（微电子学与固体电子学专业论文）基于id200的dabdmb接收终端设计.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞 邮电太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名：阵) 司本签字日期：栅年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重庞邮电太堂：有关保留、使用学位论 文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权重鏖邮电太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者张酬啐跏硌j 7 寓c i 7 尽秀 签字日期：椰年月p 日签字日期：毋哆年乡月妒日 1 1 重庆邮电大学硕士论文摘要 摘要 数字音频广播( d a b d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ) 是继调幅、调频之 后新一代的广播。它具有发射功率小、覆盖面积大、频谱利用率高和可移 动接收等优点，同时它还是一种多媒体广播( d m b d i g i t a lm u l l i m e d i a b r o a d c a s t i n g ) ，可传递诸如声音、图像、文字、数据及活动影像等业务。 随着数字多媒体广播( d m b ) 的发展，目前全球已有l0 0 0 多个d a b d m b 台开播，包括北京、上海、广东等地，但d a b d m b 解码核心芯片仍是瓶 颈，接收终端严重滞后。d a b 基带解码芯片i d 2 0 0 的研发成功，为我们开 发拥有完全自主知识产权的，低功耗、低价位、高性能的d a b d m b 数字 多媒体接收机奠定了坚实的基础。本课题的任务是以产业化为目标，根据 终端厂商的要求，设计基于d a b 基带解码芯片i d 2 0 0 的d a b d m b 接收 终端，完成接收机的硬件系统和软件系统设计，整机的调试以及测试。 本文从d a b 基带传输机制和d a b 发射系统入手，首先理解和分析了 基于d a b 基带解码芯片i d 2 0 0 的d a b d m b 接收终端硬件系统方案，并 将此方案按功能模块划分为基带解码模块、r f 接收模块、f m 接收模块、 a d d a 模块、0 l e d 显示模块和m c u 控制模块等，同时进行了各功能模 块相应芯片的选择与简要介绍。然后本文报告了d a b 接收终端软件系统 的解决方案，介绍了m m i 的功能和体系结构，给出了f i c 软件解码的设 计方案，并具体讨论了m c u 与基带，r f 等模块的数据接口设计以及各模 块硬件驱动设计。本文还介绍了相关模块的验证和测试方法，包括f i c 解 码模块的验证，r f 模块的测试方法，并描述了p c b 的优化设计以及焊接 调试等具体的工程问题，以及由实验室成果向批量生产的转化过程，最后 报告了d a b d m b 接收机整机的现场测试，给出了各项技术指标的测试数 据。 关键词：d a b d m b 接收机、基带( i d 2 0 0 ) 、快速信息信道、人机界面 重庆邮电大学硕士论文 摘要 a b s t r a c t t r a d i t i o n a lr a d i os e r v i c e sa r ee n t e r i n gan e wa r e ao fd i g i t a la u d i o b r o a d c a s t i n g ( d a b ) d a bs y s t e mh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g h - q u a l i t y d i g i t a la u d i o ，e m c i e n tu s eo ft h er a d i of r e q u e n c ys p e c t r u m ，r e l i a b l ed e l i v e r y t o6 x e d ，p o r t a b l ea n dm o b i l er e c e i v e r s a l s oi ti sam u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g t h a tc a nd e l i v e rn o to n l ya u d i o ，b u ta l s oi m a g e ，t e x t ，a n dd a t aa tt h es a m et i m e w i t ht h ed e v e i o p m e n to fd i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ( d m b ) ，t h e r eh a s b e e nm o r et h a n1 ，0 0 0d a b d m bl a u n c h e d ，i n c l u d i n gb e i j i n g ，s h a n g h a i ， g u a n g d o n ga n do t h e rp r o v i n c e s b u tt h ec o r ei cf o rd a b d m br e c e i v e r si s s t 订lt h eb o t t l e n e c k ，a n dt h u sr e c e i v i n gt e r m i n a l sa r es e r i o u s l yb e h i n d t h e s u c c e e d e dd a bb a s e b a n dd e c o d e rc h i pi d 2 0 0 ，e n a b l eu st od e v e l o pg o o d d a b d m br e c e i v e r sw i t hl o w - p o w e r ，l o w - c o s t ，h i g h - p e r f o r m a n c e t h et a s k o ft h i s p r o j e c t i st o d e s i g nd a b d m br e c e i v e r s b a s e do nc h i pi d 2 0 0 ， i n c l u d i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g n ，d e b u ga n dt e s t t h i sa r t i c l es t a r t sf r o mt h ed a bs y s t e mi n t r o d u c t i o n ，i tt h e nr e p o r t st h e d a b d m br e c e i v e rs t r u c t u r ew i t hd e s c r i p t i o no fb l o c k so fb a s e b a n dd e c o d e r m o d u l e s ，r fr e c e i v e rm o d u l e s ，f mr e c e i v e rm o d u l e ，a d d am o d u l e ，o l e d d i s p l a ym o d u l ea n dm c u c o n t r o lm o d u l ee t c t h ep a p e r ，a l s oc o v e r st h ed e s i g no fd a br e c e i v e r ss o f t w a r e ，w i t ht h e d e s c r i p t i o no fm m if u n c t i o n sa n da r c h i t e c t u r e ，t h ef i cd e c o d es o f t w a r e ，a n d t h ed a t ai n t e r f a c eb e t w e e nm c u ，b a s e b a n da n dr fm o d u l e s ，a n da l s ot h e i r h a r d w a r ed r i v e rd e s i g n t h i 8p a p e rt h e nc o v e r sv e r i f i c a t i o na n dt e s ts u c ha s f i cd e c o d i n gm o d u l ev e r i f i c a t i o na n dr fm o d u l et e s t i n g i tn n a l yr e p o r t st h e o p t i m i z e dd e s i g no ft h ep c b ，a n dt h et e s t sr e s u l t so fd a b d m br e c e i v e r k e yw o r d s ：d a b d m br e c e i v e r 、b a s e b a n dc h i p ( i d 2 0 0 ) 、f i c 、m m i i i 重庆邮电大学硕士论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1d a b d m b 简介1 1 2 课题的背景和来源2 1 3 论文主要工作4 1 4 论文主结构5 第二章d a b 信道传输机制6 2 1d a b 传输模式6 2 2d a b 系统的传输信道构成7 2 3 快速信息通道( f i c ) 8 2 。3 1 快速信息通道传输内容8 2 3 2 快速信息通道的帧结构9 2 4 主业务信道1 0 2 4 1 主业务信道的帧结构1 1 2 4 2 主业务信道的传输模式一1 1 2 5 复合结构及复合结构信息( m c i ) ：1 4 2 5 1 复合结构1 4 2 5 2 子信道组织信息1 5 2 5 3 业务组织信息1 5 2 5 4 复合重组信息1 6 第三章d a b d m b 接收终端的硬件设计1 7 3 1d a b 发射系统结构1 7 3 2d a b 接收系统结构原理1 7 3 3d a b 接收终端方案1 8 3 3 1d a b 接收终端主要设计技术目标1 9 重庆邮电大学硕士论文 目录 3 3 2 基带解码模块2 0 3 3 3r f 模块2 1 3 3 4f m 模块j 2 2 3 3 5a d 和d a 模块2 3 3 3 6 显示模块2 4 3 3 7m c u 控制模块2 4 3 4d m b 接收终端方案2 4 3 5 八合一d m b 接收终端方案2 6 第四章d a b 接收终端的软件设计2 8 4 1 软件总体构架2 8 4 2m m i 菜单控制模块2 9 4 3f i c 解码程序设计3 0 4 3 1 子信道组织信息解码3 2 4 3 2 业务组织信息解码3 3 4 4 基带寄存器接口模块3 5 4 4 1 接口硬件设计3 5 4 4 2 接口程序设计3 7 4 5r f 控制模块3 7 4 5 1r f 模块的1 2 c 接口3 7 4 5 2 程序设计4 0 4 6 其它模块4 0 第五章测试平台及功能验证4 l 5 1 实验室d a b d m b 信号发射平台4 1 5 2d a b 信号发射平台工作原理4 2 5 3 各功能模块测试4 2 5 3 1f i c 解码模块的测试4 2 5 3 2r f 模块的调试4 3 5 3 3 其他子模块的测试4 7 5 4 焊接问题的解决4 7 l l 5 5p c b 的优化设计4 8 5 6 接收机整机测试4 9 5 6 1d a b 整机测试4 9 5 6 2d m b 整机测试5 0 第六章总结与展望5 3 6 1 总结5 3 6 2 未来的工作5 3 致谢， 参考文献如 附录5 8 i i i 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 本章首先对d a b 系统及d a b d m b 接收机的发展状况作了简要介绍， 介绍了课题的背景和来源，接着叙述了本文的研究内容和成果，最后给出 了本文的论文结构和章节安排。 1 1d a b d m b 简介 随着c d 、m p 3 等一系列数码音响设备的出现和普及，听众对音质的 要求越来越高，同时越来越凸现出传统模拟广播音质差、抗干扰能力低、 业务单一的缺点。数字音频广播( d a b 一d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ) 作为一种新兴的数字化音频广播系统。它将数字移动通信技术应用于广播 领域，将广播真正带入了数字化时代。 d a b 是以数字技术为手段，由广播方式向移动和固定接收机传送高质 量的音频节目和数据信号。相较于传统的模拟广播，d a b 具有节省频谱资 源、发射功率低、适合固定便携和移动接收、抗多径传播引起的衰落能力 强、信息量大、音质极佳等诸多优点。 数字广播d a b ( d i g i t a la u d i ob r o a d c a s t i n g ) 是继调幅、调频广播之后的 第三代广播，是广播技术的一场革命。d a b 及其多媒体应用d m b 必将 对全球的广播事业和电子产业产生巨大的影响。同时，该技术也是2 0 0 8 年 数字奥运唯一可能实现的移动数字广播和移动数字电视的载体，今后几年 市场需求将会爆发增长，获得数千亿元市场容量。 对传统的模拟广播体系，调频( f m ) 广播曾以最好的广播质量受到听 众的欢迎，但和现在已经很普及的c d 的音质相比，仍然相差很远，因此 远远不能满足现代人对收听质量的要求。由于调频广播频段内电台日益增 多，频带间干扰也越来越明显，进一步影响了收听质量。同时，在模拟技 术条件下，信号处理的每一个环节都会引入干扰，而这种干扰一旦产生， 便无法消除，只会随着处理环节的增多而不断积累。这一切都严重制约着 模拟广播收听效果的提高。 为进一步改善调频广播的收听效果，人们提出了不少新的方法和技 术，但终究不能达到c d 质量的音质。人们在理论和实践中认识到，传统 的模拟广播已经没有进一步根本改善的可能。要提高广播的音质，必须采 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 用数字的方法。 d a b 就是应运而生的新一代数字广播体系。它首先将模拟形式的节目 转换为数字信号，经压缩、编码、调制、发射、传输，到达接收端后，再 经一系列反变换，变成可收听的模拟节目。通过采用合适的音源编码解码 方法，d a b 可提供c d 音质的节目。d a b 采用宽带多载波的传输方法， 提高了传输过程中的抗干扰能力，即使高速移动接收，也不会影响收听质 量。d a b 的技术还使得一个频段内可以复用多套节目，提高了频谱利用率。 同时，d a b 还可以传送大量的数据业务，例如广播电文、静止画面、计算 机程序等。 d m b ( d i g i t a lm u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g ，数字多媒体广播) 是在d a b 基础上发展起来的，专为广播电视和移动视频而设计。d m b 充分利用了 d a b 的技术优势，在d a b 系统基础上，增加了适应视频业务广播的、新的 音视频编码方案并附加了外层信道保护机制，将d a b 单一的音频信息扩展 为数据、文字、图形与视频等多种载体，经过数字化的平台系统对数字信 息进行压缩、编码、调制、传输等处理，从而实现容量大、效率高、可靠 性强的多媒体数据信息传送，实现了声音、视频、数据等多媒体业务的移 动、手持和固定接收，支持手机、车载电视机、p d a 、笔记本电脑等多种 终端。d m b 标准最早由韩国提出。除韩国外，欧洲的德国、法国等国家 已经使用或已经确定使用d m b 作为无线多媒体广播覆盖标准之一。 目前d m b 的发展正处于起步阶段，d m b 首先予2 0 0 4 年在韩国投入 商业运行，德国在2 0 0 6 年世界杯期间成功使用d m b 进行比赛转播。 数字广播d a b 在我国已经历了近十年的发展，2 0 0 6 年六月我国正式 颁布实施了其国家标准( g y t 2 1 4 2 0 0 6 ) 。目前，北京、上海、大连、广东 等地已经开播了d a b d m b 节目，天津、西安等地也在积极筹备。中国卫 星通信集团公司在其d a b 卫星网络基础上，将在全国大中城市逐步增加l 波段地面覆盖，2 0 0 8 奥运前将实现全国城市及公路沿线的地面覆盖和全国 的卫星覆盖。除了移动数字广播，d a b d m b 并将延伸应用于手机电视、 m p 3 等便携电子设备，中国将具有世界上最大d a b d m b 终端市场，形 成新的i t 产品大类。 1 2 课题的背景和来源 d a b 技术是欧洲开发的尤里卡高科技项目之一【2 1 ，即e u r e k a 一 14 7 d a b ，经过反复实验，不断改进，d a b 已是一项成熟的技术，并经标 2 重庆邮电大学硕士论文 第一章绪论 准化后，于1 9 9 5 年在英国和瑞典正式投入使用。d a b 的优越性使得它受 到许多国家的重视和推广。除英国和瑞典，在其它欧洲国家，如德国、法 国、丹麦、挪威、芬兰、意大利、奥地利、荷兰、比利时、波兰等均已开 通d a b 广播t 3 。 数字广播d a b 在我国已经历了近十年的发展，2 0 0 6 年六月我国正式颁 布实施了其国家标准( g y t 2 1 4 2 0 0 6 ) ，目前，北京、上海、广东、郑州、 大连等地已经开播了d a b d m b 节目，覆盖人口达1 5 亿。2 0 0 8 年1 月， 由欧洲电信标准协会( e t s i ) 提交的d m b 移动多媒体广播标准日前被获准 成为国际电信联盟( i t u ) 的国际标准。 d a b d m b 在全球许多国家和地区开播多年来，受接收机价格和功耗 两大问题影响，普及较缓，其问题的瓶颈在于d a b d m b 核心芯片。 目前芯片的进展跟不上市场对d a b d m b 的需求，d a b d m b 产业链 的瓶颈仍是核心芯片。d a b d m b 数字多媒体接收机要求低功耗、低价位 的接收芯片和模块，因此提高集成度、降低功耗是目前芯片研发的焦点。 就d a b d m b 整机而言，降低功耗和体积是移动便携所需要的，降低 价格是普及的需要。中国d a b d m b 整机产业需要自己的核心技术。 我的导师在国外从1 9 9 6 年即开始关注d a b ，并从事相关的研究【引。 在多年研究基础上，带领科研团队于2 0 0 4 年完成了完全自主知识产权的 d a b 接收机基带解码和音频解码芯片的前端设计，成功开发出d a b 接收 机f p g a 样机并在英国通过现场测试，2 0 0 5 年成功流片了d a b 基带芯片。 该芯片采用o 18 工艺，包含了d a b 基带解码和m p e g 音频解码，可实现 d a b 信号的全速解码。该芯片自主创新的成份极高，在芯片集成度和功耗 方面代表着目前d a b 基带芯片的最高水平，与国外先进技术相比，芯片集 成度提高4 倍以上，大大的降低了功耗和成本，不仅为d a b 接收机的便 携式设计铺平了道路，而且甚至可以与手机集成，开发d m b 数字电视手 机。 如何利用我们已经取得的在d a b 基带解码芯片技术上的优势，将其 转化为产品和市场的优势，使我们拥有完全自主知识产权的d a b d m b 接 收机已经成为当前亟待解决的任务，同时产业界也有具体的要求。 本课题正是在这一背景下，以产业化为目标，根据终端厂商的要求， 基于已有d a b 核心芯片的基础上，以功能完善、性能优良、成本低廉为 设计目标，进行便携式d a b d m b 接收机的研制工作。通过提供整套 d a b d m b 接收机解决方案，推动d a b d m b 接收机的产业化进程，从而 进一步促进d a b 在我国的普及。 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 1 3 论文主要工作 1 、参与了d a b d m b 接收终端样机硬件设计 参与了基于基带解码芯片i d 2 0 0 的d a b d m b 接收终端硬件系统设 计，该硬件系统设计主要包括基带解码模块、r f 接收模块、f m 接收模块、 a d 转换模块、音频d a 模块、m c u 控制模块、f l a s h 存储模块、键盘 操作模块及0 l e d 显示模块等。整个接收机的器件选型在保证接收终端功 能完善、性能稳定的基础上，同时考虑到了降低成本，基本上达到了最佳 的性价比。 2 、在m c u 上完成f i c 解码 该模块在已有解码模块的基础上，在m c u 上实现了对f i c 全部f i g 类型的解码。其中主要包括复合结构信息( 子信道i d 、保护等级、比特率、 容量等) 、业务信息( 业务i d 、所对应的子信道i d 、时间f 1 期、节目类型、 节目数量、频率信息、发射台信息等) 、标签信息( 子信道标签、业务标 签、节目群标签等) 、快速信息通道信息、条件接收信息等。 3 、完成了m m i 的软件设计 m m i 软件设计主要分为菜单控制模块、基带寄存器控制模块、r f 控 制模块、f m 接收模块、音频控制模块、f l a s h 存储模块、键盘输入及显 示模块等。该设计充分考虑到用户实际使用时的习惯，尽量做到简化用户 操作。 为了尽可能降低对硬件资源的要求，在保证功能完整的前提下，程序 设计尽可能的实现了优化。对于具有相同接口的模块其接口程序尽可能复 用，例如r f 控制模块、f m 接收模块、音频d a 模块都采用了1 2 c 接口， 因此其接口程序可以复用，只需在硬件连接上为每个模块分配不同的i d ， 同时在程序里根据不同的器件写入对应的i d 信息即可。这样不仅可以节 省m c u 的i o ，而且可以节省程序存储空间。 对于实时性要求不高且数据量较大的数据信息( 如标签信息、频率信 息、业务信息及部分复合结构信息等) 在f i c 解码解出后存入f l a s h ，这 样可以节省m c u 的r a m 空间。 另外在程序设计过程中充分考虑了其功能的可扩展性及代码的可移 植性。 4 、完成对d a b d m b 接收机的调试与测试 经测试，各个模块工作正常，功能正确，接收机能正确接收b a n di i i 4 重庆邮电大学硕士论文第一章绪论 和lb a n d 中每个频点的d a b 信号。可实现在高速移动中对l 波段和i i i 波 段的稳定接收。实现了f m 的正确接收，各项指标达到行业要求。一些p c b 版本已经走完了产业化的全过程，进入了s m t 批量生产。 项目经历了p c b 板的手工贴焊调试、实验室小批量生产和工厂s m t 批量生产三个阶段。通过系统p c b 设计优化，以及生产调试焊接问题的解 决，实现了实验室向批量生产的转化。 5 、参与了实验室向批量生产的转化的全过程 设计各种不同形状的p c b 版本，以满足不同生产厂商的外壳模具要 求。选择封装较小的贴片元器件，优化p c b 的设计，以满足s m t 批量生 产的要求。 1 4 论文主结构 第一章：绪论，对d a b 及d a b d m b 接收机的发展状况作了简要介绍， 阐明了课题的来源和应用背景，并概括了本文的主要工作。 第二章：简要介绍了d a b 的传输机制。 第三章：详细介绍了d a b d m b 接收终端的硬件设计原理，主要芯片 以及其各模块的功能划分。 第四章：介绍了d a b 接收终端的软件设计方案，包括m m i 的程序结 构以及f i c 解码程序、s p i 和1 2 c 数据接口驱动程序等。 第五章：介绍了d a b 信号发射硬件平台的搭建，r f 模块、f i c 解码等 模块的调试与测试验证，以及接收终端的各项功能验证，并给出相应 的结果。 第六章：概括了作者在本课题中所做的主要工作和课题的意义所在， 同时提出了进一步工作的方向和需要解决的问题。 重庆邮电大学硕士论文第二章d a b 信道传输机制 第二章d a b 信道传输机制 为了更好的理解d a b 以及d a b 接收终端的工作原理，我们有必要对d a b 的 传输机制有一定的了解，因此在此对d a b 的信道传输机制先做了简要介绍。 为了充分利用d a b 传输信道，由声音节目和数据业务共同构成复合信号传送， 如图2 1 所示【5 】。d a b 是一种透明的传输系统，从技术的观点看，所传送的数字信 息本身所代表的内容无关紧要。然而，复合信号的组织必须按照明确的处理方法 实现，这样接收机才能正确地恢复出各种业务。 电视广播节目 叫音视频信源编码卜叫传输编码卜叫数据流编码 声音广播节目 叫音频信源编码 音频流编码 塑塑兰竺堑! ! ! 叫兰! ! 堡塑堕里r 叫竺里! 塑堡h _ 叫兰：! 垒里塑竺i 数据业务t p e g 卜_ t p e g 信源编码卜_ 叫t d c 编码h 卜叫数据包编码 数据业务 信 号 群 复 合 器 图2 1 发射端业务复合 本章将详细介绍复合信号的组织，也就是d a b 的传输帧结构，及传输帧的各组成 部分。 2 1d a b 传输模式。 e u r e k a1 4 7 项目组在开发d a b 时，提出d a b 必须满足如下要求： 1 ) 可工作在3 0 m h z 一3 g h z 的频率范围； 2 ) 在行车速度达到2 0 0 舢时可良好接收； 3 ) 具有强的抗多径干扰能力，特别是在同步网中。 然而事实表明，由于信道物理条件的不同，只用一种传输模式去覆盖宽的频 率范围并满足上述要求，实际上是不可能的。因此，d a b 规定了工作于不同频段 的四种传输模式，如表2 1 所示。 由表中可以看出，不管d a b 工作于哪种模式，d a b 所占的带宽都是 1 5 3 6 m h z ，这是不同模式下的一个共同点。 6 重庆邮电大学硕士论文第二章d a b 信道传输机制 表2 1d a b 四种工作模式的参数 参数模式一模式二模式三模式四 带宽 1 5 3 6 m h z1 5 3 6 m h z1 5 3 6 m h z1 5 3 6 m h z 载波总数 1 5 3 63 8 41 9 27 6 8 符号期 1 2 6 4 u s3 1 2 u s1 5 6 u s6 2 3 u s 发射台间距 7 5 k m 2 0 k m l o k m 4 0 k m 发射频率范围 3 7 5 m h z 1 5 g h z ( 4321 ( l ：k( 一 7 图4 8a t 9 l s a m 7 s 6 4m c u 的s p i 传输时序波形 4 5r f 控制模块 r f 控制模块的功能是通过1 2 c 总线接口对r f 芯片的相应寄存器进行 设置，来调整r f 接收模块的接收频率。在本设计中通过将m c u 的两个 i o 与m a x i m 公司的d a br f 模块的1 2 c 接口相连，然后通过软件编程 实现1 2 c 时序，从而完成m c u 与r f 之间的数据通信。 4 5 1r f 模块的1 2 c 接口 1 2 c 是一种双向两线制的串行总线，图4 9 是a t 91s a m 7 s 6 41 2 c 总线 系统典型结构示意图。串行数据s d a 线和串行时钟s c l 线即可完成总线 上各器件之间的信息传递【19 1 。每个器件都有一个唯一的地址以供识别，并 且各器件根据其功能都可作为一个发送器或接收器。除了发送器和接收器 3 7 重庆邮电大学硕士论文第四章d a b 接收终端的软件设计 外，器件在执行数据传输时也可以被看作是主机或从机，主机是初始化总 线的数据传输并产生允许传输时钟信号的器件，此时任何被寻址的器件都 被认为是从机。 图4 9a t 9 1 s a m 7 s 6 41 2 c 总线系统结构示意图 1 2 c 总线操作模式为：主发送模式，主接收模式，从发送模式和从接 收模式，其通用传输过程及格式如下所述： 1 ) 起始条件和停止条件 当1 2 c 接口处于从模式时，要想数据传输，必须检测s d a 线上的起始 条件，起始条件由主控器件产生。起始条件发生在s c l 信号为高时，s d a 产生一个由高变低的电平变化处。当1 2 c 总线上产生了一个起始条件，那 么这条总线就被发出起始条件的主控器件占用了，变成“忙”状态；停止条 件发生在s c l 信号为高时，s d a 产生一个由低变高的电平变化处。停止 条件也由主控器件产生，作用是停止与某个从属器件之间的数据传输。当 1 2 c 总线上产生了一个停止条件，那么在几个时钟周期之后总线就被释放， 变成t - 空闲，状态，具体传输波形如图4 1 0 所示【1 。 起始条件 停止条件 i 一1m s bi 一1 ：!： f s d a 飞l 仁= x 船厂弋二烂二二八i 仃 s c l _ 丁 爪同问风凰几甩厂石风盯 i j 志k 怎 【一j - 一。 a c k r 、r： i 图4 1 01 2 c 总线的数据传输时序 当主控器件送出一个起始条件，它还会立即送出一个从地址，来通知 将与它进行数据通信的从属器件。1 个字节的地址包括7 位的地址信息和 l 位的传输方向指示位，如果第8 位为0 ，表示马上要进行一个写操作； 如果为l ，表示马上要进行一个读操作。 2 ) 数据传输格式 3 9 重庆邮电大学硕士论文第四章d a b 接收终端的软件设计 s d a 线上传输的每个字节长度都是8 位，每次传输中字节的数量是没 有限制的。在起始条件后面的第一个字节是地址域( 其中最后一位代表读 写) ，之后，每个传输的字节后面都有一个应答( a c k ) 位。传输中串行 数据的m s b ( 字节的高位) 首先发送。 本设计中r f 模块地址域由7 位芯片地址加最后一位读写判断位 ( r w ) 组成。对其进行寄存器设置时，首先送出芯片地址+ 写操作位( w ) ， 然后再送出寄存器的子地址，最后再对相应的子地址做写操作。对于获取 寄存器数据，需要用到1 2 c 读操作，首先送出芯片地址+ 写操作位( w ) ， 再送出寄存器的子地址，然后再送出芯片地址+ 读操作位( r ) ，最后读取 并返回寄存器数据，其访问数据格式如图4 1 l 和4 12 所示哺j ： s a r t a c k n o w l e a d g ea c k n q w l e a d g es ? p s 陋片地址i w l ai 内部地址l a lsl 芯片地址lrla i 读取数据lnl p 图4 1 1 读寄存器数据时的1 2 c 数据格式 s 眇a c k n 9 w l e a d g ea c k n 9 w l e a d g es o p s1 il joi o j0j oiojwjaj xixjxjxjxj xi xjxja 鳞p a 黔s 鲰l c t u 垮。： p 内寄存器地址 入寄存器的数 图4 1 2 写寄存器时的1 2 c 数据格式 由上图我们可以看出，1 2 c 是以8 位一字节为传输单位，每传完一个 字节后，r f 芯片给主控一个应答信号“a ”，再开始下字节的传输。每 一次传输动作都必须有起始条件和停止条件。 3 ) 应答信号 为了完成1 个字节的传输操作，接收器应该在接收完1 个字节之后发 送a c k 位到发送器，告诉发送器，已经收到了这个字节。a c k 脉冲信号 在s c l 线上第9 个时钟处发出( 前面8 个时钟完成1 个字节的数据传输， s c l 上的时钟都是由主控器件产生的) 。当发送器要接收a c k 脉冲时，应 该释放s d a 信号线，也就是将s d a 置高。接收器在接收完前面8 位数据 后，将s d a 拉低。发送器探测到s d a 为低，就认为接收器成功接收了前 面的8 位数据。 3 9 重庆邮电大学硕士论文 第四章d a b 接收终端的软件设计 4 5 2 程序设计 r f 控制模块的程序设计包括1 2 c 接口程序、r f 模块初始化程序、自 动搜台与人工搜台程序。 1 2 c 接口程序的功能是按照1 2 c 时序要求( 见图4 1o ) 发送规定数据格 式( 见图4 12 ) 的r f 寄存器控制字。 自动搜台程序的功能是对d a b 可能的发射频率进行自动搜索，本设 计将d a b 所有可能的发射频率逐一计算获取所对应的r f 寄存器设置参 数，然后通过m c u 依次设置r f 寄存器设置参数到相应d a b 频率，通过 读取基带芯片的c r c 校验结果判断该频率有无节目并将有效频率信息保 存。而人工选台程序则是用户设置r f 为某一预知有效的接收频率。 4 6 其它模块 f m 模块和d a c 模块的数据接口采用了与r f 模块相同的1 2 c 接口， 在硬件上它们复用相同的2 个i o ，同时共用相同的接口程序，只是调用 接口程序时入口参数不同，以其器件i d 区分。f m 模块完成了对f m 的手 动和自动搜台功能，d a c 模块完成了音量大小控制。 本设计中的节目信息存储模块和o l e d 显示模块都采用了s p i 接口， 在硬件上通过接m c u 上不同的片选( n p s s ) 引脚实现s p i 接口的复用。 o l e d 显示模块可实现4 16 英文字符和4 8 中文字符的任意位置显示， 卷动显示、休眠等控制功能。 节目信息存储模块主要通过对f l a s h 的数据读写来实现，其功能是 将中英文字库，节目相关的说明信息以及用户的一些操作习惯信息( 如用 户喜欢的节目、节目列表、上次关机时用户选择的节目等信息) 保存以供 m m i 程序调用。 键盘输入模块通过采用m c u 提供的i o 中断啊应扫描的方式设计， 当用户按下按键时，m c u 首先产生中断信号，同时调用键盘中断处理程 序，然后发送扫描信号，对用户按下的按键进行识别。 重庆邮电大学硕士论文 第五章测试平台及功能验证 第五章测试平台及功能验证 本章首先介绍实验室环境下的d a b 发射平台，d a b 发射平台是实验 可以顺利进行的重要保障。然后详细介绍了f i c 在p c 上的验证方法和结 果，r f 模块以及其它模块的调试方法，从接收机便携性、生产成本、性 能以及批量生产的角度提出了接收机p c b 板优化设计，最后分别给出了 d a b d m b 整机的现场测试结果。 5 1 实验室d a b d m b 信号发射平台 目前，广东珠江三角洲、北京、上海以及大连等地区都有d a b d m b 广播，本课题的大部分实验在重庆进行，但重庆还没有开通d a b d m b 广 播，这给d a b d m b 接收终端测试和各项功能验证带来了很大麻烦。为了 能使课题的正常进行，以及更好的全面测试d a b d m b 接收终端，购买了 d a b 信号发生器，并利用实验室现有的资源搭建了一个d a b d m b 信号源 发射平台，发射平台的硬件组成如图5 1 ，5 2 所示： 图5 2d a b 信号发射平台实物图 4 l 重庆邮电大学硕十论文 第五章测试平台及功能验证 5 2d a b 信号发射平台工作原理 首先将录制的d a b 音频节目和d m b 视频节目业务，以及相应的f i c ( 快速信息信道) 信息存入p c ( 这些录制的信息主要是北京d a b 广播和 英国b b cd a b 广播数据) ，将这些信息在p c 中按照d a b 相关协议( e t s 3 0 07 9 9 ) 用软件实现节目信号的合成。然后再分解成业务，对分解后的 业务成分，依次进行能量加扰、信道编码和时间交织，形成业务复合。f i c 信息只进行能量加扰和信道编码，不经过时间交织，形成f i b ( 快速信息 块) 。将以上两部分再加同步数据形成传输帧复合信号。然后对传输帧复 合信号进行符号划分和频率交织，最后进行差分调制。然后通过u s b 线输 出，送入f p g a 编码开发板。 f p g a 开发板主要用来完成c o f d m 的编码工作，输入信号经过一个 i f f t ，将信号分成i 、q 分量，输出到下一级d a b 信号发生器。发射平台 中所使用的f p g a 开发板是a l t e r a 公司的c y c l o n e j ie p 2 c 2 0 开发板。 d a b 信号发生器采用的是韩国金进公司的d m b 一1 5 0 5 数字音频广播 信号发生器。d m b l5 0 5 为一款高性能的同步信号发生器，可将o f d m 信 号转化为适合欧洲音频广播标准的信号发生器，其频率范围为b a n di i ( 8 7 5 1 0 8 m h z ) 、b a n d ( 17 5 2 5 0 m h z ) 和lb a n d ( 1 4 5 2 1 4 9 2 m h z ) 波段，输出电平为1o d b m 1 2 0 d b m ，可贮存2 0 个信号。本试验平台从 f p g a 开发板输出的i 、q 分量输入到d a b 信号发射器，通过d a b 信号发 射器实现基带信号的搬移，可以搬移到指定的频点。 以上的工作在本实验室建立了一个小型的d a b 发射系统，相当于在 实验室复制了一个“北京台 ，可以进行d a b d m b 接收机的调试、测试 和演示。 5 3 各功能模块测试 5 3 1f i c 解码模块的测试 将现场接收到的d a b 数据作为测试矢量，通过人工对其进行分析， 与解码模块的解码结果进行对比，以验证解码的正确性。 参照m c u 的程序结构，搭建基于p c 的解码模块测试平台，为能够方 便的得到f i c 中的控制信息，用建立一个结构型数组的方式开辟一个全局 4 2 重庆邮电大学硕士论文 第五章测试平台及功能验证 的b u f f e r 用来存放f i c 中的这些控制信息，此数组定义如下： s t r u c ti n f g r o u p i n ts i d ； c h a rt m i d ； i n ts c i d ； c h a rs u b c h i d ； i n tp a c k e t a d d r