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文檔簡介
PCM碼解調(diào)器1.PCM采編器基本原理脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code Modulation,簡稱PCM)是一種概念簡單、理論完善的編碼系統(tǒng),其最大特征是把連續(xù)的輸入信號變換成在時間和振幅上都是離散量,然后再變換為代碼傳輸。信息為數(shù)字信號,在遠距離再生中繼傳輸中不積累噪聲,從而提高了通信系統(tǒng)的有效性、可靠性和保密性。利用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)和VHDL 語言實現(xiàn)了PCM碼的解調(diào),這樣在不改變硬件電路的情況下,能夠適應(yīng)PCM碼傳輸速率和幀結(jié)構(gòu)變化,從而正確解調(diào)數(shù)據(jù)。PCM 遙測系統(tǒng)是一種常用的遙測設(shè)備,它可以采集多路數(shù)據(jù)并進行通信傳輸和數(shù)據(jù)處理,其多路數(shù)據(jù)采集設(shè)備就是PCM 采編器。PCM 采編器控制采集各個數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)的時序,并加上幀同步碼形成一定格式的數(shù)據(jù),再進行并/串轉(zhuǎn)換,形成串行數(shù)據(jù)流送到調(diào)制設(shè)備供傳送。歸納起來,PCM 采編器可實現(xiàn)如下功能:l 控制數(shù)據(jù)采集的時序;l 加幀同步碼,按一定的格式組織數(shù)據(jù)包;l 并/串轉(zhuǎn)換。圖1 一個典型的PCM 幀格式示意圖格式中,數(shù)據(jù)位長度稱為字長;全部數(shù)據(jù)通道加幀同步碼稱為幀長,圖中幀長為N +1。由于遙測系統(tǒng)的任務(wù)經(jīng)常改變,所以相應(yīng)要求PCM 遙測設(shè)備具備可編程的能力。PCM 遙測采編器經(jīng)常要改變的參數(shù)有:l 碼率,即串行數(shù)據(jù)的速率;l 字長、幀長和同步碼。2硬件電路設(shè)計圖1給出基于FPGA的硬件電路。其中,圖1(a)為FPGA配置模塊;圖1(b)為信號收發(fā)模塊及PCM碼接收模塊。該系統(tǒng)設(shè)計中FPGA選取Altera公司的Cyclone系列器件。該器件有4種工作模式,分別為主串模式、從串模式、邊界掃描和從并模式。將M0,M1,M2接地,使其工作在主串模式下。FPGA由存儲在片內(nèi)RAM中的程序設(shè)置其工作狀態(tài),工作時需要編程設(shè)置片內(nèi)的RAM。用戶可根據(jù)不同的配置模式,采用相應(yīng)的編程方式。上電時,F(xiàn)PGA將EPROM中的數(shù)據(jù)寫入片內(nèi)編程RAM,配置完成后,F(xiàn)PGA進人工作狀態(tài)。掉電后,F(xiàn)PGA內(nèi)部邏輯消失,恢復(fù)成白片。因此,F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用且無需專用的編程器,采用通用EPROM,PROM編程器即可實現(xiàn)。當需要修改FPGA功能時,只需換一片EPROM。同一FPGA根據(jù)不同的編程數(shù)據(jù)能夠產(chǎn)生不同的電路功能。該系統(tǒng)在發(fā)送方接收到請求信號后則開始發(fā)送數(shù)據(jù)。PCM碼解調(diào)模塊在移位脈沖同步下接收數(shù)據(jù),并將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)存人FIFO中。每接收到一次請求脈沖發(fā)送一幀數(shù)據(jù),每幀數(shù)據(jù)以146FH為結(jié)束標志字,EB90為子幀同步字,當PCM碼解調(diào)模塊檢測到幀尾后停止解調(diào),并停止向FIFO寫人數(shù)據(jù)。PCM碼解調(diào)模塊由硬件描述語言編寫并集成于FPGA中。3.系統(tǒng)框圖和 PCM碼解調(diào)程序模塊圖2給出PCM碼幀格式。其中N為子幀中的字數(shù),最大值為1 024;Z為一幀所含子幀個數(shù),最大值為256。子幀同步字字長為1632 bit,字長度為416 bit。在遙測系統(tǒng)中,依照PCM碼幀格式,將所要測控的參數(shù)放在格柵中自定義位,同時定義子幀同步字和字長。當發(fā)送請求信號,同步接收一幀數(shù)據(jù),即使一幀數(shù)據(jù)接收錯誤,也不影響下一幀數(shù)據(jù)解調(diào)的正確性,進一步減小誤碼率。檢測子幀同步字時,先找到一個子幀同步字后,每隔N個字節(jié)判斷移位數(shù)據(jù)是否為子幀同步字,對每一個子幀都進行判斷,即使第一次誤判,或當PCM發(fā)送中斷后再重發(fā),也不會影響后續(xù)正確解調(diào)數(shù)據(jù)??筛鶕?jù)子幀同步字、幀尾標志字和請求信號的順序由該解調(diào)數(shù)據(jù)模塊進行自我糾正,從而大大降低了誤碼率。圖3為PCM碼解調(diào)程序模塊圖。3.1 移位脈沖產(chǎn)生程序系統(tǒng)設(shè)計要求移位脈沖頻率為80 kHz,對時鐘脈沖進行40分頻。移位脈沖產(chǎn)生程序仿真圖如圖4所示。其中,bitt為位同步移位脈沖。3.2 字節(jié)同步信號產(chǎn)生程序設(shè)b為一個標志位,當b為1時,表示檢測到請求信號的上升沿且尚未結(jié)束一幀傳輸,該進程的byte為字節(jié)同步信號,用來標志一個字節(jié)接收完畢。字節(jié)同步信號產(chǎn)生程序仿真圖如圖5所示。3.3 并行數(shù)據(jù)輸出及幀尾檢測程序并行數(shù)據(jù)在字節(jié)同步信號byte的上升沿輸出,outdata為并行數(shù)據(jù)輸出端,同時將并行數(shù)據(jù)賦值給幀尾標志tail的低8位,將tail的低8位給其高8位,當tail的值為146F時,即表示一幀結(jié)束。并行數(shù)據(jù)輸出及幀尾檢測程序仿真圖見圖6。4.調(diào)試結(jié)果所發(fā)送數(shù)據(jù)是以00H為起始遞增的一串數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)字長200,結(jié)尾以146F為標記。調(diào)試過程中,南示波器觀察波形,可以看到請求信號的頻率及脈寬、移位脈沖的頻率均符合要求,解調(diào)出的并行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)相吻合。圖7和圖8分別給出移位脈沖電壓up波形和輸出最低位電壓ud波形。5.結(jié)語基于FPGA的PCM碼
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