前言

　　在通信、雷達(dá)等數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,信號(hào)模擬器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。模擬器用來模擬實(shí)際工作過程中信號(hào)處理系統(tǒng)的各種輸入信號(hào),從而方便了系統(tǒng)調(diào)試�？梢岳矛F(xiàn)有儀器模擬這些信號(hào),也可以設(shè)計(jì)專門的模擬器。這兩種方法各有特點(diǎn)：儀器模擬省去了模擬器的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程,比較方便;但有時(shí)現(xiàn)有儀器并不能完全滿足系統(tǒng)測(cè)試的要求,另外有些儀器的價(jià)格相當(dāng)昂貴（專用的信道仿真設(shè)備一般在24000到500000美元之間[1]）。因此,在信號(hào)模擬的方法上應(yīng)視實(shí)際情況而定：對(duì)于adc這樣輸入信號(hào)比較簡(jiǎn)單的的系統(tǒng),可以利用任意波形發(fā)生器這些測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試;而對(duì)需要多輸入或輸入信號(hào)種類比較多的系統(tǒng)一般需要設(shè)計(jì)專用的模擬器。一般來說,能用容易得到儀器完成的信號(hào)模擬不需要設(shè)計(jì)專用模擬器。

　　近年來,隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,dsp、fpga的性能得到很大提高的同時(shí),其價(jià)格也在下降。因而,使dsp、fpga得到了廣泛的應(yīng)用。另外,支持即插即用的usb總線技術(shù),可以方便地完成與計(jì)算機(jī)的連接。本文利用dsp、fpga完成了一個(gè)基于usb總線的可編程信號(hào)模擬器,該模擬器可以應(yīng)用到雷達(dá)、通信等領(lǐng)域,尤其是無線個(gè)人網(wǎng)（wpan）方面。

　　本文首先介紹模擬器所能完成的功能;接下來將對(duì)該模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹;在第三部分,詳細(xì)介紹各部分硬件的功能;在第四部分,介紹各部分軟件結(jié)構(gòu);最后各該模擬系統(tǒng)的性能指標(biāo),以及模擬wpan信號(hào)的方法。

　　1 模擬器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

　　本模擬器的核心處理芯片采用ti的tms320vc5402,該芯片是一款性價(jià)比較高的16bits定點(diǎn)dsp處理器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　該模擬器由4個(gè)外部接口：usb接口、雙路模擬輸出接口、數(shù)字量輸出接口、用戶可編程輸出接口等。其中usb接口負(fù)責(zé)模擬器與計(jì)算機(jī)之間的通信,接收pc發(fā)送來的命令,向pc發(fā)送模擬器狀態(tài)等;雙路模擬/數(shù)字量輸出接口以不同的方式將模擬結(jié)果送出系統(tǒng);用戶可根據(jù)自己的需要編程產(chǎn)生一些自定義數(shù)字量/pwm等信號(hào)經(jīng)過用戶可編程接口輸出。該模擬器可以由pc機(jī)控制,產(chǎn)生i/q兩路信號(hào)進(jìn)行模擬和數(shù)字量輸出。預(yù)留有用戶可編程接口,方便用戶和其它系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接,如：rf模塊等。

　　2 模擬器硬件組成

　　2.1 dsp處理器

　　該模擬器用到2個(gè)dsp處理器（tms320vc5402）,其處理能力可達(dá)100mips。其中dsp1負(fù)責(zé)控制usb接口芯片,與pc進(jìn)行通信。并將接收到的數(shù)據(jù)和命令進(jìn)行處理后,經(jīng)fifo或多緩沖同步串口（mcbsp）與dsp2進(jìn)行通信。dsp2進(jìn)行最后的處理,產(chǎn)生相應(yīng)的波形送給fifo;同時(shí)向fpga發(fā)送相應(yīng)命令。fpga根據(jù)命令控制dac、及各輸出接口,將波形數(shù)據(jù)輸出。從而實(shí)時(shí)產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù)和波形。

　　tms320vc5402片內(nèi)有16kⅹ16bitsdaram可以滿足一般系統(tǒng)的處理要求,但考慮到系統(tǒng)擴(kuò)展,在本系統(tǒng)中預(yù)留有外部ram。該外部ram可以分配為數(shù)據(jù)空間或程序空間,進(jìn)行不同空間的大小擴(kuò)展。

　　從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中可以看出,模擬器的數(shù)據(jù)流是單向的。dsp的數(shù)據(jù)總線為16bits寬,利用兩片8bits異步單向fifo（idt72v01）進(jìn)行寬度擴(kuò)展,組成一個(gè)16bits的單向fifo進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。可以將數(shù)據(jù)從dsp1傳送到dsp2,由dsp2傳送到各輸出接口。另外,我們利用兩個(gè)dsp的mcbsp進(jìn)行一些關(guān)鍵參數(shù)、及需要進(jìn)行雙向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行通信傳輸。fifo通信時(shí),將其空/滿標(biāo)志經(jīng)過譯碼連接到對(duì)應(yīng)dsp的ready信號(hào)上。這樣dsp在進(jìn)行fifo讀寫時(shí),不會(huì)出現(xiàn)空讀、和漏讀現(xiàn)象。從而可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。

　　2.2 usb總線接口

　　usb總線是一種通用的計(jì)算機(jī)串行接口總線標(biāo)準(zhǔn),可以連接多個(gè)設(shè)備。usb總線標(biāo)準(zhǔn)目前有：1.0、1.1和2.0多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其中：1.0、1.1標(biāo)準(zhǔn)最高提供12mbps的傳輸速率;2.0標(biāo)準(zhǔn)最高提供480mbps的傳輸速率。在該模擬器中,采用1.1標(biāo)準(zhǔn)的usb接口芯片usbn9602/3。

　　usbn9602/3是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款支持usb1.1標(biāo)準(zhǔn)的接口芯片。該芯片提供多種數(shù)據(jù)接口方式（8bits并口、并口復(fù)用、和microwire/plus）,方便與控制器進(jìn)行連接。相對(duì)來說,8b

　　its并口訪問方式,訪問簡(jiǎn)單讀取速度比較快。該模擬器利用dsp對(duì)usbn9602/3進(jìn)行控制,其數(shù)據(jù)線和地址線訪問比較方便,因此采用8bits并口訪問方式。usbn9602/3中斷信號(hào)通知dsp進(jìn)行時(shí)間處理。

　　2.3 可編程邏輯器件

　　本模擬器中兩個(gè)dsp的外圍器件的譯碼由一片cpld完成。該cpld根據(jù)dsp的ps、ds、is、mstrob、iostrob、wr、以及地址線譯碼得到外圍器件（usbn9602/3、fifo、ram）的片選、讀寫等信號(hào)。

　　輸出接口部分的fpga負(fù)責(zé)完成對(duì)dac、及fifo的控制,產(chǎn)生他們需要的片選、讀寫、時(shí)鐘等信號(hào)。模擬器中采用alteral公司的fpga,在該器件中設(shè)計(jì)了多個(gè)pwm輸出控制器、多個(gè)數(shù)字量輸出控制寄存器。dsp2可以按照訪問usbn9602/3的方式訪問fpga,對(duì)fpga內(nèi)部的寄存器進(jìn)行操作。從而進(jìn)行pwm和數(shù)字量