現(xiàn)代的電話基本都有來電顯示，而來電顯示并非電話必須具備的功能，它作為附加功能有償提供給用戶。隨著集成電路和DSP的飛速發(fā)展，利用DSP實現(xiàn)來電顯示具有成本低、可靠性高、軟硬件設計簡單、可維護性強等特點。

　　1 基本原理及算法設計

　　v.23的波特率為1200Baud，調制方式為2FSK，發(fā)送“1”時載波頻率為F1=1300Hz，發(fā)送“0”時載波頻率為F0=2100Hz。采用FSK調制方式的主要優(yōu)點是：①無需載波恢復，大大降低了系統(tǒng)復雜度。②對幅度的非線性抗干擾能力強。因為FSK信號為恒包絡信號，其信息完全包含在信號的過零點上，所以比起AM信號，其對幅度非線性抗干擾能力要強。③調制解調易用軟硬件實現(xiàn)，簡單易懂。其的缺點就是頻率利用率低。因為電話的頻帶范圍為300～3400Hz，因此利用FSK調制方式僅適用于中低速通信。由于v.23波特率為1200Baud，采用2FSK調制方式，所以其比特率為1200bps，但完全可選用于來電顯示。

　　為了以下敘述方便，在此先給出FSK系統(tǒng)的原理框圖，如圖1所示。

　　整個系統(tǒng)的是FSK的算法設計。從圖1可以看出，關鍵幾步為：①調制，即如何實現(xiàn)任意頻率的正弦波發(fā)生器。②濾波器設計包括發(fā)送濾波器和接收端的低通濾波器。這一步相對來說比較簡單，可以利用MATLAB軟件來計算其系數(shù)，只要給出要求的截止頻率等參數(shù)即可，這大大減輕了我們的工作。③解調方法使用延遲相乘法，其延遲步數(shù)k的選擇是整個系統(tǒng)的關鍵。④同步可使用鎖相環(huán)來實現(xiàn)，這可以參考大多數(shù)文獻的鎖相環(huán)實現(xiàn)方法。為此，在討論中我們著重突出第①、③兩步。

　　1.1 調制部分

　　調制就是把數(shù)字信號變成適合于信道傳輸?shù)恼也āＴ诖死貌楸矸╗2]來產生正弦波。因為TMS320C5402中包含一個N=256點的Q15正弦表。相位Ψi在[0,2π]上均勻分布：Ψi=2iπ/N i∈[0,N-1]。假設sin_addr為正弦表首地址，則sin（Ψi）的地址是sin）addr+i。

　　調制信號可表示為：x（t）=Asin（2πFt）=Asin（φ（t）），F(xiàn)={F0,F1}。設Te為抽樣間隔，則當t=nTe時，φ（nTe）=φn=2πFnTe=φn-1+2πFTe

　　φn=（φn-1+ΔφF）MOD2π

　　ΔφF=2πFTe≤π （由仙農定理知：1/Te≥2F）

　　φn的取模可利用二進制補碼的循環(huán)性實現(xiàn)。在程序中，φn以16位有符號整數(shù)In表示：In=2 15φn/π-2 15。例如，當φn=0時，In=-2 15；當φn=π時，In=0；當φn=2π時，In=2 15，超出了表示范圍，變成-2 15,這樣便起到了取模的作用。

　　由In確定i方法為：i=In/（2 16/N）+N/2，其中2 16/N為正弦表相鄰兩點的相位差值，相應的ΔI=2 15ΔφF/π2 16FT。

　　假設幅度誤差為dx，則AsinΔφF<2dx

　　Asin（2π/N）<2dx

　　A2π/N<2dx即N>Aπ/dx

　　這就是對正弦表大小的要求。反過來，如果給定N，則對信號幅度提出了限定。

　　對于v.23，比特率為1200bps，而采樣率一般為8000Hz，每個比特的采樣點數(shù)為8000/1200=20/3，不為整數(shù)。為了處理方便，調制時可以提高采樣率使其為24kbps，則每個比特采樣點數(shù)為20。但注意，發(fā)送到線路上的信號采樣率仍為8000Hz，可用程序的簡單循環(huán)控制實現(xiàn)。按照這種處理辦法，當發(fā)送比特“1”時，ΔI=2 16F1Te=2 16×1300×1/（8000×3）=3550；當發(fā)送比特“0”時，ΔI=2 16F0Te=2 16×2100×1/（8000×3）=5734。

　　1.2 解調部分

　　在圖1中，k一定要小于每個比特的采樣數(shù)，此例k<6。假設接收到的樣值s（n）和s（n-k）屬于同一個比特，則：

　　v（n）=s（n）s（n-k）=A2sin（2πFnTe）sin（2πF（n-k）Te）

　　=A2/2[cos（2πFkTe]-cos（4πFnTe-2πFkTe）

　　通過低通濾波器后，r（n）=A 2/2cos（2πFkTe）F={F0,F1}

　　由此可見，r（n）為常數(shù)，A 2/2cos（2πFkTe）或A 2/2cos（2πF1kTe），僅依賴于發(fā)送比特是“0”還是“1”。

　　k的選擇應使d（k）=|cos（2πF0kTe）-cos（2πF1kTe）|。在此方案中，k=4。

　　由于v.23的比特率為1200bps，因此低通濾波器fcutoff=1200Hz。

　　2 DSP設計

　　TMS320C5402是一款高性價比的數(shù)字信號處理器[3～4]。片上有可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和塊切換寄存器、兩個多通道增強型緩沖串口（McBsp）、一個增強型的8位并行主機接口（HPI8）、兩個16位定時器、一個六通道DMA控制器。TMS320C5402還有4K×16bit片上ROM和4K×16bit片上RAM，可尋址1M×16bit的存儲空間。片上ROM的保留區(qū)域對用戶來說是不可用的，原因是用戶無法寫入數(shù)據(jù)。片上ROM包括為Bootloader保留的區(qū)域及A律表、μ律表、sin表和中斷向量表。TMS320C5402有內部振蕩器構成的內部時鐘源和鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器構成的外部時鐘源。

　　系統(tǒng)初始化工作頻率為100MHz，對片上存儲器訪問無需等待狀態(tài)，訪問外部I/O空間設為兩個等待狀態(tài)。

　　在本系統(tǒng)中，采用McBsp0、DMA0、DMA4。DMA0的同步事件為McBsp0的接收事件REVT0；源地址指向DRR，并固定不變；目的地址指向DMA接收緩沖區(qū)，每次自增1；采用ABU模式實現(xiàn)雙緩沖，DMA0接收緩沖區(qū)半滿或全滿時發(fā)生中斷；中斷服務子程序對其中剛引起中斷的那一半數(shù)據(jù)進行解調，而此時接收的數(shù)據(jù)順序放到另一半。為了節(jié)省存儲空間，串口不對接收數(shù)據(jù)進行擴張，而在程序中進行軟件擴張。DMA4的同步事件為McBsp0的發(fā)送事件XEVT0；源地址指向DMA發(fā)送緩沖區(qū)，每次自增1；目的地址指向DXR，并固定不變；采用ABU模式實現(xiàn)雙緩沖；DMA發(fā)送緩沖區(qū)半滿或全滿時發(fā)生中斷，中斷服務子程序發(fā)送剛引起中斷的那一半數(shù)據(jù)，而此時正在調制的數(shù)據(jù)順序放到另一半。因為線路上一般傳送的是A律數(shù)據(jù)，因此發(fā)送時要在串口中進行硬件壓縮。

　　經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn)，采用C語言編程，TMS320C5402至少到以實現(xiàn)16路全雙工來電顯示，因此McBsp0應設置為：接收數(shù)據(jù)格式為每幀8字，每字16位（表示16路A律數(shù)據(jù)）；發(fā)送數(shù)據(jù)格式為每幀16字，每字16位。為了減少串口錯誤指定由RSYNCERR和XSYNCERR產生RINT和XINT。

　　另外還需注意，為了實現(xiàn)字同步，異步傳輸時首先對發(fā)送數(shù)據(jù)的每個字節(jié)加上起始位“0”和停止位“1”，解調手應去掉相應的起始位和停止位。在發(fā)送過程中，如果沒有待發(fā)數(shù)據(jù)，可以發(fā)送停止位（即頻率為F1的載波）或靜音（樣值為0）。

　　利用TMS320C5402實現(xiàn)符合v.23建議的16路全雙工來電顯示，其原理簡單，易實現(xiàn)，但是抗干擾性較差。由于DTMF的某些頻率與v.23碼的載波頻率非常接近，如果混有DTMF碼，也可解出少量的DTMF碼。為了排除此類錯誤，需要加上增益控制、帶通濾波等，這使得設計變得復雜。實踐中，此類錯誤較少，除非特別要求，否則不必理會。

　　為了進一步提高，可以用長整數(shù)表示相位，還可采用重采樣技術及局部FFT等技術[5]或者改進解調方法可實現(xiàn)高檢測。

　　系統(tǒng)在深圳市鼎銘電子有限公司開發(fā)成功，現(xiàn)已投入使用。

　　參考文獻

　　1 ITU-T Recommendation V.23.ITU,1993

　　2 Teaching DSP through the Practical Case Study of an FSK Modem,spra347. Texas Instruments,1996

　　3 TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1: CPU and Peripherals, spru131. Texas Instruments,1999

　　4 TMS320C54x DSP Reference Set Volume 5: Enhanced Peripherals, spru302. Texas Instruments,1999

　　5 ROM datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ROM_1188413.html.

　　6 ABU datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ABU_2278676.html.