dsp实验报告-信号的调制与解调-课程设计

DSP课程设计实验报告信号的调制与解调院（系）设计人员学号设计人员学号成绩工程设计50报告20答辩30总分评语指导教师签字日期目录一、设计任务书3二、设计内容3三、设计方案、算法原理说明3四、程序设计、调试与结果分析4五、设计（安装）与调试的体会17六、参考文献181设计任务书使用DSP产生调幅波和调频波。调制信号从MIC音频输入接口输入，频率小于1000HZ；载频由DSP程序内部产生，频率在40008000HZ之间，调幅信号的调制度为50。发挥部分使用DSP对所产生的调幅及调频信号进行解调，并通过SPEAKER音频输出接口输出解调后的信号。2设计内容（1）编写C语言程序，并在CCS集成开发环境下调试通过。（2）实现设计所要求的各项功能。（3）按要求撰写设计报告。3设计方案、算法原理说明模拟模拟幅度调制（AM）的实质是频谱搬移。输出已调调幅信号的时域一般表示式为AM载波产生方法正弦函数可以展开成泰勒级数。取泰勒级数的前N项，得近似计算式AM调制部分如图31。981765413297SI22253XXX图31AM解调部分如图32。图32图33为AM的MATLAB仿真。0100200300400500600700101余余余余0100200300400500600700202余余余余010020030040050060070010010余余余余010020030040050060070020020余余余余余余010020030040050060070010010余余余余图33如果载波的瞬时频率偏移随调制信号FT成线性变化，则为频率调制。调频信号表示式COS00TFMFMDTFKTAF其瞬时频率为，其中CTFKTFMCFM是未调载波的标称角频率，FT是调制信号，系数KFM称为频偏常数。上图为FM解调流程图。图35为FM的MATLAB仿真。设，由三角公式可得COSTTSINTFCC所以，可以看成是的同相分量，OSTXIF，可以看成是的正交分量。INTQT则FM解调为11NXARCTGNXARCTGTNFIQIQ在利用相位差分计算瞬时频率，由于计算要进行除法和反正切运算，这对于非专用数字处理器来说是复杂的，当比较小时，也可以用下TF面的方法来计算瞬时频率11XXTFQIQI0020406081121416182101余余余余0020406081121416182505余余余余0020406081121416182505余余余余图344程序设计、调试与结果分析本次课程设计主要完成了对AM与FM两种调制解调的实现，其中AM解调尝试了相干解调和正交解调进行对比。载波的实现分别进行了查表法和积算法比较，查表法载波数据和滤波器的设计参数都由MATLAB进行计算得出。411AM的调制根据已知AM输出已调调幅信号的时域一般表示式为首先使用MATLAB计算产生了256点正弦和余弦表，导入CCS仿真程序中,然后使用查表法产生合适频率的载波,并通过观测虚拟示波器,发现当查表取点间隔为32时,输出频率4005HZ的载波波形最佳。MATLAB余弦载波数据的计算方法如下X01255YCOS2PI/256X1215YFINDY256KK256在DMA接收数据完毕，触发中断，进入COPYDATA子函数，通过调节载波幅值与输入信号的音量大小使得输出良好的调制信号。使用虚拟示波器信号源输入一个低频正弦（或三角、方波）信号，观测得到调制信号如图41，图42。图41虚拟示波器（时域）载波4005HZ，调制信号100HZ正弦图42虚拟示波器（时域）载波4005HZ，调制信号100HZ三角在仿真调试中，查看调制信号输出，进入VIEWGRAPH，配置信息如图43图43点击OK即可查看仿真调制信号输出，如图44图44412利用DMA实时解调AM信号首先我们考虑的是让调制信号直接乘上同频率载波信号，然后通过低通滤波器实现解调，如图45，解调效果较为理想，不过需要处理好载波信号与调制信号的相位差问题，若调制信号的相位差出现周期性变化时，会导致解调的输出幅值发生变化。所以我们通过发送调制波的同时在另一个声道发送载波，使得载波和调制波有相同的相位变化。使用计算机自带播放软件播放录制的调制信号，如图46相干解调的程序如下VOIDCOPYDATAINT16INBUF,INT16OUTBUF,INT16LENGTHINT16I0,K0FLOATTEMPT0,TEMPT10FORI0I256KK256FIRBUFFER3,HU,BUFFER5,DBPTR,BUFFSIZE/2,NHFORI0I256KK256FIRBUFFER2,HU,BUFFER4,DBPTR,BUFFSIZE/2,NHFIRBUFFER3,HU,BUFFER5,DBPTR,BUFFSIZE/2,NHFORI0I256KK256程序的K即对应N，改变K的取值间隔就可以控制输出余弦信号的频率。如本题中KK32即，每隔32个点取一个点，则每个周期（256个点）中取8个点，所以余弦信号的频率为32000/84000HZ。如果加入TEMPT就可以改变频率大小，达到调频的目的。TEMPFFTEMPFSSO25682563与对比发现实质相同。TFKTFMCFM如下图410是虚拟示波器输出调制结果载波为4005HZ，调制信号为200HZ正弦。如图411是仿真输出调制结果。图410图411422FM的解调根据前面介绍过的FM解调原理，用下面的方法来计算瞬时频率11TXTXTFQIQI但是在实际解调中没有得到理想的波形，失真比较严重。用于FM解调程序如下VOIDCOPYDATAINT16INBUF,INT16OUTBUF,INT16LENGTHINT16I0,K0FLOATTEMPT0,TEMPT10,TEMPT20FORI0I256KK256FIRBUFFER2,DAITONG,BUFFER4,DBPTR,BUFFSIZE/2,NHFIRBUFFER3,DAITONG,BUFFER5,DBPTR,BUFFSIZE/2,NHFORI1ILENGTH/2ITEMPTBUFFER4I1BUFFER5ITEMPT1BUFFER4IBUFFER5I1TEMPT2TEMPTTEMPT1BUFFER6ITEMPT2OUTBUF2IBUFFER6IOUTBUF2I1BUFFER6IFIRBUFFER6,DITONG,BUFFER7,DBPTR,BUFFSIZE/2,NHFORI1ILENGTH/2IOUTBUF2IBUFFER7IOUTBUF2I1BUFFER7I解调后虚拟示波器显示时域不规则波形如图412，但是频率稳定在193HZ，低频分量较多如图413图412图41343滤波器的设计与产生MATLAB中自带滤波器设计工具想FDATOOL，可以为我们想要得到的滤波器提供参数支持。具体操作是在MATLAB命令窗口键入FDATOOL，然后弹出设计滤波器的工具菜单，供我们选择滤波器的类型，阶数，截频等等。如下图414所示图414是利用KAISER窗函数法设计的FIR滤波器，截频为1000HZ、抽样率为48000HZ，阶数为30。提取数据类型为“SIGNED16BITINTEGER”，是为了与CCS中的数据类型想匹配，如图415。同理可设计其他类型的滤波器。图4155设计（安装）与调试的体会在最初课程设计题目选择的时候，通过对AM，FM的学习，感觉信号的调试和解调仿佛并不会太难。但是在实践的过程中却没有那么一帆风顺。我主要负责AM的调制与解调部分。首先需要解决的是信号传输的问题，在这部分我们先尝试使用了CODECMCBSP，但是后来因为传输速度及需要实时滤波的关系，改换成DMA的数据传输方式。在能够进行正常的信号输入及输出后，我们开始调试载波的输出，为了产生一个40008000HZ的稳定正弦和余弦信号，先后分别使用了计算法和查表法，通过对比发现对于高频信号的产生，当丰富查表点数后，查表法输出波形更加稳定出色，所以我学习使用MATLAB制作了256点的余弦表和正弦表。对于AM的调制进行的较为顺利，但是进行到解调部分遇到了困难，首先是对于AM解调方法的选择，我们首先实验了正交解调法，通过对该方法的学习，编写了相关程序，却无法输出波形，在仿真的图像观察窗中也没有输出，通过数据观察窗对解调中的每一个数组逐一检查，发现是因为数组数据类型的问题，导致在运算过程中发生了数据溢出和计算精度降低。通过添加中间变量并改写数据类型，最终解决了这个问题。但是因为正交解调法中部分运算子函数占用CPU指令周期过长，虽然仿真可以输出正确的解调波形，却无法让虚拟示波器得到输出。于是改用了第二种相干解调法，有了之前的经验，在接下来的程序编写中较为顺利，可是解调波形却差强人意，在多天的调试下，发现计算机输出音量控制非常重要，通过反复调节波形音量和麦克风音量，然后结合程序中参数的改写，最终顺利解调出AM波形。我在此次课程设计中收获很大，在十来天的课题研究中学习到了许多第一细节决定成败，往往一个设计中，或许只是一个数据类型的错误就导致了整个输出的异常。也可能是音量或者输出信号幅值的调节不够精确，导致输出波形不够理想。第二耐心是成功的关键，这十几天的实验室课程学习中，碰到过各种问题，会感到无从下手，心烦气躁。但是只有静下心来，耐心的分析程序，仔细的逐一调试各个参数，不断的排除错误，才能够成功。第三他山之石可以攻玉，同在一个实验室学习的其他同学，都会有各自的想法值得我们学习，在互相交流的过程中我们会发现自己的不足，并且少走很多弯路。AM与FM的调制与解调在理论上都比较简单，但实践起来却困难重重。我主要负责FM的调制与解调部分。开始时用到泰勒级数来计算并输出载波。在得到完整的波形之前一直认为泰勒级数的精确度不够，多次尝试之后的巧合的输出了一个完整的波形，但是最高频率在400HZ左右就不行了，此时增加或减少泰勒级数都没办法得到改善。所以推测由于计算法耗时长，限制载频无法达到40008000HZ。之后才改做查表法。查表法做得比较顺利，但是FM的解调一直没有做出来。通过本次的实验有几点很深的感触第一，做研究要耐得住性子。在实验室10天左右的时间，大部分都是在调试软件，很有可能一整天都没有什么进展，只是更加熟悉软件的一些操作而已。由于对软件和硬件都没有足够的认识，每天的任务基本上也是单调的，不断地“RELOAD”和调整音量大小应该是频率最高的动作了。但是我们一定要欣然接受，因为这样我们至少知道怎样做是错的。第二，要勤于思考和实践。在实验中最可怕的是没事可做，因为这样就真的是干耗时间了。所以我们得多思考，哪怕要改动的地方很不起眼或者没有足够的理论支持，我们都要尝试，这样就总有一种希望。第三，同学之间要相互合作。主要负责AM，而我主要负责FM。在各自解调的部分，我们调试的都很艰难。AM的解调是在出来