車載FSK信號的2種解調(diào)算法及其DSP的應用實現(xiàn)

1、車載fsk信號的2種解調(diào)算法及其dsp的應用實現(xiàn)來源：來源:微汁算機信息作者：作者:徐嘩摘 要:基于16位定點運算粹度的tms320c2812 dsp芯片，對車載fsk倍號進行解調(diào)，并捉 hit 2個軟件解調(diào)算法方案。關鍵字：dsp tms320c2812 fsk 過零計數(shù) fft1引言頻移鍵控fsk(frcquency2shift keying)信號具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點，同時有效帶寬 小，鐵路屮就廣泛使用它來傳送各種控制信息。但是隨著鐵路機車的不斷提速，老式的鐵路 信號檢測系統(tǒng)己經(jīng)越來越不適川，因此也需耍研究新的快速竹能化解調(diào)算法來提高檢測質(zhì)量 與檢測手段。木文提出了 2種行之有效的實時高

2、精度檢測fsk信號的方法，并利用dsp技術 使z成為一種便攜檢測設備。2 fsk頻移鍵控fsk (frequency shift key)調(diào)制是用數(shù)字基帶信號來控制高頻載波頻率的 變化，調(diào)制后的載波信號頻率代表了耍傳送的數(shù)字信號。二進制fsk (2fsk)是用2個高頻 載波f 1和f 2來表示2個數(shù)字信號“1”或“0”，其信號的典型波形如圖1所示。山于 fsk系統(tǒng)受幅度非線性的影響小，且很容易用軟件來實現(xiàn)，所以fsk在中低速數(shù)據(jù)通信系 統(tǒng)中得到了廣泛地應用。歡迎訪問http: /www. 51kai £a. com圖1 2fsk佰巧渡形3 dsp芯片介紹tms320f2812dsp(

3、數(shù)字倍號處理器)是ti公司最新推出的數(shù)字倍號處理器，該系列處理 器是基丁 tms320c2xx內(nèi)核的定點數(shù)字信號處理器。器件i集成了多種先進的外設，而口代碼 和指令同f24x系列數(shù)字信號處理器完全兼容，從而保障了項fi或產(chǎn)品設計的町延續(xù)性。同 f24x系列數(shù)字信號處理器相比，f281x系列數(shù)字信號處理器提高了運算的精度(32-bit)和 系統(tǒng)的處理能力(達到150 mips) 0該系列數(shù)字信號處理器還集成了 128k的flash存儲器, 4-k字的引導rom,數(shù)學運算表以及2k字的otp rom,從而大大改善了應用的靈活性；128-bit 的密碼保護機制冇效的保護了產(chǎn)品的知識產(chǎn)權。和許多其它種

4、類dsp樣，tms320f2812采用經(jīng)典的哈佛總線結構，利用多總線在存儲 器、外圍模塊和cpu之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。程序讀總線有22根地址線和32根數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)讀寫線 都是32位，這種多總線結構使得它可以在一個周期內(nèi)并行完成取指令、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)， 同時它也采用了指令流水線技術，使得信號的處理速度明就提高，完全可以達到我們實時解 調(diào)處理信號的要求。不僅如此,tms320e2812還包含多達16路ad轉(zhuǎn)換通道,被分為兩組，ad0ad7為一組, ad8ad15為一組。每組都有一個專門的輸入端。事件管理器可將adc配置為兩個獨立的8 通道模塊，也可小接成為一個16通道的模塊。盡管有多個輸入通道利兩個序列發(fā)

5、生器，轉(zhuǎn) 換器只冇一個。8通道模塊會將8路輸入自動排序，并按序選擇一路輸入進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完 成后的結果保存在對應的結果寄存器屮。在串接模式下，自動序列發(fā)生器將成為16通道的 發(fā)牛器自動序列發(fā)牛器允許對同一個通道的信號進行多次轉(zhuǎn)換，這主要川于過采樣的算法 中。與單采樣ad轉(zhuǎn)換模塊相比是個進步。這樣的多通道高速ad轉(zhuǎn)換器使得我們可以對鐵路 通信小不同制式的fsk信號進行采樣，當制式發(fā)生變化時，我們隨z變換轉(zhuǎn)換通道，使得我 們的采樣數(shù)據(jù)與信號制式保持嚴格的同步。除此之外,dsp還有許多其他的高速外設及接口,最多可擴展1.5 mx 16 bit存儲器;3個32-bit cpu定時器及一個看門狗定時器;

6、兩個事件管理器;兩個通用目的16-bit定時 器；8個16-bit pwm通道；pwm死區(qū)配置;外部可屏蔽保護中斷；3個比較單元和個事件捕 捉單元；雙編碼器脈沖接口界步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。改進的ecan 2. 0b接口模塊；多種串行通信 接口（2個uart、1個spi及1個mcbsp）；高性能低功耗,采用1.8v內(nèi)核電壓和3. 3v外 圍接口電壓。4過零計數(shù)解調(diào)算法由于鐵路上噪?yún)鸶蓴_極大，當dsp集成的12-bit adc將信號采入后，雖然硬件部分已 經(jīng)做了很好的濾波，可是為了增加產(chǎn)品可靠性，我們還做了軟件濾波。隨后將慮過的數(shù)字信 號進行過零計數(shù)，由于ad采樣頻率恒定,因此，采樣數(shù)據(jù)的個數(shù)與時間成正

7、比o我們通過 計算載波信號2個札i鄰零點的內(nèi)得采樣數(shù)據(jù)個數(shù)就可以計算出載頻的頻率。當載頻發(fā)生變化 時，再次進行記錄，從而算出信號頻率。最后根據(jù)計算出的不同的信號頻率推斷出信號的含 義，從而立即發(fā)出指令，保證其實時性。過零計數(shù)算法主要流程圖如下歡迎訪問http：/www. 51kai fa. com輸入數(shù)據(jù)并記 錄數(shù)jg個數(shù)計算出載波頻率計算信號頻率并根據(jù) 信號孵發(fā)出指令圖2過冬計數(shù)算法流程其屮，為了提高可靠性和抗干擾性，我們在計算載波頻率時，往往取多個周期的載波信 號后，再判斷其頻率。允許的頻率誤差也被設定到一定范圍內(nèi)。同時，我們對沒有載波信號 或頻率出錯也做了充分的考慮，一切可能出現(xiàn)的錯誤都

8、將上報到判決執(zhí)行狀態(tài)機內(nèi)。在頻率 判決時，由于信號頻率種類比較多，因此，在查找信號頻率所對應的上卜限區(qū)時，我們采取 折中查找法，大大的提高了算法效率。5 fft算法5. 1 fft介紹傅利葉變換是一種將信號從時域變換到頻域的變換形式，是聲學，語音，電信和信號處 理等領域中的一種重耍的分析工具。離散傅利葉變換(dft)是連續(xù)傅利葉變換在離散系統(tǒng) 中的表示形式。市于dft的計算量很大，因此在很長一段時間內(nèi)其應丿ij受到很大的限制?？?速傅利葉變換(fft)是快速計算dft的一種高效方法，fft的出現(xiàn)使dft的運算大人簡化， 運算時間縮愆了一至兩個數(shù)量級，從而便dft在實際小得到了廣泛的應用。dsp

9、芯片的出現(xiàn)使eft的實現(xiàn)變得更為方便。由于大多數(shù)dsp芯片都能在一個指令周期 內(nèi)完成一次乘法和一次加法，而且提供專門的fft指令，使得fft算法在dsp芯片上實現(xiàn)的 速度更快。5. 2 fft算法原理x(k) = 2k=0 ton-1wn=穴加 w離散傅里葉變換為：»-0按時間抽取的基2 -fft將輸入序列按時間上的次序是偶數(shù)還是奇數(shù)不斷地分解為兩個更短的子序列，直到最后的子序列為2點。2點dft運算稱為蝶形運算，而整個fft就是由 若干級迭代的蝶形運算組成，而這種算法采用原位運算,故只盂n個存儲單元。5. 3通過fft算法實現(xiàn)fsk解調(diào)以下是ti公司為其dsp器件做出了 fft等軟

10、件模板庫ipcbptr winptr magptrsize=64tfptr歡迎訪問http: /www. 51kai £a. compeakmagpeakfrq圖3 fft軟件模板庫歡迎訪問http: /www. slkai £a. comitemnamedescriptionformatrange<hex|inputipcbptrconp也竹5、buffer pointerttotfptrtwiddle factor differ pointernfan/awinptrvi/ii-duw coefficients buffer paintern/an/amagptr

11、magnitude buffer pointern4n/asizevi the size of the real fft016-512nr&tagenumber of stages in fft calc=log2：size；iq049ratio"ratio of maximum 匸ft size to the required fft size. this libarary comes with twicdle ractor to ccnrpute 1024 point complex fft hence ratio=w24/(size)q01 to 1024/sizcou

12、tputdeakmagpeak magnitude square of fft spectrumq300003-0000-7fffffffpeakfrqspectral oin number of tre peak magnitude squareq00000-03ff表1 fft軟件模板庫根據(jù)模板庫,首先,對輸入的離散數(shù)字序列x(n)進行fft(n二0, 1,2,，n-1),得到頻譜 序列x(k)(這里k=0, 1,2,., n-1),由于實信號的fft具有對稱性，取x(k)的右半邊(k=0, 1,2,，n/2-1)，其頻譜如左圖所示，2fsk信號有兩個載波頻率fl, f2。顯然，可以 從頻

13、譜中求出一個最大值作為對其中一個載頻的估計，假設為fl,但無法確定f2,因為它不一定是次大值。故進一步將頻譜序列x(k)離散化，即當x(k)>vt,x(k)=x(k)；當x(k)<vt, x(k)=o。其中，vt為離散化時的門限值。離散化后的頻譜如右圖所示。在fl與f2z間存 在若干個0值，因此，可以利用這若干個0值將fl> f2劃分在不同的區(qū)間內(nèi)，分別在各自 的區(qū)間內(nèi)求出最人值，即為對載頻的估計。ww. 51kai £獨 com圖4信號頻譜估計出載波頻率后，根據(jù)載波頻率的變化，進一步可以算出信號頻率。從而根據(jù)信號頻 率發(fā)送指令。6算法調(diào)試結果分析我們選擇最高載頻的車載fsk信號(2600hz上下頻偏llhz)。ad采樣后輸入，山于 干擾信號的存在，解調(diào)出的信號頻率并不完全和想彖的相同，這就耍求我們在判決頻率時充 分考慮誤差，但乂不能誤判。通過以下三點對信號判決部分算法進行改進。(1) 在提収實際信號頻率值后，將進行信號分析，判斷出信號是具有實效性還是非法 信號。(2) 對有效的實測數(shù)據(jù)集進行分析，提取