【正文】 他外設(shè)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(zhuǎn)換芯片產(chǎn)生所需的電平，如圖47所示。 C5409片外存儲(chǔ)器配置C5409片外存儲(chǔ)器的配置是通過存儲(chǔ)器控制信號(hào)通過一些組合邏輯進(jìn)行譯碼來選擇不同的片外存儲(chǔ)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(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完畢后，可以將程序?qū)懭隖LASH中，通過自舉加載實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行。AD9857作為C5409的從器件，由C5409提供移位時(shí)鐘和從使能信號(hào)來控制信息的流動(dòng)。如圖410，在從AD9857讀取數(shù)據(jù)時(shí)，AD9857在SCLK的下降沿送出數(shù)據(jù)。在串口通信時(shí)，每個(gè)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(shè)備和芯片同步，高電平有效[26,27,28]。圖410 AD9857串口讀操作時(shí)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(nèi)部有26個(gè)8位系統(tǒng)控制寄存器，內(nèi)部偏移地址從00H到19H。當(dāng)?shù)碗娖竭x通后，C5409與AD9857在移位時(shí)鐘SCLK和同步控制信號(hào)SYNCIO控制下進(jìn)行通信，串口讀寫時(shí)序見圖49和圖410：圖49 AD9857串口寫操作時(shí)序如上圖，在對(duì)AD9857串口寫入數(shù)據(jù)時(shí)，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(shè)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(fù)雜，對(duì)于實(shí)時(shí)操作相當(dāng)不利。相關(guān)引腳有C5409的、和，三者為低電平時(shí)分別表示C5409訪問外部存儲(chǔ)器或I/O空間；和分別表示存儲(chǔ)器和I/O選通以及讀/寫選通信號(hào)。同時(shí)，該上變頻系統(tǒng)同時(shí)涉及數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，為了增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也應(yīng)該采用多電源分別供電。 硬件電路模塊設(shè)計(jì)為了便于硬件設(shè)計(jì)，將整個(gè)硬件平臺(tái)分為大致分為三個(gè)部分。圖46 Quartus開發(fā)界面3. 時(shí)鐘電路時(shí)鐘是電子器件工作時(shí)間基準(zhǔn)，C5409和AD9857都屬于高頻器件，要求有精準(zhǔn)的時(shí)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(chǔ)器的連接，是通過復(fù)雜可編程邏輯器件（CPLD）FPM7128來完成的。CY7C1041有的容量，可以進(jìn)行8位或16位的讀寫。l 芯片與DSP接口的復(fù)雜度。 片外RAM、ROM及接口電路1. 片外RAM、ROM包括C5409在內(nèi)的TI公司的DSP芯片，都存在一個(gè)缺陷，片內(nèi)存儲(chǔ)器容量不大，對(duì)于比較復(fù)雜的程序，必須擴(kuò)展片外RAM和ROM。AD9857接收的是由C5409產(chǎn)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(hào)分成I通道和Q通道，分別進(jìn)行內(nèi)插、濾波，最后經(jīng)過正交調(diào)制器混頻復(fù)合為一路信號(hào)，再經(jīng)反SINC濾波器預(yù)補(bǔ)償后，由DAC變?yōu)槟M差分輸出。2） 單頻輸出模式：AD9857相當(dāng)于一個(gè)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(chǎn)生一個(gè)單頻數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過反向SINC濾波器和輸出幅度控制器后再經(jīng)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(dá)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(hào)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(chǔ)器的種類也很多，如何選擇這些外圍芯片使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活可變是下面要探討的問題。7） 直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）控制器可以在沒有CPU參與的情況下完成存儲(chǔ)器映射區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸?？删幊痰姆謪^(qū)轉(zhuǎn)換模塊(BSCR)：外部存儲(chǔ)器分區(qū)之間切換等待管理。l 使用外部時(shí)鐘。2） 可編程定時(shí)器由三個(gè)寄存器組成，分別是定時(shí)器寄存器（TIM）、定時(shí)器周期寄存器（PRD）和定時(shí)器控制寄存器（TCR）。這些存儲(chǔ)器與外設(shè)交換數(shù)據(jù)，設(shè)置和清除控制寄存器的位可以使能、禁止、初始化和動(dòng)態(tài)重配置外設(shè)器件。3） I/O空間I/O空間是一個(gè)字的地址空間（0000H~FFFFH），并且都在器件之外。片內(nèi)高2K字ROM中的內(nèi)容是由TI公司定義的，如圖43所示。1） 程序存儲(chǔ)器TMS320VC5409有23根地址線，使其程序空間可達(dá)字，由程序計(jì)數(shù)器擴(kuò)展寄存器（XPC）分頁管理，擴(kuò)展的程序空間分為128頁，每頁字，XPC的值定義擴(kuò)展存儲(chǔ)器的頁面。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一般定義在RAM上，最大可擴(kuò)展到；而程序存儲(chǔ)器不僅可以定義在ROM，上，也可以定義在RAM上，最大可擴(kuò)展至。因此除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的運(yùn)算和控制功能外，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流程上做了較大的改動(dòng)。 芯片選型隨著數(shù)字技術(shù)，大規(guī)模和超大規(guī)模電路以及微處理器技術(shù)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(shè)計(jì)思想帶來的最大好處是靈活性強(qiáng)，發(fā)射信號(hào)均由DSP產(chǎn)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(hào)流程是：先用DSP產(chǎn)生基帶調(diào)頻信號(hào)，直接在DSP中進(jìn)行一次數(shù)字上變頻輸出一個(gè)頻率比較高、數(shù)據(jù)量較大的基帶信號(hào)，經(jīng)鎖存器由數(shù)據(jù)線送入數(shù)字上變頻器。理論最大探測(cè)距離：。采樣周期這里等價(jià)于幀周期，于是，掃頻周期，其中一般n取3～5，以適應(yīng)同步控制電路器件的時(shí)間開銷。另外由于采樣頻率的限制，F(xiàn)MICW能探測(cè)到的也僅限于海上低速目標(biāo)。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(diào)制的海洋散射回波在進(jìn)入接收機(jī)時(shí)又受到與頻率相同的壓低波的調(diào)制，二者對(duì)不同距離回波作用是二者卷積積分的結(jié)果，表現(xiàn)為接收時(shí)間利用率不同，相應(yīng)對(duì)回波信號(hào)乘了一個(gè)小于1的系數(shù)。當(dāng)時(shí)，包絡(luò)將產(chǎn)生位移，從而引起測(cè)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(diào)整掃頻帶寬即可以改變距離分辨率，容易做到較高的指標(biāo)。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(duì)應(yīng)的距離和速度值分別表示目標(biāo)距離雷達(dá)的初始距離和目標(biāo)對(duì)于雷達(dá)的徑向速度，正負(fù)表示朝向或背離雷達(dá)。圖33 加入噪聲的基帶信號(hào) 速度信息的提取FMICW為周期性發(fā)射的信號(hào)，對(duì)每一幀信號(hào)都可以得到一個(gè)距離普。通常由于回波信號(hào)的頻率較高（由發(fā)射信號(hào)決定），直接進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)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(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)間內(nèi)重復(fù)次，有。 調(diào)頻中斷連續(xù)波工作原理目前世界各國的高頻地波雷達(dá)廣泛采用的脈沖壓縮方法是線性調(diào)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(diào)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(shí)也會(huì)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(cè)定模糊。同時(shí)為了提高目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)能力，還要求信號(hào)具有較大的能量。如圖中所示，一般輸入的兩列正交信號(hào)、都是內(nèi)插后速率較高的信號(hào)，在載頻處進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，同時(shí)要求DAC有較高的轉(zhuǎn)換速度和分辨率，從第一章的分析可以看出，要實(shí)現(xiàn)更高頻率的數(shù)字變頻，還有待于硬件技術(shù)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(yùn)算，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)時(shí)精度非常高。由于ADC、DAC與DSP芯片技術(shù)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(diǎn)：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(diào)失真小；l 數(shù)字濾波器頻響特性好；l 系統(tǒng)造價(jià)低。由于是非正交調(diào)制，混頻后會(huì)產(chǎn)生對(duì)稱于本振頻率的兩個(gè)頻率，為此還需增加一個(gè)單邊帶濾波器將其中一個(gè)多余的頻率濾除。2. 通帶帶寬只與信號(hào)的帶寬比例因子或者說相對(duì)信號(hào)帶寬有關(guān)，而與信號(hào)的絕對(duì)帶寬無關(guān)。CIC濾波器的沖激響應(yīng)在每個(gè)取值點(diǎn)的幅度均為1，故它與輸入信號(hào)進(jìn)行卷積運(yùn)算時(shí)只需要加法運(yùn)算，這樣可大大減少卷積運(yùn)算的工作量。對(duì)于非的整數(shù)部分，用下面的CIC濾波器實(shí)現(xiàn)。 半帶濾波器（HB）所謂半帶濾波器（HalfBand Filter）是指其頻率響應(yīng)滿足以下關(guān)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(biāo)準(zhǔn)形式是一個(gè)線性、周期時(shí)變的數(shù)字系統(tǒng)。內(nèi)插器和抽取器進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合就能實(shí)現(xiàn)采樣率的分?jǐn)?shù)倍變換，如圖所示。與發(fā)射信號(hào)不同，接收信號(hào)是很微弱的，而且其中還混有各種干擾和噪聲，將射頻信號(hào)變到中頻后再進(jìn)行處理是為了獲得較高的信噪比，有利于后續(xù)信號(hào)的分析。抽取后的信號(hào)對(duì)于原始的模擬信號(hào)來講相當(dāng)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(duì)原始采樣序列每隔個(gè)取一個(gè)，形成新序列，即：, 　　 (24)其相應(yīng)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(nèi)插輸出數(shù)據(jù)率提高了倍，即提高了時(shí)域分辨率，而頻譜結(jié)構(gòu)并沒有改變,如圖22(c)所示。 整數(shù)倍內(nèi)插要提高數(shù)據(jù)率，理論上可以對(duì)已知的抽樣序列進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的到原來的連續(xù)時(shí)間函數(shù)，然后再對(duì)進(jìn)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(shí)際上是做不到的，這樣整個(gè)頻譜上就會(huì)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(chǔ)，它所依據(jù)的基本理論主要包括多速率信號(hào)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(shí)現(xiàn)。第六章 對(duì)本文所設(shè)計(jì)的上變頻方案進(jìn)行總結(jié)分析，并對(duì)下一步的研究工作提出了幾點(diǎn)展望。第四章 硬件電路設(shè)計(jì)。主要包括：多速率信號(hào)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(jié)構(gòu)如下：第一章 緒論。單片集成是DAC的主要發(fā)展方向。為達(dá)到此要求，ADC必須有很高的采樣速率和工作帶寬，為適應(yīng)復(fù)雜的電磁環(huán)境，還要求ADC具有大的動(dòng)態(tài)范圍。解決的辦法是， A/D變換之后先對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)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(yùn)算量大的任務(wù)交給專用芯片完成，既保持了軟件無線電的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)又具有可實(shí)現(xiàn)性。在使用多個(gè)處理器時(shí)，必須采用合理有效的方法來連接和協(xié)調(diào)它們之間的工作，例如：共享中間結(jié)果、程序信息、協(xié)調(diào)工作內(nèi)容等，這需要在多個(gè)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(hào)。軟件無線電中的DSP芯片除了能適應(yīng)運(yùn)算處理的高速度、高精度、大動(dòng)態(tài)范圍、大運(yùn)算量外，還應(yīng)具有高效率的結(jié)構(gòu)和指令集、較大的內(nèi)存容量、較低的功耗等特點(diǎn)?；谲浖o線電的通用硬件平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)，需要以下關(guān)鍵技術(shù)[6,7,8,9]：l 開放式總線結(jié)構(gòu)軟件無線電的一個(gè)重要特點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)化的總線結(jié)構(gòu)上，只有采用先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化總線，才能發(fā)揮軟件無線電適應(yīng)性廣，升級(jí)換代方便等特點(diǎn)。由圖上可以看出，從基帶信號(hào)的產(chǎn)生到雷達(dá)處理中頻全部都在數(shù)字域中完成，這種設(shè)計(jì)思想帶來的最大好處是靈活性強(qiáng)，便于修改。雷達(dá)處理中頻為，發(fā)射與接收中基帶信號(hào)與中頻信號(hào)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(hào)處理系統(tǒng)可在一個(gè)通用的、開放式的硬件平臺(tái)，盡可能用軟件來接收各種形式的信號(hào)，完成各種算法的運(yùn)算，輸出各種數(shù)據(jù)格式的運(yùn)算結(jié)果；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)則以嵌入式計(jì)算機(jī)作為通用的、開放式的硬件平臺(tái)，盡可能用軟件來實(shí)現(xiàn)各種目標(biāo)數(shù)據(jù)處理功能、多雷達(dá)信號(hào)特征融合功能和外設(shè)通信功能。同類模塊通用性好，通過更換或升級(jí)某模塊就可實(shí)現(xiàn)新的通信功能。然而工作頻段、波形結(jié)構(gòu)、調(diào)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(jīng)商、海外旅游等活動(dòng)帶來極大的不便。如果能把軟件無線電的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于雷達(dá)的設(shè)計(jì)研制，也就是實(shí)現(xiàn)軟件化雷達(dá)，那么就能比較圓滿的解決目前雷達(dá)設(shè)計(jì)中所存在的問題。若能研制出同時(shí)兼顧近程、中程和遠(yuǎn)程的高頻地波雷達(dá)通用平臺(tái)，利用軟件重新配置雷達(dá)工作參數(shù)來完成不同海域的探測(cè)任務(wù)，就能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，真正體現(xiàn)出高頻地波雷達(dá)在海洋遙感、目標(biāo)探測(cè)等方面廉價(jià)高效的優(yōu)勢(shì)。整體性能指標(biāo)達(dá)到國外90年代中期先進(jìn)水平[4]。167。 AD9857參數(shù)設(shè)計(jì) 44167。 芯片選型 27 數(shù)字信號(hào)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(diào)頻中斷連續(xù)波工作原理 17 FMICW信號(hào)波形 17 距離信息的提取 19 速度信息的提取 20167。 本文各章內(nèi)容安排 5第二章 數(shù)字上變頻相關(guān)理論 7167。另外，本文對(duì)線性調(diào)頻中斷連續(xù)波（FMICW）的波形參數(shù)設(shè)計(jì)和性能做了一些研究，按照雷達(dá)系統(tǒng)指標(biāo)要求給出了波形參數(shù)的設(shè)計(jì)過程和具體參數(shù)值。本文設(shè)計(jì)了DSP控制數(shù)字上變頻器（DUC）進(jìn)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