通信系統(tǒng)原理技術與DSP實驗平臺的研制

1 引言

近些年來，通信電子技術和計算機技術發(fā)展較快，不斷推陳出新，尤其是無線電通信技術在近幾年得到了迅猛發(fā)展。針對日新月異的新技術，大中專院校通信類專業(yè)的理論課程及教學方式也需不斷更新，才能跟上時代發(fā)展的要求。因此相應的通信實驗課程及實驗設備也需隨之更新和發(fā)展，以使學生通過實訓掌握通信電子學領域的最新技術并培養(yǎng)相應的實踐動手能力。

目前國內(nèi)許多大中專院校使用的通信原理實驗裝置，其設計技術較陳舊，實驗內(nèi)容沒有結合現(xiàn)今先進的通信技術。針對這一現(xiàn)狀，我們研制了目前國內(nèi)較為先進的基于軟件無線電技術實現(xiàn)的JLC型現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理技術與DSP綜合實驗開發(fā)系統(tǒng)，他既適合大中專院校通信與電子技術實驗使用，也可作為通信電子產(chǎn)品的軟硬件開發(fā)平臺使用。

2 系統(tǒng)功能

該實驗開發(fā)系統(tǒng)和以往傳統(tǒng)的通信原理實驗系統(tǒng)相比，最大的特點表現(xiàn)在其實現(xiàn)技術的先進性--采用了DSP技術和FPGA／CPLDD技術。該系統(tǒng)以DSP芯片(CPU)和FPGA超大規(guī)模可編程芯片為核心構成基本硬件平臺，通過DSP軟件編程加載完成一系列DSP系統(tǒng)實驗和現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理與技術實驗。因此，該實驗開發(fā)系統(tǒng)具有一種開放的體系結構，這種開放性包含3個方面的含義，即對用戶使用的開放性、對生產(chǎn)的開放性和對研制的開放性。在此通用硬件平臺上，根據(jù)研究生、本科生、?？粕蛑袑Ｉ炔煌瑢哟嗡?，可下載不同的實驗內(nèi)容，用戶也可自己設計實驗項目。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。系統(tǒng)功能模塊主要由9部分組成，可完成現(xiàn)代模擬通信系統(tǒng)和現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)原理與技術的一系列實驗及DSP系統(tǒng)系列實驗，也可在此平臺上研發(fā)DSP應用系統(tǒng)解決方案。

本系統(tǒng)已開發(fā)出的系列DSP系統(tǒng)典型實驗和通信系統(tǒng)原理與技術典型實驗如下：

I／O實驗；
A／D接口實驗；
D／A接口實驗；
外部中斷系統(tǒng)實驗；
軟件中斷實驗；
定時器實驗；
串行口中斷實驗；
主機接口實驗；
正弦信號產(chǎn)生實驗；
白噪聲生成實驗；
FIR濾波器實驗；
IIR濾波器實驗；
信號合成實驗；
DSP串行通信系統(tǒng)實驗；
DSP并行通信系統(tǒng)實驗；
跳頻通信控制系統(tǒng)實驗；
放大與衰減；
FFT；
糾錯編碼技術；
同步技術；
調(diào)幅通信系統(tǒng)；
調(diào)頻通信系統(tǒng)；
調(diào)相通信系統(tǒng)；
數(shù)字基帶通信系統(tǒng)；
PCM通信系統(tǒng)；
ASK通信系統(tǒng)；
FSK通信系統(tǒng)；
PSK通信系統(tǒng)；
模擬通信系統(tǒng)綜合實驗；
數(shù)字通信系統(tǒng)綜合實驗。

3 軟硬件設計

3．1 硬件設計

系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2所示。硬件平臺采用模塊化功能設計，以便于調(diào)試和測量。DSP器件采用TI(Texas Instruments)公司的TMS320VC5402芯片；實驗平臺的輸入輸出通道設計采用TI公司的TLV320AICl0芯片完成A／D和D／A轉(zhuǎn)換電路功能，并與DSP的高速多通道緩沖串行口 McBSP進行串行全雙工通信，TLV320AICl0將音頻采樣、抗混疊濾波和音頻輸出等電路集成在一個芯片上，他是完成語言信號輸入輸出處理的較佳器件；DSP芯片與外圍電路采用3.3V和5V混合邏輯設計；通信子系統(tǒng)中的位同步模塊、相關器模塊、同步譯碼模塊等由FPGA器件實現(xiàn)，采用ALTERA公司的EPFl0K30A-208PQFP器件；DSP與FPGA之間通過DSP局部總線定義進行連接；DSP與AT89C51單片機的通信通過DSP的HPI接口進行，單片機與PC機進行異步串行通信。

3.2 軟件設計

根據(jù)上述系統(tǒng)功能和硬件結構，本系統(tǒng)的軟件設計主要分為3大部分，即系統(tǒng)主控模塊包括自檢模塊，30個系統(tǒng)各實驗功能實現(xiàn)模塊和鍵盤液晶顯示模塊。軟件設計時采用模塊化設計，系統(tǒng)主控模塊管理調(diào)用各軟件模塊，各部分之間根據(jù)自定義的通信協(xié)議通訊。應用程序采用3種不同方法編寫，系統(tǒng)主控模塊用C語言編寫，其他應用程序模塊用C語言、匯編語言或C語言與匯編語言混合編程方法實現(xiàn)，以達到TMS320VC5402DSP芯片軟硬件資源的最佳利用。系統(tǒng)主程序框圖如圖3所示。

4 結論

設計的現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理技術與DSP實驗平臺具有很強的實用性、先進性、開放性和靈活性，已成功應用于多家單位的教學和科研中，使用情況表明其性能穩(wěn)定可靠。