MSP430单片机在水声应答释放器中的应用

摘要：水声应答释放器往往需要采用值更电路提高其待机和工作时间。应用MSP430单片机设计的应答释放器值更电路，采用电源管理、NOT CH滤波等技术手段，功能齐全，功耗低，经使用验证具有超过30天的待机时间。
关键词：应答释放器；MSP430单片机；值更；NOTCH滤波

水声应答释放器是合作目标定位导航系统的关键控制单元之一。应答释放器长时间布放在水下，接收水上系统的控制指令，通过单脉冲的接收和发射完成测距。水声应答释放器的功能通常还包括深度(压力)遥测、状态自检和自主释放回收等。
海上应用条件恶劣，使用要求复杂，应答释放器往往需要在满足规定的应答工作时间之外，具有很长的待机等待时间。为此，实用的应答释放器除了器件的选型和电路低功耗设计外，往往都采用值更和工作两种状态来进一步降低功耗；在工作状态下，开启DSP运算电路实现可靠的高精度应答测距；在值更状态下，关闭一切不必要的电路，仅仅检测水上系统的控制指令，并给出回复。
由于应答释放器长时间工作在值更状态下，所以值更电路的功耗成为了首要问题．采用低功耗的单片机MSP430F5438有效解决了系统对功耗的要求问题。

1 应答释放器值更电路硬件设计
1．1 MSP430F5438单片机的性能特点
MSP430F5438是TI公司一种具有超低功耗特性的功能强大的单片机，具有以下特点：
1)超低功耗
MSP430F5438运行在1 M时钟、2．2 V供电条件下，工作电流为165μA，超低功耗。
2)强大的处理能力
MSP430F5438具有18 M系统时钟；具有丰富的寻址方式，但只需简洁的27条指令，片内寄存器数量多，存储器可实现多种运算；有高效的查表处理方法；内部中断源较多，并且可以任意嵌套，使用灵活方便。
3)丰富的片上外围模块
外围模块包括：12位A／D、精密模拟比较器、硬件乘法器、两组频率可达8 M的时钟模块、两个带大量捕获／比较器的16位定时器、看门狗、两个可实现异步、同步及多址访问的串行通信接口、数十个可实现方向设置及中断功能的并行输入、输出端口等。
4)大量的存储空间
MSP430F5438是FLASH型的单片机，有多达256 kBFLASH ROM和16KB RAM。
MSP430F5438单片机的强大功能和超低功耗为实现应答释放器的各项功能提供了基础。
1．2 值更电路硬件框图
值更电路的作用是接收遥控指令，并根据遥控指令做出相应的反应。水面遥控指令主要有：开机、待机、释放、自检等。其中，开机是将应答释放器的DSP电路加电，准备进行高精度应答测距；待机是将应答释放器的DSP电路关闭，重新返回低功耗值更状态；释放指令打开释放勾，解脱沉块，使收发机上浮回收；自检指令使收发机进行压力(深度)检测和电源检测，通过水声通信上传。因此，除了外部信号输入、指令发射控制和JTAG调试端口外，MSP430F5438单片机还需要实现对各类电源的监控和管理、压力数据的采集、释放机构的控制等。另外，RS232端口用于实验室和水面调试时与PC机的通信，I2C实现与DSP工作电路的数据通信。值更电路的硬件框图如图1所示。

1．3 数据输入端口分配
外部信号采集、电源监控和压力传感器数据都是经过ADC转换成数字信号之后送到MCU进行处理的。考虑到系统的功耗和复杂程度，ADC选用MCU内部集成的12 bit的ADC，电气连接关系如表1所示。

其中，信号是由外部宽带接入，经片内ADC后进入单片机内部，做两路窄带滤波后，分别针对RZ—BFSK数字通信方式的两路遥控指令频点。电源电压经过一个分压网络之后，送到MCU，在电源电压低到阈值时给出电源不足报警信号。