DSP与PC机的无线交换调制模块设计

图2 系统硬件结构图

　　3.2 硬件抗干扰设计

　　由于DSP是高速器件，因此在设计本系统的电路板时面临着电磁干扰（EMI）的问题。印制电路板的抗干扰设计对PCB的电磁兼容性影响很大，为了使PCB上的电路正常工作，本系统采取了以下措施：1） 加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力；2） 数字地与模拟地分开，接地线尽量加粗， 接地线构成闭环路；3） 配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，这是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法；4） 对于DSP闲置的I/O口，不要悬空，接地或接电源，对DSP使用看门狗电路，尽量降低DSP的晶振和选用低速数字电路。

　　4 系统实现的关键技术

　　在系统的设计上，比较关键的技术是：DSP同计算机之间通过HPI接口和PCI总线进行数据交换、根据数字合成频率的方法利用DSP实现数据的调制、上位机软件实现数据的编码交织、DSP的汇编程序设计和PCI接口卡驱动程序设计。

　　4.1 DSP同计算机数据交换的实现

　　DSP同计算机之间的数据交换有很多种方法：串口、并口、I/O接口还有HPI接口。为了方便并且快速的实现数据交换，在本系统中，采用TMS320C5402的HPI接口与计算机的PCI总线进行数据交换。

　　TMS320C5402是在类别上属于TMS320C54X系列DSP。它由中央处理单元（CPU）、总线、存储器、片内外设、以及外部总线接日等部分组成。TMS320C5402的外设有：软件可编程等待状态发件二器，有可编程的块切换等待状态；增强型的8位主机接口（HPI8 ）;两个硬件定时器；拥有锁相环（PLL）的时钟发生器；一个直接存储器（DMA）控制器；两个多通道缓冲串行！l（McBSPs）等。HPI接口是一个8位并行口，用来与主设备或主处理器接口。TMS320C5402采用增强型主机接口。此主机接口同标准型主机接日相比主要区别在于：增强型可以访问整个片内RAM。

　　在本系统中，PCI接口芯片选用TI公司的PCI2040。PCI2040可以实现8位HPI接口的TMS320C54X系列与高性能的PCI总线之间无缝连接的DSP-PCI桥。PCI2040提供了几个外部接口：

　　PCI总线接口：PCI2040提供了与PCI总线规范完全兼容的32位总线接口。这些总线接口可以实现配置寄存器读写，内部存储器访问，并可以通过存储器映射空间访问HPI接口。

　　HPI接口：PCI2040的HPI接口用于访问TMS320C54X或TMS320C6X。连接到HPI接口的设备以存储器映射的方式映射到卞机存储区内。主机通过访问PCI2040访问HPI接口。

　　4.2 利用DSP实现数据的调制

　　由于本设计的调制主要是利用软件与硬件结合的方法实现，并且力求产生的信号精确，故系统选用了高速D/A（CA3338）转换芯片，用汇编语言编程实现调制信号输出。

　　4.2.1 硬件连接图

　　调制的硬件电路如图3所示。TMS320C5402的IOSTRB和IS相或后作为CA3338的片选信号，通过数据总线将数据送到CA3338中，D/A转换后模拟信号经过运算放大器后输出。

图3 DSP同D/A转换芯片的连接图

　　4.2.2 DSP调制程序设计

　　原始数据在DSP中进行FTSK调制，它是通过DSP的软件编程利用DDS（数字合成频率）的原理实现的。

　　1 实现方法。DDS（直接数字频率合成）技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC转换成模拟量形式的信号的合成技术。目前使用最广泛的一种DDS方式是利用高速存储器作查寻表，然后通过高速DAC产生已经用数字形式存入的正弦波。在本系统中，首先，在DSP内部ROM开辟一段存储空间作为一个周期的正弦波抽样点存储器。通过软件对该存储器进行相位一幅值的转换，从而在给定的时间确定相应的输出幅值。发送一个周期的正弦波流程图如图4所示。

　　2 4FTSK信号的产生及输出。4FTSK信号包含4个频率的波形，因此先根据不同的频率，计算出相应的采样率，编写产生这四个频率正弦波的子程序。在主程序中，判断要调制的码元，决定发送的4个频率的顺序。

图4 发送一个频率的正弦波流程图

　　信号最终是通过r/o u输出到D/A转换芯片中实现从数字量到模拟量的转换。再经过低通滤波之后，便可得到频率纯净的模拟信号。

　　3信号的测试、分析。由于4FTSK信号的解调需要调制信号的精度很高，因此设计了测试电路测试发送信号的精确度。测量方法：通过控制输入计数频率值，来测量调制期间的时间长度，发送数据的长度是等于计数频率的周期值X计数值，即计数值除以频率值。

　　4.2.3 上位机软件实现编码及交织

　　对于本系统而言，在信道中传输中所引起的多次突发错误，对一个码组来说，码组中的差错完全可以看作是独立的。因而在计算输出误码率时，就可以按反映随机信道错误分布的二进制对称信道（BSC）模型计算。在BSC模型中，传输“1”和“0”两种信息，其传输错误的概率相同，均为Pe,传输正确的概率为1-Pe, Pe称为信道误码率。在BSC下，传输长度为n的码组时，正好出现m个差错的概率为 
                           （1）

　　码组内出现≧m个差错的概率为

             　　　　                                  　（2）

　　在本系统中，交织度为144,所使用差错控制码为Golay （23,12）码，可纠3位错码，因此根据上式，可得误码率为

　       　　　（3）

　　4.2.4 DSP的汇编程序设计

　　DSP的汇编程序设计包括两部分：系统的ROOT程序设计以及主程序设计。主程序主要是对寄存器的初始化。

　　4.2.5 PCI接口卡驱动程序设计

　　在设计和使用PCI设备时，经常要在PC机的软件中访问和控制硬件设备为了保证系统的安全性、稳定性和可移植性，对应用程序访问硬件资源加以限制，这就要求设计设备驱动程序以实现PC机的软件对PCI设备的访问。硬件设备驱动程序的基本功能就是完成设备的初始化、对端口的读写操作以及对内存的直接读写。

　　5 本文作者创新点

　　在用单片机实现的基础上，本文提出了以TMS320C5402为主控制器的无线数据调制模块的实现方法，并对其具体实现包括硬件及软件做了比较全面的介绍。可以看出：在速度、精度等很多方面DSP系统都优于单片机系统，而且DSP利用HPI 口和PCI总线，极大的方便了主机与DSP系统的数据交换。该系统灵活、简单，是一种比较先进的技术，具有一定的理论和实践意义。