TMS320C203在高性?xún)r(jià)比、低功耗短波數字化接收機中的應用

摘要：數字信號處理技術(shù)應用于短波通信領(lǐng)域已成為趨勢，TI公司在90年代中后期推出了TMS320C2XX系列的DSP芯片，從而使便攜式戰術(shù)接收機數字化成為可能。本文介紹了一種高性能、低功耗的TMS320C203 DSP芯片的結構組成以及實(shí)現戰術(shù)接收機數字化改造的軟、硬件方案，并成功地研制了樣機。

關(guān)鍵詞：短波通信 戰術(shù)接收機 數字信號處理 TMS320C203

1 引言

在短波通信領(lǐng)域，短波數字化接收機以其強大的優(yōu)勢正逐步取代傳統的模擬接收機，它采用先進(jìn)的DSP技術(shù)和高精度A/D電路來(lái)完成對中頻信號的濾、邊帶分離、放大、解調、AGC控制等功能。與傳統的模擬機相比，短波數字化接收機的濾波性能、群時(shí)延、邊帶隔離度、AGC線(xiàn)性度及解調靈活性、整機可靠性、抗干擾性等均有顯著(zhù)提高。因此，國內短波接收機的制造廠(chǎng)家均相繼推出中、高檔的數字化接收機。然而，受成本、功耗、體積、性能等方面的限制，目前在短波通信領(lǐng)域廣泛使用的便攜式戰術(shù)接收機尚無(wú)數字化的替代產(chǎn)品。TI公司在90年代中后期推出了高性能、低功耗、低價(jià)位的C2XX系列DSP芯片，從而使便攜式戰術(shù)接收機的數字化成為可能。本文介紹的就是用TI公司的TMS320C203來(lái)完成戰術(shù)接收機數字化改造的解決方案。

2 TMS320C203芯片介紹

該戰術(shù)接收機中使用了16位定點(diǎn)、40MIPS的TMS320C203DSP，這種DSP產(chǎn)品價(jià)格低廉，因而具有較高的性能價(jià)格比。該系列芯片是基于C5X系列的結構而設計的，因而大大節省了功耗和芯片體積。

C2XX系列DSP芯片采用改進(jìn)的哈佛結構，這種結構的程序存儲器和數據存儲器的內部總線(xiàn)是分開(kāi)的。各型號具有相同的CPU和總線(xiàn)結構。其CPU包括:32-bit算術(shù)邏輯單元CALL、32-bit累加器、16×16bit并行乘法器、32-bit乘積結果、3個(gè)定標器和8個(gè)16-bit輔助寄存器，且帶有數據空間間接尋址用的專(zhuān)用算術(shù)單元；

程序控制部分提供了指令執行的4級流水結構，8級硬件堆棧和用戶(hù)禁止中斷線(xiàn)。程序控制部分的指令包括有指令操作、單周期乘法/累加指令、存儲器塊推移指令和檢索尋址等。

C2XX系列的最大尋址空間為224kB，其中程序空間、數據空間和I/O空間各占64kB，全局空間占32kB(主要用于程序和數據引導)。在C203中具有544B的雙訪(fǎng)RAM（在一個(gè)指令周期內可以被訪(fǎng)問(wèn)兩次，但至多允許一次寫(xiě)操作）可以分為B0、B1和B2三塊。B0塊長(cháng)256B，被配置為片內程序/片內數據空間；B1塊長(cháng)256B，只能配置在數據空間（可間接尋址和頁(yè)尋址，不能直接尋址）；長(cháng)32B的B2塊只能配置于數據空間（地址為60H～7FH），可直接尋址）。

C203中具有一個(gè)片內16bit定時(shí)器，可用于程序、數據和I/O空間的軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器（0～7個(gè)等待狀態(tài)），以及時(shí)鐘選擇的片內振蕩器和鎖相環(huán)。為提高系統運行的穩定性，一般都使用鎖相環(huán)方式。

C203提供的42個(gè)通用中斷包括RS、INT1、INT2及不可屏中斷NMI。RS為中斷0，用于上電復位時(shí)將程序和數據從ROM中引導入RAM，INT1和INT2雖然各有引出腳等外設連接，但它們共用同一個(gè)中斷向量。在C203內部還集成有一個(gè)同步串行口和一個(gè)異步串行口。

與C50相比，C203也具有自己的一些缺點(diǎn)：

（2）不能自動(dòng)保護現場(chǎng)而必須由用戶(hù)自己缺點(diǎn)：

（2）無(wú)桶形移位寄存器，濾波時(shí)不能對程序空間中的濾波器系數自動(dòng)地實(shí)現尋址的首尾銜接；

（3）不能提供指令塊重復執行功能。

以上這些特點(diǎn)決定了C203指令的執行效率要低于C50。

3 DSP處理模塊硬件方案

戰術(shù)接收機DSP處理模塊的硬件組成如圖1所示。25kHz中頻信號首先由軌對軌運放TLC2272進(jìn)行低通放大，然后經(jīng)過(guò)8階巴特沃思型開(kāi)關(guān)電容濾波器MAX295的抗混疊濾波，再經(jīng)匝數比為1：1.8的變壓器完成單雙極轉換后送往A/D轉換器。圖1中的A/D轉換器為16位精度、并行輸出的AD976A（最大功耗為100mW），其允許的最大采樣率為200kSPS，對輸入模擬電壓的轉換時(shí)間為4μs。重建濾波器采用MAX295，它輸出的模擬信號一路是AGC電壓，用以控制DSP板以前的放大器的增益；另一路為音頻信號。選用的D/A轉換器是12位精度的并口A(yíng)D8582（最大功耗僅10mW）。

由于該電路相對比較簡(jiǎn)單，因而控制電路和時(shí)鐘產(chǎn)生電路均采用74系列的CMOS芯片。EPROM27C256中存放有程序、4kB的正弦表和4kB的反正弦表以及各種濾波器系數。X25043為低電平復位的具有電壓監控功能的E2PROM，該器件內部同時(shí)還集成了可編程看門(mén)狗定時(shí)器。X25043及其附屬電路主要用于完成以下兩個(gè)功能；

(1)系統上電復位時(shí)，將程序和數據從27C256引導至RAM中，平常則監控DSP的工作電壓。

（2）存放校準濾波系數。校準時(shí)，該濾波器系數從X25043中調到DSP的雙訪(fǎng)RAM中，以準備進(jìn)行校準濾波。

DSP與主機的通信接口如圖2所示。由于成本、功耗和電路板面積的限制，電路中沒(méi)有使用雙端口RAM，而是采用兩74HC574來(lái)形成與主機通信的雙向通路。采樣數據的接收采用中斷方式，實(shí)際占用的是中斷口2。而DSP則利用中斷口1來(lái)接收主機所需發(fā)送的命令。

4 軟件方案

TMS320C203以中斷方式1接收主機命令，由于主機的中斷口均已被占用，因而其指令執行速度也遠遠慢于DSP。因此，主機采用查詢(xún)方式接收DSP的返回信息（并口）。此時(shí)74HC574只相當于一級的緩沖，在下次寫(xiě)脈沖到來(lái)以前，其中的信息必須被取走，另外，還應當保證信息的保存時(shí)間不超過(guò)20μs，其命令發(fā)送格式如圖3所示。

由于每次命令發(fā)送中都包含多個(gè)命令。且每一個(gè)命令字都包括一個(gè)信頭標識和多個(gè)信元（總長(cháng)最多為4字節），因此接收命令的中斷服務(wù)程序中設立了5單元的接收緩沖區和30單元的命令放置區。命令字的信頭標識具有兩個(gè)作用：

（1）以信頭標識為偏址的命令字長(cháng)度表為參照得出該命令令字長(cháng)度。

（2）若DSP已收完該命令字，則將接收緩沖區中的各字節按含義拼裝為字，并以信頭標識為偏址，命令放置區首址為基礎存入到命令放置區。

為確保命令傳送的可靠性，該系統采用部分反饋重傳的機制，即讓DSP將工作方式字和解調方式字等重要命令回傳給主機，主機再將其與最近發(fā)送的對應字進(jìn)行比較，若有差別，則認為出錯并重發(fā)。當然，在通信程序中還應包含其它的容錯處理。

接收A/D采樣數據采用中斷2，由于要進(jìn)行降5的抽取，因此，中斷服務(wù)程序要對接收的數據個(gè)數計數，以在各解調程序中判斷是否已收到5個(gè)采樣數據。若是，則作解調處理，否則等待。解調程序運行一周所需的時(shí)間必須少于50μs，以便對下次收到的5個(gè)采樣數據進(jìn)行及時(shí)地處理。圖4為簡(jiǎn)化的主程序流程示意圖。

5 結束語(yǔ)

采用本文所介紹的解決方案，筆者成功地完成了對短波數字化戰術(shù)接收機的研制。在研制過(guò)程中，由于所選的廉價(jià)DSP芯片不能全面運行，而且片內資源較小，因此筆者經(jīng)過(guò)多次努力壓縮運算量，解決了低噪聲過(guò)大所造成的性能不高的問(wèn)題。目前，該樣機在靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、群時(shí)延、音頻響應以及大信號信噪比等諸多關(guān)鍵指標上均優(yōu)于同類(lèi)的模擬機，而且體積減少了二分之一，重量減輕了三分之一，整機功耗被控制在5.5W。該樣機已通過(guò)用戶(hù)驗收并以其性能好、功耗低、體積小、重量輕、便于野外作用而得到用戶(hù)的好評，從而全面完成了對短波接收機系列化的數字化改造。