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  • 适用专业:机车电台
  • 适用年级:硕士
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资料简介
硕士论文-铁路机车电台中基带信号处理模块的研究与实现
【摘要】:本课题是受天津通广集团委托,完成由通广集团移动部设计生产的4137铁路列车无线调度机车电台的基带信号处理部分的研究与实现。原4137机车电台中的基带信号处理部分是由多个专门的芯片组成,其中信号检测和语音滤波采用模拟方式的芯片,而调制解调则由MSM6882来实现。该结构不利于系统的功能扩展和升级。此外由于负责信号检测功能的芯片现已停产,暂时无法找到合适的替代方案。因此,通广公司决定以高性能数字信号处理器DSP为核心构成基带信号处理模块。 本文详细介绍了该课题的硬件、算法和软件设计的过程及原理。作者在深入研究了铁路机车电台的硬件构造和具体程序后,了解了其基带信号处理部分的工作方式,从而合理地设计了TMS320C5402 DSP系统,并巧妙的利用DSP中断资源和I/O端口,使得该系统在不改变原机车电台主机接口和程序的前提下,实现了基带部分的集成工作。此外,作者根据铁路标准的要求,设计了音频、亚音频的编解码算法和MSK调制解调算法,先在VC++环境中编写程序,并通过MATLAB工具进行仿真,最后在DSP开发平台CCS上建立工程,调试通过。经过综合测试仪的测试后,对算法和软件进行了合理的优化,使系统可以高效率地完成基带信号处理工作。 本文还对铁路列调系统的升级方案进行了设计,提出了采用TI公司生产的“数字信号控制器”TMS320F2812全面替代电台中的控制模块和基带处理模块的解决方案。论文对其可行性进行了分析,结论说明该方案可有效提高系统性能、节约成本。
【关键词】:DSP 机车电台 亚音频 最小频移键控 FIR滤波器 TMS320C5402 TMS320F2812
【目录】: 中文摘要3-4
ABSTRACT4-8
第一章 绪论8-12
1.1 课题来源8
1.2 课题中的一些相关概念8-11
1.2.1 铁路通用机车电台的组成及功能8-10
1.2.2 亚音频的概念10-11
1.3 本课题中需要解决的问题11
1.4 本文的内容安排11-12
第二章 硬件部分的设计与实现12-33
2.1 4137 机车电台中基带处理芯片简介12-16
2.1.1 亚音频信号编解码芯片:FX46512-14
2.1.2 1960Hz信号解码芯片FX10514
2.1.3 调制解调芯片MSM688214-16
2.2 TMS320C5402 DSP及其部件使用方法16-22
2.2.1 TMS320C5402 DSP简介16-18
2.2.2 多通道带缓冲串行接口 McBSP的使用18-21
2.2.3 HPI配置为通用I/O口21-22
2.3 DSP音频/亚音频处理模块的硬件实现方案22-24
2.3.1 亚音频编解码的硬件实现22-23
2.3.2 1960 音频检测的硬件实现23
2.3.3 MSK调制解调的硬件实现23-24
2.4 系统整体结构及各部分设计24-30
2.4.1 电源模块的设计24-25
2.4.2 硬件复位电路的设计25
2.4.3 时钟电路25-27
2.4.4 JTAG扫描仿真接口设计27
2.4.5 存储模块的硬件设计27-28
2.4.6 A/D、D/A与DSP的连接28-30
2.5 PCB版图设计30-32
2.6 本章小结32-33
第三章 系统工作原理及其算法研究33-50
3.1 定点DSP的浮点运算规则33-34
3.2 FIR滤波器算法及其优化34-40
3.2.1 FIR滤波器原理34-35
3.2.2 DSP循环寻址35-37
3.2.3 用MATLAB设计FIR滤波器37-38
3.2.4 用C语言编写FIR滤波器函数38-39
3.2.5 FIR程序移植到DSP上39-40
3.3 定点DSP音频信号编码算法40-42
3.3.1 单频率信号编码算法40-41
3.3.2 双音频信号编码方法41-42
3.3.3 亚音频和音频信号同时发送42
3.4 Goertzel解码算法42-44
3.4.1 Goertzel基本算法42-44
3.4.2 Goertzel优化算法44
3.4.3 计算结果的有效性检测44
3.5 最小频移键控MSK的DSP实现相关算法44-49
3.5.1 MSK调制解调原理44-46
3.5.2 DSP实现MSK调制算法46-47
3.5.3 正交自延时MSK解调算法47-49
3.6 本章小结49-50
第四章 软件设计及测试50-78
4.1 汇编语言与C/C++混合编程50-53
4.1.1 用C/C++代码调用汇编语言模块51
4.1.2 在C/C++程序中访问汇编语言变量51-52
4.1.3 使用直接插入的汇编语言52
4.1.4 使用内部函数访问汇编语言语句52-53
4.1.5 关键字53
4.2 软件设计步骤和构架思路53-68
4.2.1 主函数man.c54
4.2.2 初始化程序Initial.c、mcbspsrc.c54-56
4.2.3 中断向量表vectors.asm及中断服务程序的集合Interrupt.c56-58
4.2.4 CTCSS.c和MSK.c58-624.2.5 FIR滤波器优化设计62-65
4.2.6 链接器命令文件*.cmd的编写与使用65-68
4.3 DSP上电引导程序Bootloader的设计68-72
4.3.1 Bootloader的基本原理与模式68
4.3.2 FLASH的在系统编程(ISP)技术68-72
4.4 综合测试72-77
4.4.1 综合测试仪72-74
4.4.2 亚音频/音频编码测试74
4.4.3 亚音频/音频解码测试74-77
4.5 本章小结77-78
第五章 系统升级设计及全文总结78-86
5.1 TMS320F2812 DSP及其优点78-80
5.2 AVR单片机工作方式分析80-85
5.2.1 AVR ATMEG128 接口使用情况80
5.2.2 4137 机车电台系统结构80-81
5.2.3 硬件改进方案81-82
5.2.4 软件改进方案82-85
5.3 全文总结85-86
5.3.1 研究成果和改进方向85
5.3.2 意义85-86
参考文献86-88
发表论文和科研情况说明88-89
致谢89
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