通信系统原理技术与DSP实验平台的研制

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1 引言
近些年来，通信电子技术和计算机技术发展较快，不断推陈出新，尤其是无线电通信技术在近几年得到了迅猛发展。针对日新月异的新技术，大中专院校通信类专业的理论课程及教学方式也需不断更新，才能跟上时代发展的要求。因此相应的通信实验课程及实验设备也需随之更新和发展，以使学生通过实训掌握通信电子学领域的最新技术并培养相应的实践动手能力。
目前国内许多大中专院校使用的通信原理实验装置，其设计技术较陈旧，实验内容没有结合现今先进的通信技术。针对这一现状，我们研制了目前国内较为先进的基于软件无线电技术实现的"JLC型现代通信系统原理技术与DSP综合实验开发系统"，他既适合大中专院校通信与电子技术实验使用，也可作为通信电子产品的软硬件开发平台使用。


2 系统功能
该实验开发系统和以往传统的通信原理实验系统相比，最大的特点表现在其实现技术的先进性--采用了DSP技术和FPGA／CPLDD技术。该系统以DSP芯片(CPU)和FPGA超大规模可编程芯片为核心构成基本硬件平台，通过DSP软件编程加载完成一系列DSP系统实验和现代通信系统原理与技术实验。因此，该实验开发系统具有一种开放的体系结构，这种开放性包含3个方面的含义，即对用户使用的开放性、对生产的开放性和对研制的开放性。在此通用硬件平台上，根据研究生、本科生、专科生或中专生等不同层次所需，可下载不同的实验内容，用户也可自己设计实验项目。系统功能框图如图1所示。系统功能模块主要由9部分组成，可完成现代模拟通信系统和现代数字通信系统原理与技术的一系列实验及DSP系统系列实验，也可在此平台上研发DSP应用系统解决方案。


本系统已开发出的系列DSP系统典型实验和通信系统原理与技术典型实验如下：
I／O实验；
A／D接口实验；
D／A接口实验；
外部中断系统实验；
软件中断实验；
定时器实验；
串行口中断实验；
主机接口实验；
正弦信号产生实验；
白噪声生成实验；
FIR滤波器实验；
IIR滤波器实验；
信号合成实验；
DSP串行通信系统实验；
DSP并行通信系统实验；
跳频通信控制系统实验；
放大与衰减；
FFT；
纠错编码技术；
同步技术；
调幅通信系统；
调频通信系统；
调相通信系统；
数字基带通信系统；
PCM通信系统；
ASK通信系统；
FSK通信系统；
PSK通信系统；
模拟通信系统综合实验；
数字通信系统综合实验。


3 软硬件设计
3．1 硬件设计
系统硬件电路框图如图2所示。硬件平台采用模块化功能设计，以便于调试和测量。DSP器件采用TI(Texas Instruments)公司的TMS320VC5402芯片；实验平台的输入输出通道设计采用TI公司的TLV320AICl0芯片完成A／D和D／A转换电路功能，并与DSP的高速多通道缓冲串行口 McBSP进行串行全双工通信，TLV320AICl0将音频采样、抗混叠滤波和音频输出等电路集成在一个芯片上，他是完成语言信号输入输出处理的较佳器件；DSP芯片与外围电路采用3.3V和5V混合逻辑设计；通信子系统中的位同步模块、相关器模块、同步译码模块等由FPGA器件实现，采用ALTERA公司的EPFl0K30A-208PQFP器件；DSP与FPGA之间通过DSP局部总线定义进行连接；DSP与AT89C51单片机的通信通过DSP的HPI接口进行，单片机与PC机进行异步串行通信。


3.2 软件设计
根据上述系统功能和硬件结构，本系统的软件设计主要分为3大部分，即系统主控模块包括自检模块，30个系统各实验功能实现模块和键盘液晶显示模块。软件设计时采用模块化设计，系统主控模块管理调用各软件模块，各部分之间根据自定义的通信协议通讯。应用程序采用3种不同方法编写，系统主控模块用C语言编写，其他应用程序模块用C语言、汇编语言或C语言与汇编语言混合编程方法实现，以达到TMS320VC5402DSP芯片软硬件资源的最佳利用。系统主程序框图如图3所示。




4 结论
设计的现代通信系统原理技术与DSP实验平台具有很强的实用性、先进性、开放性和灵活性，已成功应用于多家单位的教学和科研中，使用情况表明其性能稳定可靠。