| 摘要：數(shù)字信號處理技術應用于短波通信領域已成為趨勢,TI公司在90年代中后期推出了TMS320C2XX系列的DSP芯片,從而使便攜式戰(zhàn)術接收機數(shù)字化成為可能。本文介紹了一種高性能、低功耗的TMS320C203 DSP芯片的結構組成以及實現(xiàn)戰(zhàn)術接收機數(shù)字化改造的軟、硬件方案,并成功地研制了樣機。 關鍵詞：短波通信 戰(zhàn)術接收機 數(shù)字信號處理 TMS320C203 1 引言 在短波通信領域,短波數(shù)字化接收機以其強大的優(yōu)勢正逐步取代傳統(tǒng)的模擬接收機,它采用先進的DSP技術和高精度A/D電路來完成對中頻信號的濾、邊帶分離、放大、解調、AGC控制等功能。與傳統(tǒng)的模擬機相比,短波數(shù)字化接收機的濾波性能、群時延、邊帶隔離度、AGC線性度及解調靈活性、整機可靠性、抗干擾性等均有顯著提高。因此,國內短波接收機的制造廠家均相繼推出中、高檔的數(shù)字化接收機。然而,受成本、功耗、體積、性能等方面的限制,目前在短波通信領域廣泛使用的便攜式戰(zhàn)術接收機尚無數(shù)字化的替代產(chǎn)品。 TI公司在90年代中后期推出了高性能、低功耗、低價位的C2XX系列DSP芯片,從而使便攜式戰(zhàn)術接收機的數(shù)字化成為可能。本文介紹的就是用TI公司的TMS320C203來完成戰(zhàn)術接收機數(shù)字化改造的解決方案。 2 TMS320C203芯片介紹 該戰(zhàn)術接收機中使用了16位定點、40MIPS的TMS320C203DSP,這種DSP產(chǎn)品價格低廉,因而具有較高的性能價格比。該系列芯片是基于C5X系列的結構而設計的,因而大大節(jié)省了功耗和芯片體積。 C2XX系列DSP芯片采用改進的哈佛結構,這種結構的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的內部總線是分開的。各型號具有相同的CPU和總線結構。其CPU包括:32-bit算術邏輯單元CALL、32-bit累加器、16×16bit并行乘法器、32-bit乘積結果、3個定標器和8個16-bit輔助寄存器,且?guī)в袛?shù)據(jù)空間間接尋址用的專用算術單元; 程序控制部分提供了指令執(zhí)行的4級流水結構,8級硬件堆棧和用戶禁止中斷線。程序控制部分的指令包括有指令操作、單周期乘法/累加指令、存儲器塊推移指令和檢索尋址等。 C2XX系列的最大尋址空間為224kB,其中程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/O空間各占64kB,全局空間占32kB(主要用于程序和數(shù)據(jù)引導)。在C203中具有544B的雙訪RAM（在一個指令周期內可以被訪問兩次,但至多允許一次寫操作）可以分為B0、B1和B2三塊。 B0塊長256B,被配置為片內程序/片內數(shù)據(jù)空間;B1塊長256B,只能配置在數(shù)據(jù)空間（可間接尋址和頁尋址,不能直接尋址）;長32B的B2塊只能配置于數(shù)據(jù)空間（地址為60H～7FH）,可直接尋址）。 C203中具有一個片內16bit定時器,可用于程序、數(shù)據(jù)和I/O空間的軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器（0～7個等待狀態(tài)）,以及時鐘選擇的片內振蕩器和鎖相環(huán)。為提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性,一般都使用鎖相環(huán)方式。 C203提供的42個通用中斷包括RS、INT1、INT2及不可屏中斷NMI。RS為中斷0,用于上電復位時將程序和數(shù)據(jù)從ROM中引導入RAM,INT1和INT2雖然各有引出腳等外設連接,但它們共用同一個中斷向量。在C203內部還集成有一個同步串行口和一個異步串行口。 與C50相比,C203也具有自己的一些缺點： （2）不能自動保護現(xiàn)場而必須由用戶自己缺點： （2）無桶形移位寄存器,濾波時不能對程序空間中的濾波器系數(shù)自動地實現(xiàn)尋址的首尾銜接; （3）不能提供指令塊重復執(zhí)行功能。 以上這些特點決定了C203指令的執(zhí)行效率要低于C50。 3 DSP處理模塊硬件方案 戰(zhàn)術接收機DSP處理模塊的硬件組成如圖1所示。25kHz中頻信號首先由軌對軌運放TLC2272進行低通放大,然后經(jīng)過8階巴特沃思型開關電容濾波器MAX295的抗混疊濾波,再經(jīng)匝數(shù)比為1：1.8的變壓器完成單雙極轉換后送往A/D轉換器。 圖1中的A/D轉換器為16位精度、并行輸出的AD976A（最大功耗為100mW）,其允許的最大采樣率為200kSPS,對輸入模擬電壓的轉換時間為4μs。重建濾波器采用MAX295,它輸出的模擬信號一路是AGC電壓,用以控制DSP板以前的放大器的增益;另一路為音頻信號。選用的D/A轉換器是12位精度的并口AD8582（最大功耗僅10mW）。 由于該電路相對比較簡單,因而控制電路和時鐘產(chǎn)生電路均采用74系列的CMOS芯片。EPROM27C256中存放有程序、4kB的正弦表和4kB的反正弦表以及各種濾波器系數(shù)。X25043為低電平復位的具有電壓監(jiān)控功能的E2PROM,該器件內部同時還集成了可編程看門狗定時器。X25043及其附屬電路主要用于完成以下兩個功能; (1)系統(tǒng)上電復位時,將程序和數(shù)據(jù)從27C256引導至RAM中,平常則監(jiān)控DSP的工作電壓。 （2）存放校準濾波系數(shù)。校準時,該濾波器系數(shù)從X25043中調到DSP的雙訪RAM中,以準備進行校準濾波。 DSP與主機的通信接口如圖2所示。由于成本、功耗和電路板面積的限制,電路中沒有使用雙端口RAM,而是采用兩74HC574來形成與主機通信的雙向通路。采樣數(shù)據(jù)的接收采用中斷方式,實際占用的是中斷口2。而DSP則利用中斷口1來接收主機所需發(fā)送的命令。 4 軟件方案 TMS320C203以中斷方式1接收主機命令,由于主機的中斷口均已被占用,因而其指令執(zhí)行速度也遠遠慢于DSP。因此,主機采用查詢方式接收DSP的返回信息（并口）。此時74HC574只相當于一級的緩沖,在下次寫脈沖到來以前,其中的信息必須被取走,另外,還應當保證信息的保存時間不超過20μs,其命令發(fā)送格式如圖3所示。 由于每次命令發(fā)送中都包含多個命令。且每一個命令字都包括一個信頭標識和多個信元（總長最多為4字節(jié)）,因此接收命令的中斷服務程序中設立了5單元的接收緩沖區(qū)和30單元的命令放置區(qū)。命令字的信頭標識具有兩個作用： （1）以信頭標識為偏址的命令字長度表為參照得出該命令令字長度。 （2）若DSP已收完該命令字,則將接收緩沖區(qū)中的各字節(jié)按含義拼裝為字,并以信頭標識為偏址,命令放置區(qū)首址為基礎存入到命令放置區(qū)。 為確保命令傳送的可靠性,該系統(tǒng)采用部分反饋重傳的機制,即讓DSP將工作方式字和解調方式字等重要命令回傳給主機,主機再將其與最近發(fā)送的對應字進行比較,若有差別,則認為出錯并重發(fā)。當然,在通信程序中還應包含其它的容錯處理。 接收A/D采樣數(shù)據(jù)采用中斷2,由于要進行降5的抽取,因此,中斷服務程序要對接收的數(shù)據(jù)個數(shù)計數(shù),以在各解調程序中判斷是否已收到5個采樣數(shù)據(jù)。若是,則作解調處理,否則等待。解調程序運行一周所需的時間必須少于50μs,以便對下次收到的5個采樣數(shù)據(jù)進行及時地處理。圖4為簡化的主程序流程示意圖。 5 結束語 采用本文所介紹的解決方案,筆者成功地完成了對短波數(shù)字化戰(zhàn)術接收機的研制。在研制過程中,由于所選的廉價DSP芯片不能全面運行,而且片內資源較小,因此筆者經(jīng)過多次努力壓縮運算量,解決了低噪聲過大所造成的性能不高的問題。目前,該樣機在靈敏度、動態(tài)范圍、群時延、音頻響應以及大信號信噪比等諸多關鍵指標上均優(yōu)于同類的模擬機,而且體積減少了二分之一,重量減輕了三分之一,整機功耗被控制在5.5W。該樣機已通過用戶驗收并以其性能好、功耗低、體積小、重量輕、便于野外作用而得到用戶的好評,從而全面完成了對短波接收機系列化的數(shù)字化改造。
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