗室和水面調試時與PC機的通信，I2C實現與DSP工作電路的數據通信。值更電路的硬件框圖如圖1所示。

1．3 數據輸入端口分配
外部信號采集、電源監(jiān)控和壓力傳感器數據都是經過ADC轉換成數字信號之后送到MCU進行處理的。考慮到系統(tǒng)的功耗和復雜程度，ADC選用MCU內部集成的12 bit的ADC，電氣連接關系如表1所示。

其中，信號是由外部寬帶接入，經片內ADC后進入單片機內部，做兩路窄帶濾波后，分別針對RZ—BFSK數字通信方式的兩路遙控指令頻點。電源電壓經過一個分壓網絡之后，送到MCU，在電源電壓低到閾值時給出電源不足報警信號。