【正文】 他外設使用，其他外圍芯片也是兼容，因此采用電源輸入，并由電源轉換芯片產生所需的電平，如圖47所示。 C5409片外存儲器配置C5409片外存儲器的配置是通過存儲器控制信號通過一些組合邏輯進行譯碼來選擇不同的片外存儲器。AM29LV160和CY7C1041都支持16位或8位讀寫，而C5409是按字（16位）來處理，因此將AM29LV160的置高，而CY7C1041的和置低選擇16位讀寫方式。當系統(tǒng)調試完畢后，可以將程序寫入FLASH中，通過自舉加載實現(xiàn)脫機運行。AD9857作為C5409的從器件，由C5409提供移位時鐘和從使能信號來控制信息的流動。如圖410，在從AD9857讀取數(shù)據(jù)時，AD9857在SCLK的下降沿送出數(shù)據(jù)。在串口通信時，每個通信周期分成兩部分，前面部分是8位的單字節(jié)指令周期，后面為單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)周期。TxENABLE的上升沿用以外部設備和芯片同步，高電平有效[26,27,28]。圖410 AD9857串口讀操作時序2. AD9857并口分析AD9857的并口管腳主要有D0～D13并口輸入數(shù)據(jù)管腳、TxENABLE、PDCLK。AD9857其內部有26個8位系統(tǒng)控制寄存器，內部偏移地址從00H到19H。當?shù)碗娖竭x通后，C5409與AD9857在移位時鐘SCLK和同步控制信號SYNCIO控制下進行通信，串口讀寫時序見圖49和圖410：圖49 AD9857串口寫操作時序如上圖，在對AD9857串口寫入數(shù)據(jù)時，在SCLK的上升沿采樣并鎖存數(shù)據(jù)。圖48 譯碼連接圖 C5409與AD9857接口分析1. AD9857串口分析AD9857串口是一種SPI接口（串行外設接口），能和多種微處理器、微控制器連接，能和大部分同步傳輸模式兼容。讀寫速度慢，而且操作復雜，對于實時操作相當不利。相關引腳有C5409的、和，三者為低電平時分別表示C5409訪問外部存儲器或I/O空間；和分別表示存儲器和I/O選通以及讀/寫選通信號。同時，該上變頻系統(tǒng)同時涉及數(shù)字信號和模擬信號，為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也應該采用多電源分別供電。 硬件電路模塊設計為了便于硬件設計，將整個硬件平臺分為大致分為三個部分。圖46 Quartus開發(fā)界面3. 時鐘電路時鐘是電子器件工作時間基準，C5409和AD9857都屬于高頻器件，要求有精準的時鐘輸入，所以選擇有源晶振，穩(wěn)定性較好。2. CPLD接口電路DSP與片外存儲器的連接，是通過復雜可編程邏輯器件（CPLD）FPM7128來完成的。CY7C1041有的容量，可以進行8位或16位的讀寫。l 芯片與DSP接口的復雜度。 片外RAM、ROM及接口電路1. 片外RAM、ROM包括C5409在內的TI公司的DSP芯片，都存在一個缺陷，片內存儲器容量不大，對于比較復雜的程序，必須擴展片外RAM和ROM。AD9857接收的是由C5409產生并處理的14位正交并行I/Q數(shù)據(jù)，交替并行輸入AD9857的并口，AD9857再將交替輸入的信號分成I通道和Q通道，分別進行內插、濾波，最后經過正交調制器混頻復合為一路信號，再經反SINC濾波器預補償后，由DAC變?yōu)槟M差分輸出。2） 單頻輸出模式：AD9857相當于一個頻率源，不接收外部數(shù)據(jù)，有DDS核在頻率控制字的控制下產生一個單頻數(shù)字信號，該信號經過反向SINC濾波器和輸出幅度控制器后再經DAC輸出。另外AD9857集成了14位高性能的DAC，AD公司稱之為完整的“DDS”方案，可以提高雷達系統(tǒng)的集成度和穩(wěn)定度[6]。受限于TMS320VC5409的處理能力，中頻信號的數(shù)字上變頻還需要由專用的數(shù)字上變頻器來完成，除此之外，片外存儲器的種類也很多，如何選擇這些外圍芯片使系統(tǒng)結構簡單，靈活可變是下面要探討的問題。7） 直接存儲器訪問（DMA）控制器可以在沒有CPU參與的情況下完成存儲器映射區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸。可編程的分區(qū)轉換模塊(BSCR)：外部存儲器分區(qū)之間切換等待管理。l 使用外部時鐘。2） 可編程定時器由三個寄存器組成，分別是定時器寄存器（TIM）、定時器周期寄存器（PRD）和定時器控制寄存器（TCR）。這些存儲器與外設交換數(shù)據(jù)，設置和清除控制寄存器的位可以使能、禁止、初始化和動態(tài)重配置外設器件。3） I/O空間I/O空間是一個字的地址空間（0000H~FFFFH），并且都在器件之外。片內高2K字ROM中的內容是由TI公司定義的，如圖43所示。1） 程序存儲器TMS320VC5409有23根地址線，使其程序空間可達字，由程序計數(shù)器擴展寄存器（XPC）分頁管理，擴展的程序空間分為128頁，每頁字，XPC的值定義擴展存儲器的頁面。數(shù)據(jù)存儲器一般定義在RAM上，最大可擴展到；而程序存儲器不僅可以定義在ROM，上，也可以定義在RAM上，最大可擴展至。因此除了具備普通微處理器所強調的運算和控制功能外，在處理器結構、指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流程上做了較大的改動。 芯片選型隨著數(shù)字技術，大規(guī)模和超大規(guī)模電路以及微處理器技術的飛速發(fā)展，數(shù)字芯片的種類更多，集成度更高，性能也更加穩(wěn)定。這種設計思想帶來的最大好處是靈活性強，發(fā)射信號均由DSP產生，修改非常容易。 上變頻系統(tǒng)總體規(guī)劃上變頻系統(tǒng)信號流程是：先用DSP產生基帶調頻信號，直接在DSP中進行一次數(shù)字上變頻輸出一個頻率比較高、數(shù)據(jù)量較大的基帶信號，經鎖存器由數(shù)據(jù)線送入數(shù)字上變頻器。理論最大探測距離：。采樣周期這里等價于幀周期，于是，掃頻周期，其中一般n取3～5，以適應同步控制電路器件的時間開銷。另外由于采樣頻率的限制，F(xiàn)MICW能探測到的也僅限于海上低速目標。為了克服距離混疊，必須滿足[17]： (314)多普勒頻率混疊則是由于Doppler采樣頻率不滿足采樣定理引起的。受發(fā)射脈沖調制的海洋散射回波在進入接收機時又受到與頻率相同的壓低波的調制，二者對不同距離回波作用是二者卷積積分的結果，表現(xiàn)為接收時間利用率不同，相應對回波信號乘了一個小于1的系數(shù)。當時，包絡將產生位移，從而引起測距誤差，而且輸出脈沖幅度也隨之下降、主瓣寬度展寬、輸出信噪比下降。. (312)2. 距離分辨率 ，調整掃頻帶寬即可以改變距離分辨率，容易做到較高的指標。167。速度維上峰值頻率約為： . (311) 圖34 距離速度三維譜圖34所示為兩次FFT后得到的距離速度三維譜，尖峰處對應的距離和速度值分別表示目標距離雷達的初始距離和目標對于雷達的徑向速度，正負表示朝向或背離雷達。圖33 加入噪聲的基帶信號 速度信息的提取FMICW為周期性發(fā)射的信號，對每一幀信號都可以得到一個距離普。通常由于回波信號的頻率較高（由發(fā)射信號決定），直接進行A/D轉換會導致數(shù)據(jù)量非常大，不利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析，因此在做FFT分析之前，將A/D轉換后的數(shù)據(jù)進行抽取，以降低數(shù)據(jù)率和載頻。發(fā)射脈沖周期為，脈沖寬度為，在 時間內重復次，有。 調頻中斷連續(xù)波工作原理目前世界各國的高頻地波雷達廣泛采用的脈沖壓縮方法是線性調頻中斷連續(xù)波（FMICW）體制，這種波形是用一門控脈沖序列來控制線性調頻連續(xù)波（FMCW）得到，它解決了發(fā)射與接收之間的有效隔離，但同時也會帶來一些弊端：①存在距離旁瓣和自身雜波干擾；②存在一定的距離和速度測定模糊。同時為了提高目標的發(fā)現(xiàn)能力，還要求信號具有較大的能量。如圖中所示，一般輸入的兩列正交信號、都是內插后速率較高的信號，在載頻處進行D/A轉換，同時要求DAC有較高的轉換速度和分辨率，從第一章的分析可以看出，要實現(xiàn)更高頻率的數(shù)字變頻，還有待于硬件技術的突破。數(shù)字混頻過程就是輸入數(shù)據(jù)與本振的相乘運算，在數(shù)字域實現(xiàn)時精度非常高。由于ADC、DAC與DSP芯片技術的發(fā)展，數(shù)字混頻開始代替模擬混頻，采用數(shù)字混頻主要有以下優(yōu)點：l 載頻與數(shù)字濾波器系數(shù)具有可編程性；l 數(shù)字混頻不存在線性失真，因而互調失真小；l 數(shù)字濾波器頻響特性好；l 系統(tǒng)造價低。由于是非正交調制，混頻后會產生對稱于本振頻率的兩個頻率，為此還需增加一個單邊帶濾波器將其中一個多余的頻率濾除。2. 通帶帶寬只與信號的帶寬比例因子或者說相對信號帶寬有關，而與信號的絕對帶寬無關。CIC濾波器的沖激響應在每個取值點的幅度均為1，故它與輸入信號進行卷積運算時只需要加法運算，這樣可大大減少卷積運算的工作量。對于非的整數(shù)部分，用下面的CIC濾波器實現(xiàn)。 半帶濾波器（HB）所謂半帶濾波器（HalfBand Filter）是指其頻率響應滿足以下關系的FIR濾波器： (27)式中為通帶上限頻率，為阻帶下限頻率，為通帶誤差容限，為阻帶誤差容限。用采樣定理的到的多抽樣率系統(tǒng)的標準形式是一個線性、周期時變的數(shù)字系統(tǒng)。內插器和抽取器進行適當?shù)慕M合就能實現(xiàn)采樣率的分數(shù)倍變換，如圖所示。與發(fā)射信號不同，接收信號是很微弱的，而且其中還混有各種干擾和噪聲，將射頻信號變到中頻后再進行處理是為了獲得較高的信噪比，有利于后續(xù)信號的分析。抽取后的信號對于原始的模擬信號來講相當于采樣頻率降低，若降低后的采樣頻率不能滿足采樣定理，必然造成頻譜混疊。所謂整數(shù)倍抽取就是對原始采樣序列每隔個取一個，形成新序列，即：, 　　 (24)其相應的頻譜為： , (25)式中稱為抽取因子，抽取后數(shù)據(jù)速率只有原來的分之一。通過內插輸出數(shù)據(jù)率提高了倍，即提高了時域分辨率，而頻譜結構并沒有改變,如圖22(c)所示。 整數(shù)倍內插要提高數(shù)據(jù)率，理論上可以對已知的抽樣序列進行D/A轉換的到原來的連續(xù)時間函數(shù)，然后再對進行較高抽樣率的抽樣的到新的抽樣序列。然而矩形系數(shù)為1的抗混疊濾波器實際上是做不到的，這樣整個頻譜上就會形成一些采樣“盲區(qū)”。 圖21 數(shù)字上變頻原理圖數(shù)字上變頻理論是以現(xiàn)代通信中的軟件無線電理論為基礎，它所依據(jù)的基本理論主要包括多速率信號處理理論、高效數(shù)字濾波理論，以及數(shù)字域正交混頻理論。數(shù)字上變頻可以通過兩種方式實現(xiàn)。第六章 對本文所設計的上變頻方案進行總結分析，并對下一步的研究工作提出了幾點展望。第四章 硬件電路設計。主要包括：多速率信號處理理論、高效數(shù)字濾波理論、正交數(shù)字混頻理論。論文的基本結構如下：第一章 緒論。單片集成是DAC的主要發(fā)展方向。為達到此要求，ADC必須有很高的采樣速率和工作帶寬，為適應復雜的電磁環(huán)境，還要求ADC具有大的動態(tài)范圍。解決的辦法是， A/D變換之后先對采樣數(shù)據(jù)進行下變頻，把采樣數(shù)據(jù)變換到基帶，再利用抽取濾波器降低數(shù)據(jù)速率，將這些運算量大的任務交給專用芯片完成，既保持了軟件無線電的優(yōu)點，系統(tǒng)又具有可實現(xiàn)性。在使用多個處理器時，必須采用合理有效的方法來連接和協(xié)調它們之間的工作，例如：共享中間結果、程序信息、協(xié)調工作內容等，這需要在多個處理器之間采用高速專用的數(shù)據(jù)鏈路。因此很難用DSP直接處理寬帶射頻或中頻信號。軟件無線電中的DSP芯片除了能適應運算處理的高速度、高精度、大動態(tài)范圍、大運算量外，還應具有高效率的結構和指令集、較大的內存容量、較低的功耗等特點?；谲浖o線電的通用硬件平臺的具體實現(xiàn)，需要以下關鍵技術[6,7,8,9]：l 開放式總線結構軟件無線電的一個重要特點是其開放性，這主要體現(xiàn)在軟件無線電所采用的開放式標準化的總線結構上，只有采用先進的標準化總線，才能發(fā)揮軟件無線電適應性廣，升級換代方便等特點。由圖上可以看出，從基帶信號的產生到雷達處理中頻全部都在數(shù)字域中完成，這種設計思想帶來的最大好處是靈活性強，便于修改。雷達處理中頻為，發(fā)射與接收中基帶信號與中頻信號之間的變換都在數(shù)字域中完成。我們可以這樣理解：發(fā)射系統(tǒng)通過軟件控制而任意變換各種波形；接收系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)可在一個通用的、開放式的硬件平臺，盡可能用軟件來接收各種形式的信號，完成各種算法的運算，輸出各種數(shù)據(jù)格式的運算結果；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則以嵌入式計算機作為通用的、開放式的硬件平臺，盡可能用軟件來實現(xiàn)各種目標數(shù)據(jù)處理功能、多雷達信號特征融合功能和外設通信功能。同類模塊通用性好，通過更換或升級某模塊就可實現(xiàn)新的通信功能。然而工作頻段、波形結構、調制方式、通信協(xié)議、數(shù)字信息的編碼加密方式等的不同，極大的限制了不同通信系統(tǒng)之間的通信互聯(lián)，給協(xié)同作戰(zhàn)、跨國經商、海外旅游等活動帶來極大的不便。如果能把軟件無線電的設計思想應用于雷達的設計研制，也就是實現(xiàn)軟件化雷達，那么就能比較圓滿的解決目前雷達設計中所存在的問題。若能研制出同時兼顧近程、中程和遠程的高頻地波雷達通用平臺，利用軟件重新配置雷達工作參數(shù)來完成不同海域的探測任務，就能實現(xiàn)一機多用，真正體現(xiàn)出高頻地波雷達在海洋遙感、目標探測等方面廉價高效的優(yōu)勢。整體性能指標達到國外90年代中期先進水平[4]。167。 AD9857參數(shù)設計 44167。 芯片選型 27 數(shù)字信號處理器TMS320VC5409 28 數(shù)字上變頻器AD9857 32 片外RAM、ROM及接口電路 33167。 調頻中斷連續(xù)波工作原理 17 FMICW信號波形 17 距離信息的提取 19 速度信息的提取 20167。 本文各章內容安排 5第二章 數(shù)字上變頻相關理論 7167。另外，本文對線性調頻中斷連續(xù)波（FMICW）的波形參數(shù)設計和性能做了一些研究，按照雷達系統(tǒng)指標要求給出了波形參數(shù)的設計過程和具體參數(shù)值。本文設計了DSP控制數(shù)字上變頻器（DUC）進行數(shù)字上變頻的方案。不論是遙感海洋表面狀態(tài)參數(shù)，還