Bài tập Xử lý số - Bài 4: Thực hiện một số mạch điều chế trên KIT C6713DSK

 8 mức
Thực hiện lại tương tự như PAM 4 mức.
Mở Project PAM.pjt ở folder C:\Program Files\CCStudio_v3.1\MyProjects\PAM4
Sự khác biệt so với PAM 4 mức là mặt nạ, số bit dịch và bảng tra. Đối với PAM 8, bit có trọng số thấp nhất (LSB) của mẫu vào được loại bỏ để số bit còn lại (15) là bội của 3. Điều này gây tác động không đáng kể lên dạng sóng điều chế và dạng sóng khôi phục lại. Do đó số lần xuất ra ứng với mỗi mẫu là (15/3)x12 = 60.
Bảng tra 8 mức:
Khối ký hiệu
Mức điện áp (dạng số Hex)
Mức điện áp (dạng thập phân)
000
0x7FFF
32767
001
0x5B6D
23405
010
0x36DB
14043
011
0x 1249
4681
100
-0x1249
-4681
101
-0x36DB
-14043
110
-0x5B6D
-23405
111
-0x7FFF
-32767
Sửa lại tập tin PAM4.c như sau:
#include "DSK6713_aic23.h"
Uint32 fs=DSK6713_AIC23_FREQ_8KHZ;
#include 
//Initialization:
int i_PAM;
int j_PAM;
int k;
int masked_value, output;
int data_4PAM[8] = {0x7FFF, 0x5B6D, 0x36DB, 0x1249, -0x1249, -0x36DB, -0x5B6D, -0x7FFF}; 
int out_buffer[256];
int i=0;
interrupt void c_int11() //interrupt service routine
{
 int sample_data;
 if (i_PAM==60) //( 5 shifts x 12 repeated outputs = 60 samples) 
 {
 sample_data = input_sample(); //inputs data
 sample_data = sample_data >>1;
 i_PAM=0;
 j_PAM=0;
 }
 masked_value = sample_data & 0x0007;
 output = data_4PAM[masked_value]; 
 output_sample(output); 
 out_buffer[i++] = output;
 if (i==256) 
 i = 0; 
 j_PAM++; //repeated output counter 
 if (j_PAM==12) //checks if repetition is over
 {
 j_PAM=0; 
 sample_data = sample_data >> 3; 
 }
 i_PAM++;
 return;
}
void main()
{
 i_PAM=0;
 comm_intr(); //init DSK, codec, McBSP
 while(1); //infinite loop
}
Biên dịch & nạp chương trình lên kit & kiểm tra kết quả tương tự PAM 4
sample_data = 0x8D10 = 0b100 011 010 001 000 0
sample_data = 0x72EF = 0b011 100 101 110 111 1
sample_data = 0x3546 = 0b001 101 010 100 011 0
Nhận xét: Kết quả thu được phù hợp với lý thuyết.
Điều chế PAM 16 mức
Thực hiện lại tương tự như PAM 4 mức.
Mở Project PAM.pjt ở folder C:\Program Files\CCStudio_v3.1\MyProjects\PAM4
Điều chế PAM 16 mức, để biểu diễn cần 4 bit. Do đó mỗi mẫu ta có 4 symbol(16/4), số lần xuất ra ứng với mỗi mẫu là 4x12 = 48. Mặt nạ là 0x000F để lấy 4 bit LSB của mẫu dữ liệu.
Bảng tra 16 mức:
Khối ký hiệu
Mức điện áp (dạng số Hex)
Mức điện áp (dạng thập phân)
0000
0x7FFF
32767
0001
0x6EEE
28398
0010
0x 5DDD
24029
0011
0x4CCC
19660
0100
0x3BBB
15291
0101
0x2AAA
10922
0110
0x1999
6553
0111
0x0888
2184
1000
-0x0889
-2185
1001
-0x199A
-6554
1010
-0x2AAB
-10923
1011
-0x3BBC
-15292
1100
-0x4CCD
-19661
1101
-0x5DDE
-24030
1110
-0x6EEF
-28399
1111
-0x8000
-32768
Sửa lại tập tin PAM4.c như sau:
#include "DSK6713_aic23.h"
Uint32 fs=DSK6713_AIC23_FREQ_8KHZ;
#include 
//Initialization:
int i_PAM;
int j_PAM;
int k;
int masked_value, output;
int data_4PAM[16] = {0x7FFF, 0x6EEE, 0x5DDD, 0x4CCC, 0x3BBB, 0x2AAA, 0x1999, 0x0888, -0x0889, -0x199A, -0x2AAB, -0x3BBC, -0x4CCD, -0x5DDE, -0x6EEF, -0x8000}; 
int out_buffer[256];
int i=0;
interrupt void c_int11() //interrupt service routine
{
 int sample_data;
 if (i_PAM==48) // (4 shifts x 12 repeated outputs) 
 {
 sample_data = input_sample();
 i_PAM=0;
 j_PAM=0;
 }
 masked_value = sample_data & 0x000f; //masks input sample as 4-bit segments
 output = data_4PAM[masked_value]; 
 output_sample(output); 
 out_buffer[i++] = output;
 if (i==256) 
 i = 0; 
 j_PAM++; //repeated output counter 
 if (j_PAM==12) //checks if repetition is over
 {
 j_PAM=0; 
 sample_data = sample_data >> 4; //shifts input to mask next segment 
 }
 i_PAM++;
 return;
}
void main()
{
 i_PAM=0;
 comm_intr(); //init DSK, codec, McBSP
 while(1); //infinite loop
}
Biên dịch & nạp chương trình lên kit & kiểm tra kết quả tương tự PAM 4
sample_data = 0x3210 = 0b0011 0010 0001 0000
sample_data = 0xFEDC = 0b1111 1110 1101 1100
sample_data = 0x9687 = 0b1001 0110 1000 0111
Nhận xét: Kết quả thu được phù hợp với lý thuyết.
Thực hiện mạch điều chế PSK trên kit C6713 DSK
Giải thuật điều chế:
Mỗi mẫu vào được thu và lưu vào trong một vị trí nhớ, chứa 16 bits. Tùy theo kiểu điều chế PSK (2 hay 4 pha), một mặt nạ thích hợp được sử dụng. Đối với BPSK, mỗi giá trị vào được chia ra làm 16 phần, mỗi thành phần 1 bit; đối với QPSK, mẫu vào được chia thành 8 dibits (mỗi dibit gồm 2 bit). Việc này đạt được bằng cách áp mặt nạ tương ứng 0x0001 và 0x0003 lên mẫu vào. Sau đó, mẫu sẽ được dịch phải 1 bit (BPSK) hoặc 2 bit (QPSK) và lặp lại cho hết chiều dài mẫu vào.
Mỗi mẫu vào được biểu diễn bằng 16 bits. Mỗi mẫu sẽ gồm 16 đoạn (với BPSK) và 8 đoạn (với QPSK). Do mỗi ký hiệu được truyền bởi 1 hình sine tạo theo phương pháp số bằng 4 điểm, cứ mỗi 64 mẫu ra (với BPSK) hoặc 32 mẫu ra (với QPSK), một mẫu vào được lấy vào.
Điều chế BPSK
Cấp nguồn điện cho kit và chạy chương trình CCS trên máy tính.
Mở Project BPSK.pjt ở folder C:\Program Files\CCStudio_v3.1\MyProjects\BPSK
Trong cửa sổ File View, mở tập tin BPSK.c, nội dung tập tin này như sau:
//BPSK
#include "DSK6713_aic23.h"
Uint32 fs=DSK6713_AIC23_FREQ_8KHZ;
#include 
//Initialization:
int i_BPSK;
int j_BPSK;
int k;
int masked_value, output;
1
int out_buffer[256];
int i=0;
//Data table for BPSK 
int data_BPSK[2][4]={0, 1000, 0, -1000,	 //0 degree	
 0, -1000, 0, 1000}; //180 degree	
interrupt void c_int11() //interrupt service routine
2
{
	int sample_data;
	if (i_BPSK==64)	//determines when to get new input
	{
 sample_data = input_sample(); 	//inputs data
 i_BPSK=0;
4
3
 j_BPSK=0;
 }
 masked_value = sample_data & 0x0001;	//masks input sample as 1-bit segments
 output = data_BPSK[masked_value][j_BPSK];//gets corresponding level from table 
 output_sample(output*10);
 out_buffer[i++] = output*10;
 if (i==256) 
 	i = 0;	
 j_BPSK++;	//repeated output counter
5
 if (j_BPSK==4)	 	//checks if 1-bit segment was output	
 {
 	j_BPSK=0;	
 	sample_data = sample_data >> 1;	
 } 
 i_BPSK++;	
 	return;
}
2’’’’
void main()
{
	i_BPSK=64;
	j_BPSK=0;
	comm_intr();	//init DSK, codec, McBSP
	while(1);	//infinite loop
}
Giải thích code:
+ Hàm main() sẽ đặt 2 biến đếm i_BPSK = 64 và j_BPSK = 0, khởi động kit và bộ codec rồi chạy một vòng lặp vô tận. Khi có xung lấy mẫu, ngắt 11 được kích hoạt và trình phục vụ ngắt c_int11() được gọi.
+ Trình phục vụ ngắt sẽ đọc một mẫu dữ liệu ở ngõ vào. Mẫu này được biểu diễn bằng 16 bit. Khi điều chế BPSK, mỗi symbol chỉ gồm 1 bit (để phân biệt 2 pha 0o và 180o chỉ cần 1 bit), do đó, mẫu vào sẽ được chia ra làm 16 symbol bằng cách sử dụng mặt nạ 0x0001 để lấy bit LSB (ô chú thích số 4). Tùy bit này là 0 hay 1 mà xuất ra dạng sóng sine có pha tương ứng.
+ Trong chương trình trên, các giá trị được khai báo trong biến data_BPSK[2][4]. Đây la 1 mảng 2 chiều kích thước 2x4 thể hiện 2 dạng sóng sine: pha 0o là {0, 1000, 0, -1000} và pha 180o là {0, -1000, 0, 1000} (ô chú thích số1). Giá trị này thể hiện biên độ của sóng sine trong 1 chu kỳ, tại thời điểm 0,T/4, T/2,3T/4 (T là chu kỳ).
+ Sau khi xuất ra đủ 4 điểm, mẫu được dịch phải 1 bit (ô chú thích số 5) và lấy mặt nạ bit LSB. Lặp lại cho đến hết chiều dài mẫu.
+ Như vậy mỗi mẫu vào 16 bit có 16 symbol, mỗi symbol sẽ tạo ra 1 chu kỳ sóng sine gồm 4 điểm, do đó với mỗi mẫu vào, chương trình xuất ra 4x16 = 64 mẫu ra và biến đếm i_BPSK giúp xác định khi nào được phép lấy mẫu vào kế tiếp (ô chú thích số 2 & 2’).
Tương tự đối với PAM, sửa lệnh sample_data = input_sample() thành sample_data = 0x???? (một giá trị bất kỳ 16 bit dạng số hex) rồi biên dịch, nạp và chạy chương trình. Kiểm chứng kết quả thu được trên Plot của CCS.
Lưu ý: thông số lựa chọn cho việc thể hiện dạng sóng như sau:
sample_data = 0x0F0F = 0b0000 1111 0000 1111
	đảo pha	đảo pha	đảo pha
sample_data = 0x5555 = 0b0101 0101 0101 0101
0 & 1 hoán đổi liên tục nên pha sẽ đảo liên tục từ phải sang trái như hình sau:
sample_data = 0x9999 = 0b1001 1001 1001 1001
Lý giải kết quả tương tự, ta có hình sau:
Điều chế QPSK
Thực hiện hoàn toàn tương tự điều chế BPSK.
Điều chế QPSK cần 4 pha: 0o, 90o, 180o, 270o nên cần khai báo 1 mảng 4x4: 4 sóng sine lệch pha nhau 90o, mỗi sóng có 4 điểm. Số mẫu ra cho QPSK là 4x8 = 32. Mặt nạ thích hợp để lấy 2 bit (biểu diễn 4 trạng thái) 0x0003, mỗi lần dịch 2 bit.
Do đó sửa lại tập tin BPSK.c như sau :
#include "DSK6713_aic23.h"
Uint32 fs=DSK6713_AIC23_FREQ_8KHZ;
#include 
//Initialization:
int i_BPSK;
int j_BPSK;
int k;
int masked_value, output;
int out_buffer[256];
int i=0;
int data_QPSK[4][4]={0, 1000, 0, -1000, //0 degree
 1000, 0, -1000, 0, //90 degree
 0, -1000, 0, 1000, //180 degree 
 -1000, 0, 1000, 0}; //270 degree
interrupt void c_int11() //interrupt service routine
{
 int sample_data;
 if (i_BPSK==32) //determines when to get new input
 {
 sample_data = input_sample(); //inputs data
 i_BPSK=0;
 j_BPSK=0;
 }
 masked_value = sample_data & 0x0003;
 output = data_QPSK[masked_value][j_BPSK]; 
 output_sample(output*10);
 out_buffer[i++] = output*10;
 if (i==256) 
 i = 0; 
 j_BPSK++; //repeated output counter
 if (j_BPSK==4) //checks if 1-bit segment was output 
 {
 j_BPSK=0; 
 sample_data = sample_data >> 2; 
 } 
 i_BPSK++; 
 return;
}
void main()
{
 i_BPSK=32;
 j_BPSK=0;
 comm_intr(); //init DSK, codec, McBSP
 while(1); //infinite loop
}
Sửa lệnh sample_data = input_sample() thành sample_data = 0x???? (một giá trị bất kỳ 16 bit dạng số hex) rồi biên dịch, nạp và chạy chương trình. Kiểm chứng kết quả thu được trên Plot của CCS.
sample_data = 0x00E4 = 0x00 00 00 00 11 10 01 00
	 0o	270o	180o	90o	0o
sample_data = 0xE4FF = 0x11 10 01 00 11 11 11 11
	270o	180o	90o	0o	270o
sample_data = 0x1BE4 = 0b00 01 10 11 11 10 01 00
	0o	90o	180o	270o	270o	180o	90o	0o
Nhận xét: Kết quả thu được chưa đáp ứng được thực hiện theo mã Gray để giảm cực tiểu lỗi do nhiễu trong quá trình truyền. Khi đó pha 270o ứng với 10 và 180o ứng với 11. Cần điều chỉnh lại code điều chế.