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基于C54XDSP的基带调制解调器的设计.doc
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基于C54XDSP的基带调制解调器的设计.doc
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摘 要
调制解调器是利用模拟通信网来完成一系列数据通信的关键设备之一。近些年
来,随着科技的快速发展和数据通信业务量的日益增加以及业务范围的不断扩大化,
对于 Modem 的传输速率以及性能指标相应的提出了更高标准的要求。由于 DSP 芯片具
有有体积小、重量轻、使用灵活方便等优点,同时 DSP 技术具有数据处理能力强、运
行速度快的特点 ,因此基于 DSP 技术的调制解调器在通信系统中得到越来越广泛的
应用。
本论文先简要阐述了 C54xDSP 系统的结构及工作原理,探讨了 C54xDSP 技术的优
势所在。随后在论述调制解调器工作原理的基础上,给出了一种基于 C54xDSP 的通用
基带调制解调器的设计。该调制解调器硬件以 C54x DSP 芯片为核心,包括 FPGA/CPLD、
可编程开关电容滤波器、A/D 变换器、D/A 变换器、编解码器、RS-232 异步通信接口
电路及时钟电路等。调制解调器软件包括:外设接口初始化、接收、发送、编码、基
带调制、滤波、载波同步、位同步、解调、帧同步等。
关键词:基带;调制解调器;DSP;滤波;编码
ABSTRACT
Modem is one of the equipment which uses a communications network to complete a series
of data communications. In recent years, with the rapid progress in science and technology and
data communication built increasing and business scope of the struggle, for both modems
transmission speed and performance indicators corresponding offered a high standard required.
DSP chip with advantages of a small size, weight and more convenient use while DSP
technology have a strong data processing ability, high running speed, therefore, based on the
DSP technology in a communication system modem are increasingly wide application.
This paper briefly describes the first c54xdsp system structure and working mechanism,
c54xDSP benefits of work. Then the modem works on the basis of giving a general c54xdsp
based on the design project with your modem. The modem hardware c54x DSP to chip at the
core, including FPGA/CPLD, programmable switch a filter and a d change and d a varied and
codec, RS -232 asynchronous communication interface and the electrical circuits. A modem
peripheral interface software includes: initialize, receiving and sending, coding, base with
modulation, filtering, the carrier waves synchronization, synchronous and demodulates and a
frame alignment, etc. At last it’s the DSP mobile communications technology in wireless
systems and developing prospect.
KEY WORDS: Base-band ; Modem ;DSP; Filtering ;Encoding
目 录
第 1 章 绪论 ...............................................................1
1.1 DSP 技术 .............................................................1
1.2 C54xDSP 芯片 .........................................................2
1.3 基带调制解调器原理及应用 .............................................3
第 2 章 系统设计方案 ........................................................4
2.1 对设计的技术要求 .....................................................4
2.2 设计背景 .............................................................4
2.2.1 DSP 系统构成及设计 ..............................................4
2.2.2 CCS 集成开发环境 ...............................................5
2.3 总体设计方案 .........................................................6
2.3.1 调制与解调原理 ..................................................6
2.3.2 硬件选择 .......................................................8
第 3 章 基于 C54x DSP 的通用基带调制解调器硬件设计 ...........................9
3.1 C54xDSP 应用系统的硬件设计 ..........................................9
3.1.1 C54xDSP 芯片的电源设计 ..........................................9
3.1.2 时钟的考虑 ....................................................9
3.1.3 3V 和 5V 混合逻辑设计 ........................................10
3.2 基于 C54xDSP 调制解调器硬件系统的设计................................10
3.3 QPSK 调制解调器的设计与实现 .........................................12
3.4 信号流程 ............................................................14
3.5 硬件原理图说明.....................................................14
第 4 章 基于 C54x DSP 的通用基带调制解调器软件设计 ..........................17
4.1 C54x DSP 的软件设计 .................................................17
4.1.1 TMS32C54 混合编程的规范 ........................................17
4.1.2 C54x DSP 的软件设计流程图 ......................................18
4.2 基带调制解调的数字实现 ..............................................18
4.3 QPSK 调制解调器的设计与实现 .........................................19
4.3.1 数字滤波算法的 DSP 定点实现 ....................................20
4.3.2 调制解调算法的 DSP 实现 .........................................24
4.4 数据测试 ............................................................27
4.5 结语 ................................................................30
参考文献 ...................................................................31
致 谢 ......................................................................33
附录 1:模拟输入/输出通道电路 ...............................................34
附录 2:英文原文 ............................................................35
附录 3:中文译文 ............................................................44
第 1 页
第 1 章 绪论
二 十 多 年 时 间 里 , 数 字 信 号 处 理 已 经 在 通 信 等 领 域 得 到 普 遍 的 应 用 。
TMS320C54xDSP 是 TI 公司在继 TMS320C1X、TMS320C2X 和 TMS320C5X 之后推出的 16
位定点数字信号处理器。此系列 DSP 芯片运用修正的哈佛结构,数据与程序分开存
放,8 条高速并行总线的内部。片上集成有存储器和在片的外设,和专门用途的硬
件逻辑。功能强大的指令系统,使该芯片具有很高的处理速度和广泛的应用适应性,
由于 C54xDSP 有功耗小、成本低等特点,被广泛应用于移动通信、软件无线电等领
域。本课题介绍的基于 C54x DSP 的基带调制解调器应用于软件无线电领域。Modem
中的基带调制解调器的优势在于它有完全的物理互换性能和灵活的系统结构。
1.1 DSP 技术
数字信号处理(Digital Signal Processing,简称 DSP)是一种独特的微处理
器,它通过数学技巧执行转换和提取信息,来处理和现实信号,这些信号由数字
序列表示。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂
指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。
DSP 优点:容易实现集成,可以时分复用,共享处理器;方便调整处理器的
系数实现自适应滤波,可用于频率非常低的信号。其 DSP 缺点是:需要模数转换;
受采样频率的限制,处理频率范围有限;但是其优点远远超过缺点
[1]
。
由于 DSP 芯片的问世,使得数字信号处理技术在数据传输领域中的应用更加
引起重视。DSP 产业在约 40 年的历程中经历了三个阶段:第一阶段,DSP 意味着
数字信号处理,并作为一个新的理论体系广为流行;随着这个时代的成熟,80 年
代开始 DSP 进入了发展的第二阶段,在这个阶段,DSP 代表数字信号处理器,这
些 DSP 器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化; 21 世纪 DSP 发展进入第
三个阶段,市场竞争更加激烈,TI 及时调整 DSP 发展战略全局规划,并以全面的
产品规划和完善的解决方案,加之全新的开发理念,深化产业化进程。成就这一
进展的前提就是 DSP 每 MIPS 价格目标已设定为几个美分或更低。接下来又催生了
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