TMS320C5402實(shí)現16路全雙工來(lái)電顯示

摘要：按照v.23建議、利用TMS320C5402實(shí)現16路全雙工來(lái)電顯示的原理、算法分析及軟硬件設計。該系統已在深圳市鼎銘電子有限公司開(kāi)發(fā)成功，并投入了使用。

關(guān)鍵詞：來(lái)電顯示（Caller ID Detection0） 數字信號處理器（DSP） 頻移鍵控（FSK）

來(lái)電顯示并非電話(huà)必須具備的功能，它可以作為附加功能有償提供給用戶(hù)。目前，實(shí)際來(lái)電顯示的方法很多，但隨著(zhù)集成電路和DSP的飛速發(fā)展，利用DSP實(shí)現來(lái)電顯示具有成本低、可靠性高、軟硬件設計簡(jiǎn)單、可維護性強等特點(diǎn)。TI公司的TMS320C5X系列特別適用于通信領(lǐng)域。本文主要介紹利用TMS320C5402實(shí)現符合v.23建議[1]的16路全雙工來(lái)電顯示。另外，此方案略作修改還可符合bell202建議。

1 基本原理及算法設計

v.23的波特率為1200Baud，調制方式為2FSK，發(fā)送1時(shí)載波頻率為F1=1300Hz，發(fā)送0時(shí)載波頻率為F0=2100Hz。采用FSK調制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：①無(wú)需載波恢復，大大降低了系統復雜度。②對幅度的非線(xiàn)性抗干擾能力強。因為FSK信號為恒包絡(luò )信號，其信息完全包含在信號的過(guò)零點(diǎn)上，所以比起AM信號，其對幅度非線(xiàn)性抗干擾能力要強。③調制解調易用軟硬件實(shí)現，簡(jiǎn)單易懂。其最大的缺點(diǎn)就是頻率利用率低。因為電話(huà)的頻帶范圍為300～3400Hz，因此利用FSK調制方式僅適用于中低速通信。由于v.23波特率為1200Baud，采用2FSK調制方式，所以其比特率為1200bps，但完全可選用于來(lái)電顯示。

為了以下敘述方便，在此先給出FSK系統的原理框圖，如圖1所示。

整個(gè)系統的核心是FSK的算法設計。從圖1可以看出，關(guān)鍵幾步為：①調制，即如何實(shí)現任意頻率的正弦波發(fā)生器。②濾波器設計包括發(fā)送濾波器和接收端的低通濾波器。這一步相對來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，可以利用MATLAB軟件來(lái)計算其系數，只要給出要求的截止頻率等參數即可，這大大減輕了我們的工作。③解調方法使用延遲相乘法，其延遲步數k的選擇是整個(gè)系統的關(guān)鍵。④同步可使用鎖相環(huán)來(lái)實(shí)現，這可以參考大多數文獻的鎖相環(huán)實(shí)現方法。為此，在討論中我們著(zhù)重突出第①、③兩步。

1.1 調制部分

調制就是把數字信號變成適合于信道傳輸的正弦波。在此利用查表法[2]來(lái)產(chǎn)生正弦波。因為T(mén)MS320C5402中包含一個(gè)N=256點(diǎn)的Q15正弦表。相位Ψi在[0,2π]上均勻分布：Ψi=2iπ/N i∈[0,N-1]。假設sin_addr為正弦表首地址，則sin(Ψi)的地址是sin)addr+i。

調制信號可表示為：x(t)=Asin(2πFt)=Asin（φ（t)),F={F0,F1}。設Te為抽樣間隔，則當t=nTe時(shí)，φ（nTe)=φn=2πFnTe=φn-1+2πFTe

φn=(φn-1+ΔφF)MOD2π

ΔφF=2πFTe≤π （由仙農定理知：1/Te≥2F）

φn的取?？衫枚M(jìn)制補碼的循環(huán)性實(shí)現。在程序中，φn以16位有符號整數In表示：In=2 15φn/π-2 15。例如，當φn=0時(shí)，In=-2 15；當φn=π時(shí)，In=0；當φn=2π時(shí)，In=2 15，超出了表示范圍，變成-2 15,這樣便起到了取模的作用。

由In確定i方法為：i=In/（2 16/N）+N/2，其中2 16/N為正弦表相鄰兩點(diǎn)的相位差值，相應的ΔI=2 15ΔφF/π2 16FT。

假設絕對幅度誤差為dx，則AsinΔφF2dx

Asin(2π/N)2dx

A2π/N2dx即N>Aπ/dx

這就是對正弦表大小的要求。反過(guò)來(lái)，如果給定N，則對信號幅度提出了限定。

對于v.23，比特率為1200bps，而采樣率一般為8000Hz，每個(gè)比特的采樣點(diǎn)數為8000/1200=20/3，不為整數。為了處理方便，調制時(shí)可以提高采樣率使其為24kbps，則每個(gè)比特采樣點(diǎn)數為20。但注意，發(fā)送到線(xiàn)路上的信號采樣率仍為8000Hz，可用程序的簡(jiǎn)單循環(huán)控制實(shí)現。按照這種處理辦法，當發(fā)送比特1時(shí)，ΔI=2 16F1Te=2 16×1300×1/(8000×3)=3550；當發(fā)送比特0時(shí)，ΔI=2 16F0Te=2 16×2100×1/(8000×3)=5734。

1.2 解調部分

在圖1中，k一定要小于每個(gè)比特的采樣數，此例k6。假設接收到的樣值s(n)和s(n-k)屬于同一個(gè)比特，則：

v(n)=s(n)s(n-k)=A2sin(2πFnTe)sin(2πF(n-k)Te)

=A2/2[cos(2πFkTe]-cos(4πFnTe-2πFkTe)

通過(guò)低通濾波器后，r(n)=A 2/2cos(2πFkTe)F={F0,F1}

由此可見(jiàn)，r(n)為常數，A 2/2cos(2πFkTe)或A 2/2cos（2πF1kTe），僅依賴(lài)于發(fā)送比特是0還是1。

k的選擇應使d(k)=|cos(2πF0kTe)-cos(2πF1kTe）|最大。在此方案中，k=4。

由于v.23的比特率為1200bps，因此低通濾波器fcutoff=1200Hz。

2 DSP設計

TMS320C5402是一款高性?xún)r(jià)比的數字信號處理器[3～4]。片上有可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和塊切換寄存器、兩個(gè)多通道增強型緩沖串口（McBsp）、一個(gè)增強型的8位并行主機接口（HPI8）、兩個(gè)16位定時(shí)器、一個(gè)六通道DMA控制器。TMS320C5402還有4K×16bit片上ROM和4K×16bit片上RAM，最大可尋址1M×16bit的存儲空間。片上ROM的保留區域對用戶(hù)來(lái)說(shuō)是不可用的，原因是用戶(hù)無(wú)法寫(xiě)入數據。片上ROM包括為Bootloader保留的區域及A律表、μ律表、sin表和中斷向量表。TMS320C5402有內部振蕩器構成的內部時(shí)鐘源和鎖相環(huán)時(shí)鐘發(fā)生器構成的外部時(shí)鐘源。

系統初始化工作頻率為100MHz，對片上存儲器訪(fǎng)問(wèn)無(wú)需等待狀態(tài)，訪(fǎng)問(wèn)外部I/O空間設為兩個(gè)等待狀態(tài)。

在本系統中，采用McBsp0、DMA0、DMA4。DMA0的同步事件為McBsp0的接收事件REVT0；源地址指向DRR，并固定不變；目的地址指向DMA接收緩沖區，每次自增1；采用ABU模式實(shí)現雙緩沖，DMA0接收緩沖區半滿(mǎn)或全滿(mǎn)時(shí)發(fā)生中斷；中斷服務(wù)子程序對其中剛引起中斷的那一半數據進(jìn)行解調，而此時(shí)接收的數據順序放到另一半。為了節省存儲空間，串口不對接收數據進(jìn)行擴張，而在程序中進(jìn)行軟件擴張。DMA4的同步事件為McBsp0的發(fā)送事件XEVT0；源地址指向DMA發(fā)送緩沖區，每次自增1；目的地址指向DXR，并固定不變；采用ABU模式實(shí)現雙緩沖；DMA發(fā)送緩沖區半滿(mǎn)或全滿(mǎn)時(shí)發(fā)生中斷，中斷服務(wù)子程序發(fā)送剛引起中斷的那一半數據，而此時(shí)正在調制的數據順序放到另一半。因為線(xiàn)路上一般傳送的是A律數據，因此發(fā)送時(shí)要在串口中進(jìn)行硬件壓縮。

經(jīng)仿真發(fā)現，采用C語(yǔ)言編程，TMS320C5402至少到以實(shí)現16路全雙工來(lái)電顯示，因此McBsp0應設置為：接收數據格式為每幀8字，每字16位（表示16路A律數據）；發(fā)送數據格式為每幀16字，每字16位。為了減少串口錯誤指定由RSYNCERR和XSYNCERR產(chǎn)生RINT和XINT。

另外還需注意，為了實(shí)現字同步，異步傳輸時(shí)首先對發(fā)送數據的每個(gè)字節加上起始位0和停止位1，解調手應去掉相應的起始位和停止位。在發(fā)送過(guò)程中，如果沒(méi)有待發(fā)數據，可以發(fā)送停止位（即頻率為F1的載波）或靜音（樣值為0）。

利用TMS320C5402實(shí)現符合v.23建議的16路全雙工來(lái)電顯示，其原理簡(jiǎn)單，易實(shí)現，但是抗干擾性較差。由于DTMF的某些頻率與v.23碼的載波頻率非常接近，如果混有DTMF碼，也可解出少量的DTMF碼。為了排除此類(lèi)錯誤，需要加上增益控制、帶通濾波等，這使得設計變得復雜。實(shí)踐中，此類(lèi)錯誤較少，除非特別要求，否則不必理會(huì )。

為了進(jìn)一步提高精度，可以用長(cháng)整數表示相位，還可采用重采樣技術(shù)及局部FFT等技術(shù)[5]或者改進(jìn)解調方法可實(shí)現高精度檢測。

目前，此系統已在深圳市鼎銘電子有限公司開(kāi)發(fā)成功并投入使用。