TMS320C6713在雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

傳統(tǒng)的雙通道抑制背景噪聲是利用兩個接收通道同時接收含有背景噪聲的目標(biāo)信號和背景噪聲信號，然后通過加法器或減法器盡可能抑制噪聲信號。這種方法雖然在一定程度上達到抑制背景噪聲的目的，但是，為了保證兩個通道所接收的信號具有較好的相關(guān)性，需在每次消噪之前對系統(tǒng)中的某些參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，使用很不方便；此外，該方法雖然可以抑制背景噪聲中的固定干擾，但對隨機噪聲卻無能為力。由于采用模擬方式抑制背景噪聲，電路中采用的元件必然會給系統(tǒng)引人噪聲，當(dāng)目標(biāo)信號非常微弱時，元件引入的噪聲將嚴重影響目標(biāo)信號的提取，甚至淹沒目標(biāo)信號。 隨著數(shù)字信號處理器DSP的快速發(fā)展，DSP的處理能力和處理速度日益強大。針對微弱目標(biāo)信號提取過程中背景噪聲(包括隨機噪聲和固定干擾)的特點，通過選用合適的DSP處理器以及相應(yīng)的外圍電路，利用雙通道接收技術(shù)以及適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號處理算法，可有效抑制背景噪聲和干擾。

2 雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)

雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)利用兩個接收通道同時接收含有背景噪聲的目標(biāo)信號和背景噪聲信號，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再輸入高性能浮點DSP，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號處理算法抑制背景噪聲中的隨機噪聲和固定干擾，最終從相對強大的背景噪聲中提取出微弱的目標(biāo)信號。

雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)由A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理模塊、控制模塊和主控計算機等部分組成，如圖1所示。

2.1 TMS320C6713簡介

DSP作為雙通道數(shù)字去噪系統(tǒng)的核心元件，根據(jù)系統(tǒng)中數(shù)字信號處理特點，采用美國德州儀器公司(TI)的6713系列的TMS320C6713BGDP225。其主頻為225 MHz，主要特點如下：

DSP內(nèi)核采用超長指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)，8個功能單元共用32個32 bit通用寄存器，最多可在一個周期內(nèi)同時執(zhí)行8條32位指令，從而提高程序的執(zhí)行速度；

具有32 bit外部存儲器接口(EMIF)，外部存儲器可尋址空間達52 MB?？膳cSDRAM、SBRAM實現(xiàn)無縫連接，用于大容量高速存儲。直接異步存儲器接口可與SRAM、EPROM連接，用于小容量數(shù)據(jù)存儲和程序存儲；

具有16個獨立的EDMA傳輸通道，在CPU不干預(yù)的情況下，支持多路數(shù)據(jù)的獨立快速傳輸；

具有兩個支持全雙工通信的多通道緩沖串口McBSP。

2.2接口設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)中，主控計算機通過RS232串口將控制命令發(fā)送到數(shù)字信號處理器(DSP)，DSP根據(jù)控制命令接收A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字濾波、數(shù)字累加、自適應(yīng)濾波等數(shù)字信號處理，最終將處理結(jié)果通過USB接口輸出到主控計算機。由此可見，DSP分別與A／D轉(zhuǎn)換器、USB以及RS232串口之間的接口設(shè)計在整個雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)中尤為重要。

2.2.1與A／D轉(zhuǎn)換器的接口實現(xiàn)

MD轉(zhuǎn)換器采用美國德州儀器公司(TI)的THS1206的12位A／D轉(zhuǎn)換器，采樣速率達6 MS／s，最多可支持4路模擬信號輸入，其內(nèi)部集成一個FIFO，這樣減少了A／D轉(zhuǎn)換器和DSP處理器之間的緩沖存儲器。THS1206 A／D轉(zhuǎn)換器同DSP的接口電路圖如圖2所示。

THS1206采樣前，TMS320C6713通過向THS1206的特殊寄存器(地址為0xA000 0000)寫入特殊的命令控制字實現(xiàn)對THS1206的復(fù)位、清零FIFO以及輸入通道設(shè)置等初始化操作。在完成設(shè)備初始化后，啟動TMS320C6713的定時器Timer0，THS1206按照Timer0設(shè)定的時鐘開始采樣背景噪聲信號和包含背景噪聲的目標(biāo)信號。當(dāng)THS1206的FIFO為滿時，THS1206產(chǎn)生一個中斷信號觸發(fā)TMS320C6713的外部中斷EXT_INT7，從而啟動TMS320C6713的第7個EDMA傳輸通道，將A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸?shù)絋MS320C6713的CPU中進行數(shù)字信號處理。

2.2.2與USB的接口實現(xiàn)

為避免系統(tǒng)工作時主控計算機的控制命令同DSP處理結(jié)果在傳輸過程中發(fā)生沖突，保證DSP處理結(jié)果的傳輸速率滿足系統(tǒng)要求，DSP與主控計算機之間采用基于USB2.0接口的數(shù)據(jù)傳輸，接口器件采用Cypress公司的CY7C68001，配以Cypress公司的CY37064P100 CPLD進行邏輯控制，其接口原理圖如圖3所示。TMS320C6713和CY7C68001之間的地址信號定義如表1所示。

2.2.3與RS232串口的接口實現(xiàn)

利用TMS320C6713的多通道緩沖串口MoBSP，主控計算機的開始采樣、停止采樣、自檢等控制命令通過主控計算機的RS232接口傳送到TMS320C6713。由于McBSP和RS232的電平定義存在差異，因此，在TMS320C6713和主控計算機的RS232串口之間必須采用轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電平。系統(tǒng)中使用Maxim公司的MAX3160，其電路圖如圖4所示。圖中的TXD、RXD分別與McBSP0的DX、DR相連，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

2.3軟件實現(xiàn)

TMS320C6713中運行的軟件代碼包括DSP內(nèi)部存儲空間配置代碼、自動加載配置代碼、EDMA傳輸初始化代碼、McBSP初始化代碼、A／D初始化代碼以及數(shù)字信號處理主程序代碼等。軟件使用C語言和匯編語言混合編寫，程序開發(fā)在CCS(CodeCompose Studio)開發(fā)平臺上進行。通過CCS平臺和硬件系統(tǒng)進行軟件開發(fā)和調(diào)試，待調(diào)試成功后將軟件代碼固化在TMS320C6713的ROM中，以便在DSP上電時自動執(zhí)行。

3結(jié)束語

雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬去噪聲系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢，給出的硬件與軟件設(shè)計完全滿足系統(tǒng)的基本要求。在具體應(yīng)用中，還可根據(jù)需要通過采用高性能A／D轉(zhuǎn)換器、高性能的DSP以及先進的數(shù)字信號處理算法進一步提高噪聲抑制的效果。