【正文】 摘 要調制解調器是利用模擬通信網來完成一系列數(shù)據(jù)通信的關鍵設備之一。近些年來，隨著科技的快速發(fā)展和數(shù)據(jù)通信業(yè)務量的日益增加以及業(yè)務范圍的不斷擴大化，對于Modem的傳輸速率以及性能指標相應的提出了更高標準的要求。由于DSP芯片具有有體積小、重量輕、使用靈活方便等優(yōu)點，同時DSP技術具有數(shù)據(jù)處理能力強、運行速度快的特點 ，因此基于DSP技術的調制解調器在通信系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用。本論文先簡要闡述了C54xDSP系統(tǒng)的結構及工作原理，探討了C54xDSP技術的優(yōu)勢所在。隨后在論述調制解調器工作原理的基礎上，給出了一種基于C54xDSP的通用基帶調制解調器的設計。該調制解調器硬件以C54x DSP芯片為核心，包括FPGA/CPLD、可編程開關電容濾波器、A/D變換器、D/A變換器、編解碼器、RS232異步通信接口電路及時鐘電路等。調制解調器軟件包括:外設接口初始化、接收、發(fā)送、編碼、基帶調制、濾波、載波同步、位同步、解調、幀同步等。關鍵詞：基帶；調制解調器；DSP；濾波；編碼ABSTRACTModem is one of the equipment which uses a munications network to plete a series of data munications. In recent years, with the rapid progress in science and technology and data munication built increasing and business scope of the struggle, for both modems transmission speed and performance indicators corresponding offered a high standard required. DSP chip with advantages of a small size, weight and more convenient use while DSP technology have a strong data processing ability, high running speed, therefore, based on the DSP technology in a munication system modem are increasingly wide application.This paper briefly describes the first c54xdsp system structure and working mechanism, c54xDSP benefits of work. Then the modem works on the basis of giving a general c54xdsp based on the design project with your modem. The modem hardware c54x DSP to chip at the core, including FPGA/CPLD, programmable switch a filter and a d change and d a varied and codec, RS 232 asynchronous munication interface and the electrical circuits. A modem peripheral interface software includes: initialize, receiving and sending, coding, base with modulation, filtering, the carrier waves synchronization, synchronous and demodulates and a frame alignment, etc. At last it’s the DSP mobile munications technology in wireless systems and developing prospect.KEY WORDS: Baseband 。 Modem 。DSP。 Filtering 。Encoding目 錄第1章 緒論 1 DSP技術 1 C54xDSP芯片 2 基帶調制解調器原理及應用 3第2章 系統(tǒng)設計方案 4 對設計的技術要求 4 設計背景 4 DSP系統(tǒng)構成及設計 4 CCS集成開發(fā)環(huán)境 5 總體設計方案 6 6 硬件選擇 8第3章 基于C54x DSP的通用基帶調制解調器硬件設計 9 C54xDSP應用系統(tǒng)的硬件設計 9 C54xDSP芯片的電源設計 9 時鐘的考慮 9 3V 和5V混合邏輯設計 10 基于C54xDSP調制解調器硬件系統(tǒng)的設計 10 QPSK調制解調器的設計與實現(xiàn) 12 信號流程 14 硬件原理圖說明 14第4章 基于C54x DSP的通用基帶調制解調器軟件設計 17 C54x DSP的軟件設計 17 TMS32C54混合編程的規(guī)范 17 C54x DSP的軟件設計流程圖 18 基帶調制解調的數(shù)字實現(xiàn) 18 QPSK調制解調器的設計與實現(xiàn) 19 DSP定點實現(xiàn) 20 24 27 結語 30參考文獻 31致 謝 33附錄1：模擬輸入/輸出通道電路 34附錄2：英文原文 35附錄3：中文譯文 44第1章 緒論二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經在通信等領域得到普遍的應用。TMS320C54xDSP 是TI 公司在繼TMS320C1X、TMS320C2X 和TMS320C5X 之后推出的16 位定點數(shù)字信號處理器。此系列DSP 芯片運用修正的哈佛結構,數(shù)據(jù)與程序分開存放,8 條高速并行總線的內部。片上集成有存儲器和在片的外設,和專門用途的硬件邏輯。功能強大的指令系統(tǒng),使該芯片具有很高的處理速度和廣泛的應用適應性,由于C54xDSP有功耗小、成本低等特點,被廣泛應用于移動通信、軟件無線電等領域。本課題介紹的基于C54x DSP 的基帶調制解調器應用于軟件無線電領域。Modem中的基帶調制解調器的優(yōu)勢在于它有完全的物理互換性能和靈活的系統(tǒng)結構。 DSP技術數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一種獨特的微處理器，它通過數(shù)學技巧執(zhí)行轉換和提取信息，來處理和現(xiàn)實信號，這些信號由數(shù)字序列表示。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色?！　SP優(yōu)點：容易實現(xiàn)集成，可以時分復用，共享處理器；方便調整處理器的系數(shù)實現(xiàn)自適應濾波，可用于頻率非常低的信號。其DSP缺點是：需要模數(shù)轉換；受采樣頻率的限制，處理頻率范圍有限；但是其優(yōu)點遠遠超過缺點[1]。 由于DSP芯片的問世，使得數(shù)字信號處理技術在數(shù)據(jù)傳輸領域中的應用更加引起重視。DSP產業(yè)在約40年的歷程中經歷了三個階段：第一階段，DSP意味著數(shù)字信號處理，并作為一個新的理論體系廣為流行；隨著這個時代的成熟，80年代開始DSP進入了發(fā)展的第二階段，在這個階段，DSP代表數(shù)字信號處理器，這些DSP器件使我們生活的許多方面都發(fā)生了巨大的變化； 21世紀DSP發(fā)展進入第三個階段，市場競爭更加激烈，TI及時調整DSP發(fā)展戰(zhàn)略全局規(guī)劃，并以全面的產品規(guī)劃和完善的解決方案，加之全新的開發(fā)理念，深化產業(yè)化進程。成就這一進展的前提就是DSP每MIPS價格目標已設定為幾個美分或更低。接下來又催生了第三階段，這是一個賦能(enablement)的時期，我們將看到DSP理論和DSP架構都被嵌入到SoC類產品中。內核結構的不斷完善，多通道的結構和單指令多重的數(shù)據(jù)(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中占主導地位，它將是DSP在的未來發(fā)展趨勢[2]?！　SP 和數(shù)字信號處理功能很差的低成本微處理器融合起到了很好的互補作用，同時多數(shù)應用中均需要具有智能控制和數(shù)字信號處理兩種功能，多媒體和互聯(lián)網的應用需要將進一步加速這一融合過程。 C54xDSP芯片TI公司現(xiàn)在主推四大系列DSP中C5000系列（定點、低功耗）：C54X，C54XX，C55X 相比其它系列的主要特點是低功耗，所以最適合個人與便攜式上網以及無線通信應用，如手機、PDA、GPS等應用。TMS320C54x是為實現(xiàn)低功耗，高性能而專門設計的定點DSP芯片，它的中央處理單元采用優(yōu)化的哈佛結構，包含1條程序總線，3條數(shù)據(jù)總線和4條地址總線，具有高度的并行性，且功耗很低。可滿足多種實時嵌入式系統(tǒng)的需要[3]。C54x屬于TI的C5000系列的產品，C54x系列是針對低功耗、高性能的高速實時信號處理而專門設計的定點DSP，廣泛應用于無線通信系統(tǒng)中，它的CPU具有下列特征：　?、?采用改進的哈佛結構，一條程序總線(PB)、三條數(shù)據(jù)總線(CB、DB、EB)和四條地址總線(PAB、CAB、DAB、EAB)；　　⑵ 40bit的算術邏輯單元(ALU)以及一個40bit的移位器和兩個40bit的累加器(A、B)，支持32bit或雙16bit的運算?！　、?17bit17bit的硬件乘法器和一個40bit專用加法器的組合(MAC)可以在一個周期內完成乘加運算；　?、?比較、選擇和存儲等單元能夠加速維特比譯碼的執(zhí)行?！　、?專用的指數(shù)編碼器(EXP encoder)能夠在一個周期內完成累加器中40bit數(shù)值的指數(shù)運算?！　、蕟为毜臄?shù)據(jù)地址產生單元(DAGEN)和程序地址(PAGEN)產生單元，能夠同時進行三個讀操作和一個些操作[4]。DSP技術廣泛的應用于語音處理，圖像/圖形，軍事，儀器儀表，自動控制，醫(yī)療，家用電器等。 基帶調制解調器原理及應用調制解調器，即Modem，是計算機與電話線之間進行信號轉換的裝置，由調制器和解調器兩部分組成，調制器是把計算機的數(shù)字信號（如文件等）調制成可在電話線上傳輸?shù)穆曇粜盘柕难b置，在接收端，解調器再把聲音信號轉換成計算機能接收的數(shù)字信號。它是為數(shù)據(jù)通信的數(shù)字信號在具有有限帶寬的模擬信道上進行遠距離傳輸而設計的，它一般由基帶處理、調制解調、信號放大和濾波、均衡等幾部分組成。調制是將數(shù)字信號與音頻載波組合，產生適合于電話線上傳輸?shù)囊纛l信號（模擬信號），解調是從音頻信號中恢復出數(shù)字信號。目前調制解調器主要有兩種：內置式和外置式。內置式調制解調器其實就是一塊計算機的擴展卡，插入計算機內的一個擴展槽即可使用，它無需占用計算機的串行端口。它的連線相當簡單。外置式調制解調器則是一個放在計算機外部的盒式裝置，它需占用電腦的一個串行端口，還需要連接單獨的電源才能工作，外置式調制解調器的連接也很方便，phone和line的接法同內置式調制解調器。但是外置式調制解調器得用一根串行電纜把計算機的一個串行口和調制解調器串行口連起來，這根串行線一般隨外置式調制解調器配送。調制解調器的一個重要性能參數(shù)是傳輸速率，56K的調制解調器已經成為市場的主流產品。，其最大的特點是自適應速率傳輸，即在傳輸過程中，根據(jù)當?shù)赜脩艟€路的質量好壞，產品有自動調節(jié)傳輸速率的功能，這樣能使所在地區(qū)線路不佳的聯(lián)網用戶也可以享受到高速傳輸?shù)倪B接效果。~128000bps信號速率、四線全雙工通信方式、同步、單邊帶調制方式和60~108kHz基群電路等功能；、全雙工通信方式、同步和擁有數(shù)據(jù)壓縮及差錯控制技術等功能[5]。 第2章 系統(tǒng)設計方案 對設計的技術要求本課題主要討論調制解調的硬件設計和數(shù)字實現(xiàn)方法。硬件包括FPGA/CPLD、可編程開關電容濾波器、A/D變換器、D/A變換器、編解碼器、RS232異步通信接口電路及時鐘電路等。軟件設計包括基帶波形合成技術、接收匹配濾波技術、數(shù)字調制解調技術，算法的實現(xiàn)等內容。 設計背景 DSP系統(tǒng)構成及設計圖21所視為一個典型的DSP系統(tǒng)。輸出抗混疊濾 波A/DDSP芯片D/A平滑濾波輸入圖21 典型的DSP系統(tǒng) 設計DSP應用系統(tǒng)，選擇DSP芯片是非常重要的一個環(huán)節(jié)。只有選定了DSP芯片，才能進一步設計其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路?？偟膩碚f，DSP芯片的選擇應根據(jù)實際的應用系統(tǒng)需要而確定。一般來說，選擇DSP芯片時應考慮到如下諸多因素。如DSP芯片的運算速度、價格、硬件資源、運算速度、開發(fā)工具等[6]。DSP系統(tǒng)的設計流程如圖22：開始系統(tǒng)需求分析軟硬件功能劃分硬件接口設計軟件模塊劃分硬件設計軟件模塊開發(fā)硬件調試軟件調試系統(tǒng)聯(lián)調滿足要求結束分析原因否是圖22 DSP設計流程圖 CCS集成開發(fā)環(huán)境CCS（Code Composer Studio）是TI推出的用于開發(fā)其DSP芯片的集成開發(fā)環(huán)境，他采用WINDOWS風格界面，集編輯，編譯，鏈接，軟件仿真，硬件調試及實時跟蹤等功能于一體，極大地方便了DSP程序的設計和開發(fā)設計設計方案編輯和生成編輯源文件生成代碼調試 語法檢查斷點設置分析 實時調試統(tǒng)計，跟蹤圖23 CCS集成開發(fā)環(huán)境如圖23所示，CCS集成的源代碼編輯環(huán)境，使程序的修改更為方便；CCS集成的代碼生成工具，使開發(fā)設計人員不必在DOS窗口敲大量的命令及參數(shù)；CCS集成的調試工具，使調試程序一目了然，大量的觀察窗