基于DSP的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯.ppt

基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,基于dsp的 數(shù)字上變頻設(shè)計(jì),基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,內(nèi)容提要, 選題意義 數(shù)字上變頻原理 fmicw體制分析 硬件電路設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總結(jié),基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,選題意義, 高頻地波雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀 根據(jù)探測目標(biāo)的性質(zhì)，基于硬件、面向用途； 功能比較單一，缺乏靈活性； 探測任務(wù)變更，原有的設(shè)備可能無法勝任。 發(fā)展需求 不變更硬件系統(tǒng)， 雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)可靈活設(shè)置。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 軟件無線電核心思想 構(gòu)造一個(gè)具有開放化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用 硬件平臺(tái)，使a/d和d/a盡量接近天線，并通 過軟件加載實(shí)現(xiàn)各種無線通信系統(tǒng)的不同功能。, 通用的、開放式的硬件平 臺(tái)，軟件來實(shí)現(xiàn)各種功能。 發(fā)射系統(tǒng)通過軟件控制而任 意變換各種波形； 接收系統(tǒng)接收各種信號(hào)； 信號(hào)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成各 種算法的運(yùn)算，輸出各種數(shù) 據(jù)格式的運(yùn)算結(jié)果。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,中頻信號(hào)：40.5mhz， 射頻信號(hào)：2mhz30mhz， 本振信號(hào)：40.5mhz70.5mhz。,通用雷達(dá)硬件平臺(tái)原理圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,數(shù)字上變頻原理, 多速率信號(hào)處理理論 高效數(shù)字濾波理論 數(shù)字混頻理論,數(shù)字上變頻原理圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,多速率信號(hào)處理,提高了時(shí)域分辨率，而頻譜結(jié)構(gòu)并沒有改 變；輸出頻率提高。,內(nèi)插前后信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)變化示意圖, 內(nèi)插,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 抽取,降低數(shù)據(jù)率和載頻， 但會(huì)造成頻譜混疊。,a.抽取前后信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu) 示意圖（混疊）,b.抽取前后信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu) 示意圖（未混疊）,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 通帶誤差容限=阻帶誤差容限； 零值多，卷積運(yùn)算中的乘法次數(shù)可減少一半，故它特別適合于進(jìn)行 倍內(nèi)插或抽取。,數(shù)字濾波器,半帶濾波器幅頻相頻特性圖, 半帶濾波器(hb),基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 積分梳狀濾波器(cic), 卷積為加法運(yùn)算； 單級旁瓣電平大，隨著頻率的增大，旁瓣電平減少； 多級級聯(lián)考慮溢出； 通帶帶寬 只與信號(hào)的帶寬比例因子 有關(guān)，而與信號(hào)的絕對帶寬無關(guān)。,cic濾波器幅頻相頻特性圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,fmicw體制分析,掃頻帶寬 ，掃頻時(shí)寬 ， 掃頻斜率 ， 發(fā)射脈沖周期： ，脈沖寬度 ， 幀周期 。,fmicw工作波形,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, fmicw發(fā)射信號(hào)可以描述為：,本振信號(hào),門控脈沖, 假設(shè)理想點(diǎn)目標(biāo)，距離 ，徑向速度 ， 目標(biāo)回波時(shí)延為：, 回波表達(dá)式 ：,距離衰減因子,接收天線方向圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,a.接收信號(hào)處理流程圖,b.基帶信號(hào)波形, 基帶信號(hào) 抽取器：降低數(shù)據(jù)率和載頻,.,噪聲：海雜波、電離層、 雷達(dá)接收機(jī)內(nèi)部噪聲等,目標(biāo)信息,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 距離譜解析 速度-多普勒譜解析,距離譜和速度三維譜,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,fmicw體制性能分析, 最大探測距離, 距離分辨率, 脈沖壓縮比, 距離旁瓣,匹配濾波輸出信號(hào)波形圖,加窗抑制,鄰近距離元干擾嚴(yán)重,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 距離混疊 多普勒混疊 doppler采樣頻率不滿足采樣定理引起的,接收機(jī)輸出信號(hào)的頻譜分布,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,硬件電路設(shè)計(jì),數(shù)字上變頻硬件總體規(guī)劃框圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,tms320vc5409內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,芯片選型,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,正交調(diào)制模式,單頻輸出模式,內(nèi)插dac模式, ad9857工作方式,dds核心提供正交本振信號(hào)（sin/cos）在正交調(diào)制器，與兩路正交的（i/q）數(shù)據(jù)相乘、相加，產(chǎn)生一個(gè)正交調(diào)制的數(shù)據(jù)流。,dds核在頻率控制字的控制下產(chǎn)生一個(gè)單頻數(shù)字信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過反向sinc濾波器和輸出幅度控制器后再經(jīng)dac輸出。,14為數(shù)據(jù)輸出后仍是基帶信號(hào)，沒有調(diào)制。ad9857對信號(hào)進(jìn)行過采樣操作并保持原始信號(hào)頻譜不變。,數(shù)字上變頻器ad9857,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, ad9857內(nèi)部結(jié)構(gòu),ad9857內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,片外存儲(chǔ)器, 十納秒級 flash代替rom, 64k數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 8m程序存儲(chǔ)空間, 電源統(tǒng)一 cpld連接,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,硬件模塊設(shè)計(jì), 電源模塊 片外存儲(chǔ)器接口電路 c5409與ad9857接口,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,電源模塊,電源模塊, 電平：+5v，+3.3v，+1.8v； 數(shù)模分別供電； 轉(zhuǎn)換芯片功率與消耗功率。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,c5409片外存儲(chǔ)器配置,epm7128內(nèi)譯碼連接圖, 相關(guān)引腳 16位讀寫 ram：cy7c1041 程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)； flash：am29lv160 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,c5409與ad9857接口, 串口通信 工作方式的選擇，頻率控制字的設(shè)定等； spi接口：能和多種微處理器、微控制器 連接，能和大部分傳輸模式兼容； 相關(guān)引腳： clkx/clkr（串口時(shí)鐘1)-sclk dx/dr(串口數(shù)據(jù)輸出/輸入)-sdo/sdio fsx/fsr(串口同步1)-syncio,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,a.串口寫操作時(shí)序圖,b.串口讀操作時(shí)序圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 并口通信 傳輸數(shù)據(jù)； 相關(guān)引腳： d15d2-data13data0（14位數(shù)據(jù)線） int1-pdclk（并口時(shí)鐘） xf -txenable（并口傳輸使能）,ad9857并口寫時(shí)序圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,c5409與ad9857接口硬件連接圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,兩層板，彌補(bǔ)不足： 布線時(shí)盡量將信號(hào)線布在元件面，減少 過孔的數(shù)量。 避免在ad9857器件下面走數(shù)字線 ，避 免數(shù)字線和模擬線交叉。 用地線屏蔽高速時(shí)鐘信號(hào)， 避免把噪聲 輻射到線路板上的其他部分。 模擬電源和數(shù)字電源要獨(dú)立，電源輸入 端使用高質(zhì)量的去耦電容。 輸出的負(fù)載應(yīng)該盡可能地靠近ad9857， 以便減小寄生電容和寄生電感。,pcb設(shè)計(jì),基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,電路板實(shí)物圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,參數(shù)設(shè)計(jì), 設(shè)計(jì)要求 雷達(dá)發(fā)射采用fmicw體制； 中頻信號(hào)： ； ad9857參數(shù)設(shè)計(jì) 固定內(nèi)插因子：4； 時(shí)鐘倍頻因子：420； 內(nèi)插因子n：263； dac輸出增益控制字：增益范圍01.9921875。 可用作數(shù)控衰減器。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯, 基帶信號(hào)初始采樣頻率：200khz; 在dsp內(nèi)第一次內(nèi)插倍數(shù)：5; ad9857輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘：40mhz; 時(shí)鐘倍頻因子：4; 內(nèi)插因子n：40；,設(shè)計(jì)參數(shù)如下：,i/q通道數(shù)據(jù)率為1mhz,ad9857執(zhí)行內(nèi)插倍數(shù)為160，兩次內(nèi)插后數(shù)據(jù)率與ad9857核產(chǎn)生的本振速率相等, 并口時(shí)鐘：, 頻率控制字：,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,為何要進(jìn)行兩次內(nèi)插？,內(nèi)插倍數(shù)：約1600,ad9857能提供的最大內(nèi)插倍數(shù)：252,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,數(shù)字上變頻系統(tǒng)程序設(shè)計(jì),主要包括： 數(shù)字基帶信號(hào)處理程序； 串口通信子程序； 并口數(shù)據(jù)傳輸中斷子程序； 調(diào)試軟件采用ti公司的ccs2.0，調(diào)試程序通過wintech的xds510仿真器下dsp中。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,程序流程圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,算法驗(yàn)證, 正交的兩路信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu) 相同，相位相差90。 i、q兩路實(shí)信號(hào)交替進(jìn)入 ad9857的，構(gòu)造復(fù)數(shù)結(jié)構(gòu) 體，將實(shí)部和虛部交替存 儲(chǔ)在內(nèi)存空間上。,原始i、q路基帶信號(hào)波形圖,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,a.5倍內(nèi)插后的信號(hào)（未濾波） 頻譜壓縮，產(chǎn)生高頻鏡像， 鏡像以原采樣頻率的n 倍重 建。 相對壓縮。,b.5倍內(nèi)插后的信號(hào)（濾波后） 時(shí)域波形平滑。 三級濾波。,基于dsp的數(shù)字上變頻設(shè)計(jì)畢業(yè)答辯,數(shù)字混頻后信號(hào),160倍內(nèi)插濾波后信號(hào),基于ds