1、基于TMS320C5420的2FSK設計與實現2008-07-2713:53基于TMS320C5420的2FSK設計與實現作者：楊英強時間：2007-05-01來源:摘要：基于DSP的軟件無線電技術在通信領域得到了廣泛的應用。我們使用TI公司的TMS320C5420DSP芯片成功設計了一種兼容2FSK,DPSK，QAM等多種調制解調方式的JH5001通信原理實驗系統，在系統硬件不變的情況下只要修改DSP的軟件處理部分就能實現無線參數的改變和增加新的功能。詳細介紹了用DSP實現2FSK調制解調的算法，并就解調中所應用的數字濾波器做了具體分析。關鍵詞：DSP；軟件無線電；FSK；調制與解調；數字濾

2、波器軟件無線電是利用大規模集成電路技術，把DSP芯片或通用CPU芯片作為無線通信的基本硬件平臺，將盡可能多的無線通信功能(如調制技術、跳頻、糾錯及加密等)用軟件實現。軟件無線電技術可以用軟件升級來改變無線功能參數，可以按要求的條件編程實現無線通信功能，使系統升級基于軟件，其代價小，靈活性強。用TI公司的TMS320C5420DSP芯片成功設計出一種兼容2FSK，DPSK，QAM等多種調制解調方式的JH5001通信原理實驗系統，下面以2FSK為例，詳細介紹用DSP軟件實現他的原理。2FSK調制的DSP軟件實現2FSK調制的數字振蕩器設計頻移鍵控FSK調制是用數字基帶信號來控制高頻載波頻率的變化，

3、調制后的載波信號頻率代表了要傳送的數字信號。二進制FSK(2FSK)是用2個高頻載波f和f來表示2個數字信號“1”或“0”。2FSK調制的常用方法是將fl和f2的正弦值預先計算出來，制成一個表，DSP工作時僅做查表運算即可實現。在這里采用數字振蕩器方法，用迭代方法產生正弦信號。其原理如下：一個傳遞函數為正弦序列sink3T的Z變換為：日二1-B計其中，A=2cos3T，B=-1，C=sin3T。設初始條件為0，求出式(1)的反Z變換為:jjk=Ayk-1+-2十Cxk-1這是一個二階差分方程，對其求單位沖擊響應便可得到正弦信號sinkXT。利用單位沖擊函數xk-1的性質，僅當k=1時，xk-1

4、=1,得到下列遞推式:k=0時y0=Ay-1+By-2+0=0k=1時y1=Ay0+By-1+C=Ck=2時y2=Ay1+By0+0=Ay1k=3時y3=Ay2+By1k=n時yn=Ayn-1+Byn-2在k2以后，yk能用yk-1和yk-2計算出來，這樣通過迭代就能得到一系列的yk值。所設計的數字振蕩器產生16kHz和32kHz的正弦信號，分別代表數據0和1,設置采樣頻率為96kHz，通過確定上面遞歸差分方程系數就可求得16kHz和32kHz正弦信號的系數(下標為0的系數是16kHz正弦信號的系數，下標為1的系數是32kHz正弦信號的系數)。A0=2cos30T=2cos(2nX16000/

5、96000)=lB0=-1C0=sinw0T=sin(2nX16000/96000)=0.86602540A1=2cos31T=2cos(2nX32000/96000)=-1B1=-1C1=sinw1T=sin(2nX32000八96000)=0.86602540DSP程序在初始化時先分別計算出產生16kHz與32kHz信號所需要的y1和y2值，然后開放定時器中斷，以后每次進入定時器中斷服務程序時，利用已計算出的y1和y2值重新計算出新的y0值,對其求單位沖擊響應就可得到16kHz和32kHz的正弦信號。2FSK調制的定時與中斷設計為了保證96kHz的采樣頻率，需要用到TMS320C5420的

6、中斷與定時器。定時器主要由3個寄存器組成，分別是定時器寄存器TIM，每計數一次自動減1；定時器周期寄存器PRD,當TIM減為0后，CPU自動將PRD的值裝入TIM；定時器控制寄存器TCR。定時器控制寄存器TCR各個比特位的具體定義如表1所示。住名稱功褪住名稱功褪1412保留ISSOFT詼比特驚配合第10住使.用喘撓定左時器注使用仿真調試時的我態：SOFT=0-當逬入情夏調試盯忘町器立即停止工很SOFT=1當計數器鍍減為0后-序止工作諫出特位配合第1位使用.決定疑時器往使用仿真謂過叭的我態=FREE=D；很抵11tt輛位決走定時器狀態FREI=1,11比將隹“定時器不竝響，46PSC定時器恆制計

7、數器.當ESC槪為0后.CPL口動將IDDR裝人，然后TM可始減1.莖町器倉一位，當IRB=1BtCPU將PRO富存TRB器的寄存器.槁IDDIL的値裝人PSD走時器骨止伏態一當系統臭垃町.ISS被篇除一定4TSS町芻立即開箱工作TSS=0.表示啟勒走時器TSS=1,表示停止定時器TDDE走時器擴展周期當FSC減到0后一CPU自動將TDDR旳值裝人P3C-炳后TM減1所審蚩個訃數器的周期筍存器可yX20b(FRD+血曲10FREE表1定時器控制寄存器TCR的定義TMS320C5420的定時器工作原理是：當CLKOUT信號時鐘沿到來時，觸發PSC。PSC是一個減1計數器，CLKOUT信號時鐘沿使

8、PSC減1,直到PSC為0,然后用TDDR重新裝入PSC，同時將TIM減1,直到TIM減為0,這時CPU發出TINT中斷，同時在TOUT引腳輸出一個脈沖信號，脈沖寬度與CLKOUT一致，然后用PRD重新裝入,重復下去直到系統或定時器復位。當系統復位或定時器單獨復位時,TIM和PRD都置成最大值FFFH,TDDR位清0,定時器控制寄存器的停止狀態位TSS被清零,定時器啟動,并將定時器擴展周期TDDR中的值加載到定時器預置計數器PSC中,而且將定時器周期寄存器PRD中的值重新加載到定時器寄存器TIM中。定時器中斷的頻率由式(3)決定：THT=tcX(TDDR-1)X(PRD+1)其中，tC表示CL

9、KOUT的周期，即TINT=95kHz。由式(3)可確定定時時間常數TDDR=0,PRD=333。TMS320C5420的中斷是通過中斷屏蔽寄存器IMR來實現的。IMR是一個存儲器映射寄存器，用于控制中斷源的屏蔽和開放。當ST1寄存器中的INTM位為0時，全局中斷允許。IMR中的某一位為1時，該中斷開放。以下是IMR寄存器各個比特位的定義：yW=二旳-1)工5-介EPNTNT3RN7TK1NT2N71KT&其中，HPINT表示HPI接口中斷，INT3INTO為外部引腳產生的中斷；TXINT和TRINT為TDM串口的發送和接收中斷；BXINT和BRINT為BSP串口的發送和接收中斷；TINT為定

10、時器中斷。圖1為2FSK調制主程序流程圖，圖2為中斷程序流程圖。按圖1和圖2的流程編制程序即可實現2FSK調制功能。圖12FSK調制主程序流程圖|民怦ETO.JTT1.AH.筆審存畑聯人丫奇彎維，H葉嬰巴莖ti圄回梅花稚一:拉店琴嚴沖圖2中斷程序流程圖2FSK解調的DSP軟件實現2FSK解調的方法有相干解調、濾波非相干解調、正交相乘非相干解調等多種方法，這里采用正交相乘非相干解調法，其框圖如圖3所示。圖3FSK正交相乘非相干解調示意圖輸入信號為二：=E-中：二-止門，經延時后信號2心匸產二二wm-匚，其中S為延時量。兩路信號相乘之后的結果為：2（?）0（/）=Os4T1Vg土紐）z-27罠門A

11、f）T+cos2TT（/oA/-）*T（4）在式(4)中，第一項經過低通濾波器后可以濾除。當2nf*S=P/2時，式(4)可化簡為:02R加0（r）4sm（沁f7）=士sm（2na/1）因而經過低通濾波器后，輸出信號的大小為：二丁匸，從而實現了FSK的正交相乘非相干解調。從以上的分析可以看出，正交相乘非相干解調法關鍵在于正確選擇T。這里2FSK的采樣率96kHz，每一個比特采樣16個樣點，基帶信號的載頻f0為24kHz，頻偏量$彳為8kHz。因而在DSP的處理過程中，延時取一個樣值就可滿足cos(2nf*T)=0的條件，從而保證信號通過低通濾波器后的值為土Tsin(2nf*T)。當基帶信號為1

12、時，濾波后得到一個正值；當基帶信號為0時，濾波后得到一個負值，最后判決時就可根據濾波后值的正負判斷。正交相乘非相干解調的另一個關鍵問題是低通濾波器的實現。為了將二倍頻分量cos4n(f土f)*t-2n(f土f)*t去除，需要將相乘后的值通過一個低通濾波器，留下cos2n(f土/)*T。為此設計了一個51階FIR濾波器，采用漢明窗平方根升余弦滾降。FIR濾波器的差分表達式為:FIR濾波器沒有反饋回路，是一個無條件的穩定系統。他的單位脈沖響應h(n)是一個有限長序列，當h(n)滿足偶對稱或奇對稱，并且h(n)是一個實數序列時,FIR濾波器具有線性相位的特性。通過對FIR濾波器的結構和他的差分方程分析,可以看出FIR濾波器實際上是一種乘法累加運算，對不同時刻的輸入乘以其加權系數，然后各項相加，不斷地移位輸出，這樣就得到了濾波輸出結果。將式(6)展開即得：由此式可見，將最新的樣本與h(0)相乘，次新的樣本與h(l)相乘，依次類推，最老的樣本與h(N-1)相乘，然后將這51個乘積相加就得到一個y(n)。然后又讀入一個新樣本，則原來最新的樣本變為次新的樣本，原來最老的樣本則被淘汰。此法的示意圖如圖4所示。圖4FIR實現示意圖在