不响应控制系统1命令，该样可W保证输出 频率的准确性；控制系统1如果要改变动态晶振5的输出频率，通过I/O引脚复位动态晶振 5,使动态晶振5可W接收新的频率参数。
[0051] 控制系统1通过两个模拟输出引脚，提供动态变化的电压，调整DDS巧片2信号的 输出幅度，去掉DDS巧片2输出信号的直流偏置电压。
[005引DDS巧片2通过满量程调整控制引脚来调整输出电流的大小，控制系统1的模拟输 出引脚与DDS巧片2满量程调整控制引脚连接，控制系统1通过改变模拟输出的电压改变 满量程电流，从而改变DDS巧片2的电压输出，实现输出信号的幅度调节。
[0053]当孤S巧片2输出负载电阻为固定值时，DDS巧片2的输出电压在一定范围内变 化，输出的正弦信号有一个正的直流偏置电压，而动态信号发生装置输出信号需要去掉直 流偏置电压。采用减法电路去掉输出信号的直流偏置电压，由于当DDS巧片2输出幅度变 化时，直流偏置也随之变化，所W控制系统1通过模拟输出引脚提供可变电压接入运算放 大器，去掉直流偏置电压。
[0054] 由于电子罗盘12容易受到外部磁场的干扰，为提高电子罗盘12的数据质量，将电 子罗盘12安装在拖曳体的前部，实现电子罗盘12和其它设备的物理隔离。控制系统1与电 子罗盘12的数据通信通过无线通信模块实现；电子罗盘12在工作时由充电电池14供电； 在电子罗盘12不工作时，控制系统1通过I/O引脚控制电源管理电路13完成对充电电池 14充电。
[0化5]动态信号发生装置有两种数字时钟输入，可根据需要选择不同的晶振，增强了动 态信号发生装置的适用范围。动态晶振5由单片机构成，可配置输出不同的时钟输出，方便 灵活，在动态信号发生装置输出低频信号时，可适当降低DDS的时钟频率，该样不但可降低 功耗，还会减少系统干扰。
[0056] 采用控制系统1自带的两路模拟输出端口，一路用于调节DDS巧片2信号输出幅 度，另一路用于去掉输出信号的动态直流偏置电压，电路简洁，精度和可靠性高。
[0057] 电子罗盘12与其它设备实现物理隔离，可有效提高电子罗盘12数据质量
[0化引DDS巧片2采用AD5930，AD5930可编程扫频和输出触发脉冲波形发生器。该巧片 区别于其他系列产品的特点是专口为扫频设计的，它不需要其他辅助器件就可W完成可编 程扫频；AD5930功耗较低，适合便携设备使用。该款器件采用支持增强型频率控制的嵌入 式数字处理技术，能够生成合成的模拟或数字频率步进波形；采用预先编程的频率配置文 件可W避免连续的写周期，从而释放了重要的DSP/微控制器资源；波形从已知相位开始， 并可W连续地增加相位，因此能够轻松的确定相移。
[0化9] AD5930可W产生正弦波、S角波和方波输出，并且有S种工作模式，控制灵活。在 连续输出模式下，该器件在定义时长内输出所需频率，然后步入下一频率。针对该器件输出 特定频率的时长，可进行预先编程并让器件自动递增该频率，或者通过CT化引脚进行外部 递增。在突发模式下，该器件在一定时长内输出其频率，接着在另一预定义时长内返回到中 间电平，然后步入下一频率。在MSB模式下，该器件产生数字输出。
[0060] 对器件进行编程时，用户需要输入起始频率、频率步进、增量数量，W及器件在各 频率点停留的时间间隔。频率配置参数可通过切换CT化引脚来启动。
[0061] 该器件提供多种不同的扫描方式。频率W=角扫描模式步进来连续上下扫描整个 频率范围，或W银形扫描模式向上扫描，但再次发起扫描之前会返回到初始频率。此外，无 需执行任何扫描，也可产生单个频率或突发。
[006引AD5930通过S线式串行接口写入数据，能够在40MHz的时钟速率下工作。器件采 用2. 3V至5. 5V电源供电，工作电流仅为8mA，AD5930为波形发生器提供了方便的低功耗解 决方案。并具有待机功能，能够关断器件中没有使用的部分，关断模式功耗仅为20yA。
[0063]AD5930主要应用于扫频，网络阻抗测量，W及频率触发和脉冲整形等方面。
[0064] 单片机MSP430F1611通过I/O引脚与AD5930连接，包括控制输入（FSYNC)、数字输 入（CT化)、串行时钟（S化K)、串行数据输入（SDATA)、中断（INTERRUPT)和下电（STANDBY), 单片机通过串行方式将数据写入AD5930,控制AD5930的控制寄存器、起始频率寄存器、频 率增量寄存器和跳频数量寄存器实现不同信号的输出。
[0065]AD5930的数字时钟（MCLK)有两个输入源，分别为固定有源晶振4(40M)和动态晶 振5 (PIC12巧09)，由控制系统1通过I/O引脚选择使用哪种晶振，在输出高频信号时使用有 源晶振4,当输出信号频率较低时选择动态晶振5。
[0066] 如图2所示，动态晶振5由Microchip公司单片机PIC12F509构成，PIC12巧09使 用4MHz的高精度内部振荡器，只要一个巧片没有其它外围电路；PIC12巧09有6个I/O引脚 佑P0-GP5)，使用2个引脚与控制系统1连接，GP0与P1. 0连接，GP1与P1. 1连接，模拟I2C 接口，接收控制系统1命令；GP2作为动态时钟输出版：LK-1，通过晶振开关电路6与AD5930 的数字时钟（MCLK)连接；引脚GP3与P1. 2连接，控制系统1通过P1. 2引脚复位单片机 PIC12F509 ;预留两个引脚GP4和GP5,如果需要输出特殊时钟频率可W外接晶振。
[0067] PIC12巧09的工作流程如图3所示，PIC12巧09上电完成初始化后，等待控制系统1 命令，根据控制系统1命令执行相关的操作。PIC12巧09工作在输出频率状态时，不响应控 制系统1命令，控制系统1如果要改变PIC12F509的输出频率，通过P1. 2复位PIC12F509， 使PIC12F509复位W接收新的频率参数。
[0068]PIC12巧09除程序跳转指令之外的所有指令（33条）都在一个周期（使用内置晶 振4MHz时为1yS)内执行，所WPIC12巧09输出的最高频率为125KHZ，GP3的输出间隔由 控制系统1设定。
[0069]MSP430F1611通过满量程调整控制引脚（FSADJUST)来调整输出电流的大小，满量 程调整控制引脚外接电阻Rsct化8kQ)与输出电流的关系如公式（3)所示。
[0070]
(3)
[007U 在本设计中，FSADJUST与连接到MSP430F1611的模拟输出引脚值AO)，DAO的电压 输出为Vda。，则满量程电流为：
[007引
（4)
[007引改变Vda。将改变满量程电流，从而改变AD5930的电压输出。MSP430F1611通过Vda。 提供该可变电压。AD5930的电流输出（IwT)通过200Q电阻接地，电流输出在约0. 16mA至 约3.12mA之间变化。
[0074] AD5930的负载电阻为200Q时，其输出电压在约0. 032V至约0. 624V之间变 化。AD5930的输出电压如图4a所示，而实际输出的波形图4b所示，需要去掉直流偏置电 压。采用图5所示电路，实现DDS输出信号调理，由于AD5930的输出电压Vdds是变化的， MSP430F1611通过模拟输出引脚值A1)提供可变电压Vd。:，使V"ut输出如输出图4b所示的波 形。
[0075] 孤S巧片2通过信号调理电路15后，还需要经过放大滤波电路16对信号进行放大 和滤波后，才可达到设计要求。
[0076] MSP430F1611通过I/O引脚与外部开关电路3连接，实现对外部设备的开关控制。
[0077] MSP430F1611的串口0通过电缆与船台7连接，实现数据交互。
[007引MSP430F1611的串口1通过串口分配电路8完成压力传感器9和电子罗盘12的数 据采集。
[0079]由于电子罗盘12容易受到外部磁场的干扰，为提高电子罗盘12的数据质量，将电 子罗盘12安装在拖曳体的前部，实现电子罗盘12和其它设备的物理隔离。MSP430F1611与 电子罗盘12的数据通信通过无线通信模块A10和无线通信模块B11实现；电子罗盘12在 工作时由充电电池14供电；在电子罗盘12不工作时，MSP430F1611通过I/O引脚控制电源 管理电路13,由电源系统17完成对充电电池14的充电工作。
【主权项】
1. 一种基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，其特征在于：所述拖曳式 水声信号发射系统由船台控制系统和拖曳体组成，所述动态信号发生装置安装在上述拖曳 体内；其特征在于：所述动态信号发生装置包括型号为MSP430F1611的控制系统、型号为 AD5930的DDS芯片、外部开关电路、型号为40M的有源晶振、型号为PIC12F509的动态晶振、 晶振开关电路、串口分配电路、压力传感器、无线通信模块A、无线通信模块B、电子罗盘、电 源管理电路、充电电池、信号调理电路、放大滤波电路和电源系统；其中： 所述控制系统通过I/O引脚与DDS芯片连接；所述DDS芯片的数字时钟有两个输入源， 上述两个输入源分别为固定有源晶振和动态晶振，所述控制系统通过I/O引脚与动态晶振 连接；所述控制系统的模拟输出引脚与DDS芯片满量程调整控制引脚连接；控制系统的模 拟输出引脚与运算放大器同相端连接，去掉输出信号直流偏置电压。2. 根据权利要求1所述的基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，其特征 在于，所述动态晶振由单片机构成；上述单片机上设置有模拟I2C接口，上述单片机通过模 拟I2C接口向动态晶振发送命令；所述控制系统通过I/O引脚与动态晶振复位端连接，进而 对动态晶振进行复位；所述动态晶振预留两个连接外接晶振用的引脚。3. 根据权利要求1所述的基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，其特征 在于，在拖曳体的前部安装有电子罗盘；所述电子罗盘采用充电电池单独供电；上述电子 罗盘与控制系统之间通过无线通信方式进行交互信息。
【专利摘要】本发明公开了一种基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，其特征在于：所述动态信号发生装置包括型号为MSP430F1611的控制系统、型号为AD5930的DDS芯片、外部开关电路、型号为40M的有源晶振、型号为PIC12F509的动态晶振、晶振开关电路、串口分配电路、压力传感器、无线通信模块A、无线通信模块B、电子罗盘、电源管理电路、充电电池、信号调理电路、放大滤波电路和电源系统；通过以上措施，简单方便实现DDS芯片输出信号的频率、幅度可调，尤其是在DDS芯片输出低频信号时效果良好，增加了动态信号发生装置的适用范围，提高了动态信号发生装置的性能。
【IPC分类】G01S7/524
【公开号】CN104965200
【申请号】CN201510400415
【发明人】刘颉, 崔华义, 于金花, 常哲, 吕九红, 杨逍, 牛志华, 李琦, 贾廷政, 高超, 张爽
【申请人】国家海洋技术中心
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月9日