車載FSK信號(hào)的2種解調(diào)算法及其DSP的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

1、車載fsk信號(hào)的2種解調(diào)算法及其dsp的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)來源：來源:微汁算機(jī)信息作者：作者:徐嘩摘 要:基于16位定點(diǎn)運(yùn)算粹度的tms320c2812 dsp芯片，對(duì)車載fsk倍號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并捉 hit 2個(gè)軟件解調(diào)算法方案。關(guān)鍵字：dsp tms320c2812 fsk 過零計(jì)數(shù) fft1引言頻移鍵控fsk(frcquency2shift keying)信號(hào)具有數(shù)字通信的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(jī)車的不斷提速，老式的鐵路 信號(hào)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(shí)時(shí)高

2、精度檢測fsk信號(hào)的方法，并利用dsp技術(shù) 使z成為一種便攜檢測設(shè)備。2 fsk頻移鍵控fsk (frequency shift key)調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)來控制高頻載波頻率的 變化，調(diào)制后的載波信號(hào)頻率代表了耍傳送的數(shù)字信號(hào)。二進(jìn)制fsk (2fsk)是用2個(gè)高頻 載波f 1和f 2來表示2個(gè)數(shù)字信號(hào)“1”或“0”，其信號(hào)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(shí)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(yīng)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(hào)處理器)是ti公司最新推出的數(shù)字倍號(hào)處理器，該系列處理 器是基丁 tms320c2xx內(nèi)核的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。器件i集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，而口代碼 和指令同f24x系列數(shù)字信號(hào)處理器完全兼容，從而保障了項(xiàng)fi或產(chǎn)品設(shè)計(jì)的町延續(xù)性。同 f24x系列數(shù)字信號(hào)處理器相比，f281x系列數(shù)字信號(hào)處理器提高了運(yùn)算的精度(32-bit)和 系統(tǒng)的處理能力(達(dá)到150 mips) 0該系列數(shù)字信號(hào)處理器還集成了 128k的flash存儲(chǔ)器, 4-k字的引導(dǎo)rom,數(shù)學(xué)運(yùn)算表以及2k字的otp rom,從而大大改善了應(yīng)用的靈活性；128-bit 的密碼保護(hù)機(jī)制冇效的保護(hù)了產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。和許多其它種

4、類dsp樣，tms320f2812采用經(jīng)典的哈佛總線結(jié)構(gòu)，利用多總線在存儲(chǔ) 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(jié)構(gòu)使得它可以在一個(gè)周期內(nèi)并行完成取指令、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)， 同時(shí)它也采用了指令流水線技術(shù)，使得信號(hào)的處理速度明就提高，完全可以達(dá)到我們實(shí)時(shí)解 調(diào)處理信號(hào)的要求。不僅如此,tms320e2812還包含多達(dá)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(gè)專門的輸入端。事件管理器可將adc配置為兩個(gè)獨(dú)立的8 通道模塊，也可小接成為一個(gè)16通道的模塊。盡管有多個(gè)輸入通道利兩個(gè)序列發(fā)

5、生器，轉(zhuǎn) 換器只冇一個(gè)。8通道模塊會(huì)將8路輸入自動(dòng)排序，并按序選擇一路輸入進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完 成后的結(jié)果保存在對(duì)應(yīng)的結(jié)果寄存器屮。在串接模式下，自動(dòng)序列發(fā)生器將成為16通道的 發(fā)牛器自動(dòng)序列發(fā)牛器允許對(duì)同一個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)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(gè)進(jìn)步。這樣的多通道高速ad轉(zhuǎn)換器使得我們可以對(duì)鐵路 通信小不同制式的fsk信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)制式發(fā)生變化時(shí)，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(hào)制式保持嚴(yán)格的同步。除此之外,dsp還有許多其他的高速外設(shè)及接口,最多可擴(kuò)展1.5 mx 16 bit存儲(chǔ)器;3個(gè)32-bit cpu定時(shí)器及一個(gè)看門狗定時(shí)器;

6、兩個(gè)事件管理器;兩個(gè)通用目的16-bit定時(shí) 器；8個(gè)16-bit pwm通道；pwm死區(qū)配置;外部可屏蔽保護(hù)中斷；3個(gè)比較單元和個(gè)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(jìn)的ecan 2. 0b接口模塊；多種串行通信 接口（2個(gè)uart、1個(gè)spi及1個(gè)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(jì)數(shù)解調(diào)算法由于鐵路上噪?yún)鸶蓴_極大，當(dāng)dsp集成的12-bit adc將信號(hào)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(hào)進(jìn)行過零計(jì)數(shù)，由于ad采樣頻率恒定,因此，采樣數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)與時(shí)間成正

7、比o我們通過 計(jì)算載波信號(hào)2個(gè)札i鄰零點(diǎn)的內(nèi)得采樣數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)就可以計(jì)算出載頻的頻率。當(dāng)載頻發(fā)生變化 時(shí)，再次進(jìn)行記錄，從而算出信號(hào)頻率。最后根據(jù)計(jì)算出的不同的信號(hào)頻率推斷出信號(hào)的含 義，從而立即發(fā)出指令，保證其實(shí)時(shí)性。過零計(jì)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(gè)數(shù)計(jì)算出載波頻率計(jì)算信號(hào)頻率并根據(jù) 信號(hào)孵發(fā)出指令圖2過冬計(jì)數(shù)算法流程其屮，為了提高可靠性和抗干擾性，我們?cè)谟?jì)算載波頻率時(shí)，往往取多個(gè)周期的載波信 號(hào)后，再判斷其頻率。允許的頻率誤差也被設(shè)定到一定范圍內(nèi)。同時(shí)，我們對(duì)沒有載波信號(hào) 或頻率出錯(cuò)也做了充分的考慮，一切可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤都

8、將上報(bào)到判決執(zhí)行狀態(tài)機(jī)內(nèi)。在頻率 判決時(shí)，由于信號(hào)頻率種類比較多，因此，在查找信號(hào)頻率所對(duì)應(yīng)的上卜限區(qū)時(shí)，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(hào)從時(shí)域變換到頻域的變換形式，是聲學(xué)，語音，電信和信號(hào)處 理等領(lǐng)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(jì)算量很大，因此在很長一段時(shí)間內(nèi)其應(yīng)丿ij受到很大的限制?？?速傅利葉變換(fft)是快速計(jì)算dft的一種高效方法，fft的出現(xiàn)使dft的運(yùn)算大人簡化， 運(yùn)算時(shí)間縮愆了一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而便dft在實(shí)際小得到了廣泛的應(yīng)用。dsp

9、芯片的出現(xiàn)使eft的實(shí)現(xiàn)變得更為方便。由于大多數(shù)dsp芯片都能在一個(gè)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(shí)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(shí)間抽取的基2 -fft將輸入序列按時(shí)間上的次序是偶數(shù)還是奇數(shù)不斷地分解為兩個(gè)更短的子序列，直到最后的子序列為2點(diǎn)。2點(diǎn)dft運(yùn)算稱為蝶形運(yùn)算，而整個(gè)fft就是由 若干級(jí)迭代的蝶形運(yùn)算組成，而這種算法采用原位運(yùn)算,故只盂n個(gè)存儲(chǔ)單元。5. 3通過fft算法實(shí)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(duì)輸入的離散數(shù)字序列x(n)進(jìn)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(shí)信號(hào)的fft具有對(duì)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(hào)有兩個(gè)載波頻率fl, f2。顯然，可以 從頻

13、譜中求出一個(gè)最大值作為對(duì)其中一個(gè)載頻的估計(jì)，假設(shè)為fl,但無法確定f2,因?yàn)樗灰欢ㄊ谴未笾?。故進(jìn)一步將頻譜序列x(k)離散化，即當(dāng)x(k)>vt,x(k)=x(k)；當(dāng)x(k)<vt, x(k)=o。其中，vt為離散化時(shí)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(gè)0值，因此，可以利用這若干個(gè)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(duì)載頻的估計(jì)。ww. 51kai £獨(dú) com圖4信號(hào)頻譜估計(jì)出載波頻率后，根據(jù)載波頻率的變化，進(jìn)一步可以算出信號(hào)頻率。從而根據(jù)信號(hào)頻 率發(fā)送指令。6算法調(diào)試結(jié)果分析我們選擇最高載頻的車載fsk信號(hào)(2600hz上下頻偏llhz)。ad采樣后輸入，山于 干擾信號(hào)的存在，解調(diào)出的信號(hào)頻率并不完全和想彖的相同，這就耍求我們?cè)谂袥Q頻率時(shí)充 分考慮誤差，但乂不能誤判。通過以下三點(diǎn)對(duì)信號(hào)判決部分算法進(jìn)行改進(jìn)。(1) 在提収實(shí)際信號(hào)頻率值后，將進(jìn)行信號(hào)分析，判斷出信號(hào)是具有實(shí)效性還是非法 信號(hào)。(2) 對(duì)有效的實(shí)測數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，提取