通信系統(tǒng)原理技術(shù)與DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的研制

1 引言

近些年來，通信電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，不斷推陳出新，尤其是無線電通信技術(shù)在近幾年得到了迅猛發(fā)展。針對(duì)日新月異的新技術(shù)，大中專院校通信類專業(yè)的理論課程及教學(xué)方式也需不斷更新，才能跟上時(shí)代發(fā)展的要求。因此相應(yīng)的通信實(shí)驗(yàn)課程及實(shí)驗(yàn)設(shè)備也需隨之更新和發(fā)展，以使學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)掌握通信電子學(xué)領(lǐng)域的最新技術(shù)并培養(yǎng)相應(yīng)的實(shí)踐動(dòng)手能力。

目前國(guó)內(nèi)許多大中專院校使用的通信原理實(shí)驗(yàn)裝置，其設(shè)計(jì)技術(shù)較陳舊，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容沒有結(jié)合現(xiàn)今先進(jìn)的通信技術(shù)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，我們研制了目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的基于軟件無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的"JLC型現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理技術(shù)與DSP綜合實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)"，他既適合大中專院校通信與電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)使用，也可作為通信電子產(chǎn)品的軟硬件開發(fā)平臺(tái)使用。

2 系統(tǒng)功能

該實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)和以往傳統(tǒng)的通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相比，最大的特點(diǎn)表現(xiàn)在其實(shí)現(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性--采用了DSP技術(shù)和FPGA／CPLDD技術(shù)。該系統(tǒng)以DSP芯片(CPU)和FPGA超大規(guī)?？删幊绦酒瑸楹诵臉?gòu)成基本硬件平臺(tái)，通過DSP軟件編程加載完成一系列DSP系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理與技術(shù)實(shí)驗(yàn)。因此，該實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)具有一種開放的體系結(jié)構(gòu)，這種開放性包含3個(gè)方面的含義，即對(duì)用戶使用的開放性、對(duì)生產(chǎn)的開放性和對(duì)研制的開放性。在此通用硬件平臺(tái)上，根據(jù)研究生、本科生、專科生或中專生等不同層次所需，可下載不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，用戶也可自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shù)的一系列實(shí)驗(yàn)及DSP系統(tǒng)系列實(shí)驗(yàn)，也可在此平臺(tái)上研發(fā)DSP應(yīng)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(shí)驗(yàn)和通信系統(tǒng)原理與技術(shù)典型實(shí)驗(yàn)如下：

I／O實(shí)驗(yàn)；
A／D接口實(shí)驗(yàn)；
D／A接口實(shí)驗(yàn)；
外部中斷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；
軟件中斷實(shí)驗(yàn)；
定時(shí)器實(shí)驗(yàn)；
串行口中斷實(shí)驗(yàn)；
主機(jī)接口實(shí)驗(yàn)；
正弦信號(hào)產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)；
白噪聲生成實(shí)驗(yàn)；
FIR濾波器實(shí)驗(yàn)；
IIR濾波器實(shí)驗(yàn)；
信號(hào)合成實(shí)驗(yàn)；
DSP串行通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；
DSP并行通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；
跳頻通信控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；
放大與衰減；
FFT；
糾錯(cuò)編碼技術(shù)；
同步技術(shù)；
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(shí)驗(yàn)；
數(shù)字通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)。

3 軟硬件設(shè)計(jì)

3．1 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2所示。硬件平臺(tái)采用模塊化功能設(shè)計(jì)，以便于調(diào)試和測(cè)量。DSP器件采用TI(Texas Instruments)公司的TMS320VC5402芯片；實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的輸入輸出通道設(shè)計(jì)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(jìn)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(gè)芯片上，他是完成語言信號(hào)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(shè)計(jì)；通信子系統(tǒng)中的位同步模塊、相關(guān)器模塊、同步譯碼模塊等由FPGA器件實(shí)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(jìn)行連接；DSP與AT89C51單片機(jī)的通信通過DSP的HPI接口進(jìn)行，單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行異步串行通信。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述系統(tǒng)功能和硬件結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為3大部分，即系統(tǒng)主控模塊包括自檢模塊，30個(gè)系統(tǒng)各實(shí)驗(yàn)功能實(shí)現(xiàn)模塊和鍵盤液晶顯示模塊。軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)，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(yīng)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(yīng)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(shí)現(xiàn)，以達(dá)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(jié)論

設(shè)計(jì)的現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理技術(shù)與DSP實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有很強(qiáng)的實(shí)用性、先進(jìn)性、開放性和靈活性，已成功應(yīng)用于多家單位的教學(xué)和科研中，使用情況表明其性能穩(wěn)定可靠。