通信系統原理技術與DSP實驗平臺的研制

1 引言

近些年來，通信電子技術和計算機技術發展較快，不斷推陳出新，尤其是無線電通信技術在近幾年得到了迅猛發展。針對日新月異的新技術，大中專院校通信類專業的理論課程及教學方式也需不斷更新，才能跟上時代發展的要求。因此相應的通信實驗課程及實驗設備也需隨之更新和發展，以使學生通過實訓掌握通信電子學領域的最新技術并培養相應的實踐動手能力。

目前國內許多大中專院校使用的通信原理實驗裝置，其設計技術較陳舊，實驗內容沒有結合現今先進的通信技術。針對這一現狀，我們研制了目前國內較為先進的基于軟件無線電技術實現的JLC型現代通信系統原理技術與DSP綜合實驗開發系統，他既適合大中專院校通信與電子技術實驗使用，也可作為通信電子產品的軟硬件開發平臺使用。

2 系統功能

該實驗開發系統和以往傳統的通信原理實驗系統相比，最大的特點表現在其實現技術的先進性--采用了DSP技術和FPGA／CPLDD技術。該系統以DSP芯片(CPU)和FPGA超大規模可編程芯片為核心構成基本硬件平臺，通過DSP軟件編程加載完成一系列DSP系統實驗和現代通信系統原理與技術實驗。因此，該實驗開發系統具有一種開放的體系結構，這種開放性包含3個方面的含義，即對用戶使用的開放性、對生產的開放性和對研制的開放性。在此通用硬件平臺上，根據研究生、本科生、專科生或中專生等不同層次所需，可下載不同的實驗內容，用戶也可自己設計實驗項目。系統功能框圖如圖1所示。系統功能模塊主要由9部分組成，可完成現代模擬通信系統和現代數字通信系統原理與技術的一系列實驗及DSP系統系列實驗，也可在此平臺上研發DSP應用系統解決方案。

本系統已開發出的系列DSP系統典型實驗和通信系統原理與技術典型實驗如下：

I／O實驗；
A／D接口實驗；
D／A接口實驗；
外部中斷系統實驗；
軟件中斷實驗；
定時器實驗；
串行口中斷實驗；
主機接口實驗；
正弦信號產生實驗；
白噪聲生成實驗；
FIR濾波器實驗；
IIR濾波器實驗；
信號合成實驗；
DSP串行通信系統實驗；
DSP并行通信系統實驗；
跳頻通信控制系統實驗；
放大與衰減；
FFT；
糾錯編碼技術；
同步技術；
調幅通信系統；
調頻通信系統；
調相通信系統；
數字基帶通信系統；
PCM通信系統；
ASK通信系統；
FSK通信系統；
PSK通信系統；
模擬通信系統綜合實驗；
數字通信系統綜合實驗。

3 軟硬件設計

3．1 硬件設計

系統硬件電路框圖如圖2所示。硬件平臺采用模塊化功能設計，以便于調試和測量。DSP器件采用TI(Texas Instruments)公司的TMS320VC5402芯片；實驗平臺的輸入輸出通道設計采用TI公司的TLV320AICl0芯片完成A／D和D／A轉換電路功能，并與DSP的高速多通道緩沖串行口 McBSP進行串行全雙工通信，TLV320AICl0將音頻采樣、抗混疊濾波和音頻輸出等電路集成在一個芯片上，他是完成語言信號輸入輸出處理的較佳器件；DSP芯片與外圍電路采用3.3V和5V混合邏輯設計；通信子系統中的位同步模塊、相關器模塊、同步譯碼模塊等由FPGA器件實現，采用ALTERA公司的EPFl0K30A-208PQFP器件；DSP與FPGA之間通過DSP局部總線定義進行連接；DSP與AT89C51單片機的通信通過DSP的HPI接口進行，單片機與PC機進行異步串行通信。

3.2 軟件設計

根據上述系統功能和硬件結構，本系統的軟件設計主要分為3大部分，即系統主控模塊包括自檢模塊，30個系統各實驗功能實現模塊和鍵盤液晶顯示模塊。軟件設計時采用模塊化設計，系統主控模塊管理調用各軟件模塊，各部分之間根據自定義的通信協議通訊。應用程序采用3種不同方法編寫，系統主控模塊用C語言編寫，其他應用程序模塊用C語言、匯編語言或C語言與匯編語言混合編程方法實現，以達到TMS320VC5402DSP芯片軟硬件資源的最佳利用。系統主程序框圖如圖3所示。

4 結論

設計的現代通信系統原理技術與DSP實驗平臺具有很強的實用性、先進性、開放性和靈活性，已成功應用于多家單位的教學和科研中，使用情況表明其性能穩定可靠。