基于MATLAB的数字基带调制课程设计报告 精品.docx
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基于MATLAB的数字基带调制课程设计报告精品
吉林工程技术师范学院
信息工程学院
《嵌入式系统设计》
课程设计报告
题目：
基于MATLAB的数字基带调制
专业：
电子信息工程
班级：
电信1041
姓名：
学号：
指导教师：
时间：
2013/12/16—2013/12/27
第一章绪论
1.1嵌入式系统
嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不能称之为计算机的设备或器材。
它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。
简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。
嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。
嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上PDA、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。
嵌入式系统的硬件部分，包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。
嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多使用EPROM、EEPROM或闪存（FlashMemory）作为存储介质。
软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。
应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。
其的核心是嵌入式微处理器。
1.2嵌入式处理器
嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。
嵌入式处理器一般就具备以下4个特点：
（1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时操作系统的执行时间减少到最低限度。
（2）具有功能很强的存储区保护功能。
这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
（3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
（4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。
1.3ARM微处理器简介
ARM（AdvancedRISCMachines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。
1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。
目前，采用ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市
场，基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARM技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。
1.4电子黑板的概念
电子黑板是教师进行课堂辅助教学的场所，是对传统黑板的一个延伸和补充。
传统的黑板是以黑板为场所，通过使用板书、挂图、标记等教学元素引导学生的学习。
电子黑板提可以对标准的针对课程而设计的教学素材进行快速地组织，摆放到电子黑板上，达到课件知识的呈现，并可以对这些素材根据教学的需要进行进一步的调整、标记等，增强与学生交互学习的效果，借助背景、音乐、时钟营造良好的教学场景和氛围。
第二章系统开发环境
2.1ADS1.2软件
ARMADS全称为ARMDeveloperSuite，是ARM公司推出的新一代ARM集成开发工具。
现在ADS的最新版本是1.2,它取代了早期的ADS1.1和ADS1.0。
它除了可以安装在WindowsNT4,Windows98和Windows95操作系统下,还支持WindowsXP和WindowsMe操作系统。
ADS由命令行开发工具,ARM时实库,GUI开发环境（CodeWarrior和AXD）,实用程序和支持软件组成。
现在重点介绍GUI开发环境（CodeWarrior和AXD）。
CodeWarriorforARM是一套完整的集成开发工具,充分发挥了ARMRISC的优势,使产品开发人员能够很好的应用尖端的片上系统技术。
该工具是专为基于ARMRISC的处理器而设计的，这可加速并简化嵌入式开发过程中的每一个环节,便得开发人员只需要通过一个集成软件开发环境就能研制出ARM产品,在整个开发周期中,开发人员无霜离开CodeWarrior开发环境,因此节省了在操做工具上花的时间,使得开发人员有更多的精力投入到代码编写上来。
2.2JTAG仿真器介绍
JTAG,英文名为JointTestActionGroup，即为联合测试行动组，它是一种边界扫描标准，由于集成电路的集成度不断提高，芯片的引脚不断增加，常规的在线仿真方式已经不能满足需要，而JTAG只需要5根引脚就可以实现在线仿真的功能，该标准被批准为IEEE-1149.1标准，它不但能测试各种集成电路芯片，也能测试芯片内各类宏单元，还能测试相应的印刷电路板。
而且JTAG仿真器比较便宜，连接比较方便，通过现有的JTAG边界扫描口与ARMCPU核通信，属于完全非插入式（即不使用片上资源）调试，它无需目标存储器，不占用目标系统的任何端口，而这些是驻留监控软件所必需的。
另外，由于JTAG调试的目标程序是在目标板上执行，仿真更接近于目标硬件，因此，许多接口问题，如高频操作限制、AC和DC参数不匹配，电线长度的限制等被最小化了。
使用集成开发环境配合JTAG仿真器进行开发是目前采用最多的一种调试方式。
我们采用的JTAG电路如图2-7所示。
在图中，JTAG接口U8上的信号nTRST连接到S3C2410A芯片的TRST引脚，达到控制S3C2410A内部JTAG接口电路复位的目的。
根据S3C2410A数据手册中说明，Ntrst、TDI、TMS和TCK引脚上需要连接一个10K
的上拉电阻。
图2-1JTAG的电路图
2.3JTAG仿真器设置
首先点击桌面图标
如图2-8所示.然后将会弹出如图2-9对话框,
图2-8JTAG快捷连接图
图2-9H-JTAG图
如果此时没有连接好实验箱与仿真器,点击检查标志时,将会弹出如图2-10所示对话框,如果连接无误,将会弹出如图2-11对话框,表明连接到的处理器的内核及型号.
图2-10H-JTAG错误提示框
图2-11H-JTAG连接正确提示框
第三章系统设计选型
3.1ARM处理器选型
如前文所述ARM微处理器目前包括下面ARM7,ARM9,ARM9E,ARM10E,
SecurCore,Xscale,StrongARM等几个系列.鉴于当前电子市场上的情况,在此我主要讨论一下ARM7与ARM9这两种主流处理器的特点及应用领域。
ARM7系列微处理器的主要应用领域为：
工业控制、Internet设备、网络和调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。
ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：
ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。
其中，ARM7TMDI是目前使用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端ARM处理器核。
ARM9系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。
ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型.由此可见,ARM9对于Linux操作系统的支持性明显强于ARM7。
因此,本系统采用的核心微处理器是SAMSUNGS3C2410（以ARM920T为内核）。
3.2S3C2410概述
S3C2410是SAMSUNG公司推出的16/32位RISC处理器（ARM920内核），适用于手持设备、POS机、数字多媒体播放设备等等，具有低价格、低功耗、高性能小等特点。
为了降低整个系统的成本，S3C2410提供了一下丰富的内部设备：
分开的16KB的指令Cache和16KB数据Cache,MMU虚拟存储器管理,LCD控制器，支持NANDFlash系统引导，系统管理（片选逻辑和SDRAM控制器），3通道UART，4通道DMA，4通道PWM定时器，I/O端口，RTC，8通道10位ADC和触摸屏接口，IIC-BUS接口，USB主机，USB设备，SD主卡和MMC卡接口，2通道的SPI以及内部PLL时钟倍频器。
S3C2410采用了ARM920T内核，0.18um工艺的CMOS标准宏单元和存储单元。
它的低功耗、精简和出色的全静态设计特别适用于对成本和功耗敏感的应用。
同样它还采用了一种叫做AdvancedMicrocontrollerBusArchitecture（AMBA）新型总线结构。
S3C2410的显著特性是它的CPU核心，是一个由AdvancedRISC
Machines（ARM）有限公司设计的16/32位ARM920TRISC处理器。
ARM920T核由ARM9TDMI、存储管理单元（MMU）和高速缓存三部分组成。
其中，MMU可以管理虚拟内存。
ARM920T实现了MMU，AMBABUS和Harvard高速缓冲体系结构。
这一结构具有独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，每个都是由8字长的行构成。
ARM920T有两个内部协处理器：
CP14和CP15。
CP14用于调试控制，CP15用于存储系统控制以及测试控制。
在时钟方面S3C2410也有突出的特点，该芯片集成了一个具有日历功能的RTC和具有PLL（MPLL和UPLL）的芯片时钟发生器。
MPLL产生主时钟，能够使处理器工作频率高达203MHz。
这个频率能够使处理器轻松运行WindowsCE、Linux等操作系统以及进行较为复杂的处理信息。
UPLL产生实现主从USB功能时钟。
S3C2410的内部结构图如图3-1所示，
图3-1S3C2410内部结构图
在本系统设计过程中，我们主要用到了S3C2410A的处理器的最小系统，即时钟和电源管理、LCD控制器、A/D转换与触摸屏接口等，现对其做一介绍。
3.3S3C2410的时钟与电源管理
时钟和电源管理模块包括三部分：
时钟控制、USB控制和电源控制。
S3C24210中的时钟控制逻辑能够产生CPU所需的FCLK时钟信号、AHB
总线外围设备所需的HCLK时钟信号，以及APB总线外围设备所需的PCLK时钟信号。
S3C24210有两个锁相环PLL：
一个用于FCLK、HCLK和PCLK，另一个专门用于USB模块。
时钟控制逻辑可以在不需要PLL的情况下慢速时钟，并且可以通过软件来控制时钟与每一个外围模块是连接还是断开，从而降低功耗。
对于电源控制逻辑，S3C24210具有多种电源管理方案，从而使每个给定的任务都具有最优的功耗。
S3C24210中的电源管理模块可以激活4种模式：
正常模式、慢速模式、空闲模式和掉电模式。
其中,正常模式，即电源管理模块为CPU和S3C24210中的所有外围设备都提供时钟；慢速模式，又称无PLL模式，即不使用PLL；空闲模式，电源管理模块只断开CPU内核的时钟（FCLK），但仍为所有其他外围设备提供时钟；掉电模式，电源管理模块断开内部电源。
3.4S3C2410的I/O口管理
为了满足不同系统设计的需求，可以很容易地通过软件对这些I/O口进行配置。
每个引脚的功能必须在启动主程序之前进行定义。
如果一个引脚没有复用功能，那么它可以配置为I/O。
PORTA除了用作功能口，只作为输出口使用；其余的PORTB-PORTH都可以作为I\O使用。
在S3C24210中，大部分引脚都是复用的，所以需要对每一个引脚定义其功能。
为了使用I/O，首先也要定义引脚的功能。
配置这些端口，是通过设置一系列寄存器来实现的。
与配置I/O口相关的寄存器包括：
端口控制寄存器（GPACON-CPHCON）、端口数据寄存器（GPADAT-GPHDAT）、端口上拉寄存器（GPBUP-GPHUP）、杂项控制寄存器以及外部中断寄存器（EXTINTN）等。
所有GPIO寄存器的值在掉电模式下都会被保存。
端口控制寄存器用于定义每个引脚的功能。
如果GPF0-GPF7和GPG0-GPG7用作掉电模式下的唤醒信号，那么这些端口必须在中断模式下配置。
如果将端口配置为输出口，数据可以写入到端口数据寄存器的相应位；如果将端口配置为输入口，则可以从端口数据寄存器的相应位读出数据。
端口上拉寄存器用于控制每组端口的上拉电阻为禁止还是使能。
如果相应位设置为0，则表示该引脚的上拉电阻使能；为1，则表示上拉电阻禁止。
如果使能了端口上拉寄存器，则不论引脚配置为那种情况，上拉电阻都会起作用。
杂项控制寄存器用于控制数据端口的上拉电阻、高阻状态、USBPad和CLKOUT的选择。
24个外部中断通过不同的信号被请求。
EXTINTn寄存器用于配置这些信号对于外部中断请求采用的是低电平触发、高电平触发、下降沿触发、上升沿触发还是双边沿触发。
3.5S3C2410的触摸屏管理
S3C24210支持触摸屏接口，它由1个触摸屏面板、4个外部晶体管、1个外部电压源、信号AIN[7]和信号AIN[5]组成，如图3-2，触摸屏接口包含
图3-2ADC和触摸屏接口框图
1个外部晶体管控制逻辑和1个带有中断产生逻辑的ADC接口逻辑，它使用控制信号nYPON、YMON、nXPON和XMON控制并选择触摸屏面板，使用模拟信号AIN[7]和AIN[5]分别连接X方向和Y方向的外部晶体管。
图3-3所示，是触摸屏与CPU连接的一个实例。
XP与CPU的A[7]口相连，YP与CPU的A[5]
图3-3触摸屏与CPU连接电路
口相连。
当S3C24210A的nYPON、YMON、nXPON和XMON输出不同的电平时，外部晶体管的导通状态如表3-1所示：
表3-1外部晶体管的导通状态
YMON、nYPON、XMON、nXPON
结果
0110
与XP和XM相连的晶体管导通，X的位置通过A[7]输入
1001
与YP和YM相连的晶体管导通，Y的位置通过A[5]输入
触摸屏共有5种接口模式
（1）普通的A/D转换模式；
（2）X/Y位置分别转换模式，即由X位置转换模式和Y位置转换模式，其转换条件如表3-2；
（3）X/Y位置自动（顺序）转换模式。
转换条件与上相同；
（4）等待中断模式，进入这种模式后，它等待触笔单击，当触笔点下后，它将产生INT_TC中断，进入这种模式的条件如表3-3；
（5）旁路模式，当进入这种模式后，A/D转换停止，ADCDAT0和ADCDAT1的XPDATA和YPDATA保持上次转换的值。
表3-2X/Y位置分别转换条件
位置转换模式
XP
XM
YP
YM
X位置转换
外部电压
GND
AIN[5]
高阻
Y位置转换
AIN[7]
高阻
外部电压
GND
表3-3等待中断模式下的转换条件
模式
XP
XM
YP
YM
等待中断模式
上拉
高阻
AIN[5]
GND
在使用触摸屏时，一般按照如下过程进行设置：
（1）使用外部晶体管将引脚连接到S3C2410上；
（2）选择X/Y位置分别转换模式或者X/Y位置自动转换模式，来获取X/Y位置;
（3）设置触摸屏接口为等待中断模式；
（4）如果中断发生，将激活相应的转换过程，进入中断函数；
（5）得到X/Y位置的正确值以后，返回等待中断模式。
3.6LCD选型
LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
目前市场上的LCD液晶显示器主要有两种：
STN（SuperTwistedNematic，超扭曲向列型）和TFT（ThinFilmTransistor，薄膜晶体管型）,STN与TFT的主要区别在于：
从工作原理上看，STN主要是增大液晶分子的扭曲角，而TFT为每个像素点设置一个开关电路，做到完全独立地控制每个像素点。
从品质上看，STN的亮度较暗，画面的质量较差，颜色不够丰富，播放动画时有拖尾现象，耗电量小，价格便宜；而TFT亮度高，画面质量高，颜色丰富，播放动画时清晰，耗电量大，价格高。
常用的LCD显示模块有两种：
一种是带有驱动电路的LCD显示模块，一种是一带驱动电路的LCD显示屏。
大部分ARM处理器中都集成了LCD控制器，所以对于采用ARM处理器的系统，一般使用不带驱动电路的LCD显示屏。
LQ080V3DG01液晶屏，该液晶屏为夏普原装屏，质量非常稳定可靠，显示图像清析，属A级屏！
是开发系统用屏中最优的一款！
具体技术参数如表3-4所示：
表3-4LQ080V3DG01技术参数
解析度
640（RGB）*480dots
点距
0.2535*0.2535 mm
可视范围
162.2*121.7mm
视角
L/R/U/D:
65/65/55/65 deg
信号系统
Parallel RGB
影像讯号
R.G.B
亮度
380 Cd/m2
消耗功率
6.26 W
外观尺寸
183*141*14mm
净重
390
作业温度
-25～+75℃
保存温度
-25～+75℃
该芯片分别由R、G和B三个端口共15个接口来控制驱动，CK为时钟接口，Hsync控制信号的帧行，Vsync控制信号的帧。
还有一个ENAB全能端，控制显示屏的开关。
3.7触摸屏选型
触控屏（Touchpanel）又称为触控面板，是个可接收触头等输入讯号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种连结装置，可用以取代机械式的按钮面板，并借由液晶显示画面制造出生动的影音效果。
触摸屏一般附着在显示器的表面，与显示器配合使用，如果能测量出触摸点在屏幕上的坐标位置，就可以根据显示屏上对应坐标点的显示内容或图符获知触摸者的意图。
根据采用技术原理的不同，触摸屏可分为以下5类：
矢量压力传感式、电阻式、电容式、红外线或、和表面声波式。
其中电阻式触摸屏在嵌入式系统中用的比较多。
电阻触摸屏是一块4层的透明复合薄膜屏，最下面是玻璃或有机玻璃构成的基层；最上面是一层外表面经过硬化处理从而光滑防刮的塑料层；中间是两层金属导电层，分别位于基层之上和塑料层的内表面，在两导电层之间有许多细小的透明隔离点把它们隔开。
当手指触摸屏幕时，两个导电层在触摸点处接触。
触摸屏的两个金属导电层是触摸民间的两个工作面，在每个工作面的两端各涂有一条银胶，称为该工作面的一对电极。
若给一个工作面的电极对施加电压，则在该工作上就会形成均匀连续的平等电压分布。
当给X方向的电极对施加一确定的电压，而Y方向电极对不加电压时，在X平等电压场中，触点处的电压值可以在Y＋（或Y－）电极上反映出来，通过测量Y＋电极对地的电压大小，通过A｜D转换，便可得知触点的X坐标值。
同理，当给Y电极对施加电压，而X电极对不加电压时，通过测量X＋电极的电压，和A｜D转换便可得知触点的Y坐标。
电阻式触摸屏有四线式和五线式两种，四线式触摸屏的X工作面和Y工作面分别加在两个导电层上，共有４根引出线：
X＋、X－、Y＋、Y－分别连到触摸屏的X电极对和Y电极对上。
五线式触摸屏把X工作面和Y工作面都加在玻璃基层的导电涂层上，但工作时，仍是分时加电压的，即让两个方向的电压场分时工作在同一工作面上，而外导电层则仅仅用来充当导体和电压测量电极。
因此，五线式触摸屏需要引出5根线。
由于一般触摸屏配套LCD显示屏使用，所以我们也采用8英寸的大小的触摸屏。
第四章系统硬件电路设计
4.1复位电路设计
由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源是稳定性、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高要求，DeviceARM2410核心板有复位电路使用了
存储器的电源监控复位芯片CAT1025H-30,提高了系统的可靠性，具体电路原理图如图4-1所示：
图4-1复位电路图
在图中，S2为复位按键，用于手动复位，但需要在
上接一电阻，使其为高电平，nRESET信号为CAT1025JI-30输出的复位信号，此信号连接到S3C2410芯片的复位输入引脚，实现系统的复位控制。
可以选择NANDFlash启动方式或者NORFlash启动方式，这是通过配置OM0引脚来实现的，电路如图4-2所示，当JP20跳线短接时，OM0为0电平，选择NANDFlash启动方式；当JP20跳线断开时，OM0由R26上拉为1电平，选择NORFlash启动方式。
图4-2复位启动选择电路图
4.2电源电路设计
系统电源电路如图4-3所示，电源供电由JP11连接输入实验箱主板，5V电源经过C39，C49，C50滤波后，由两片LDO芯片U9、U11稳压输出两组3.3V电源，其中一组用来经主板供电，另一组用来给核心板供电。
图4-3电源电路图
而S3C2410A所需要的内核电源是1.8V电源，所以得通过LDO芯片进行再次转换。
具体电路如图4-4所示
图4-4S3C2410A电源电路图
LDO是一种低电压差电源芯片，而SPX1117系列LD0芯片输出电流可达800mA,输出电压的精度为，还具有电流限制和热保护功能，其输出端的10
的钽电容用来改善瞬态响应和稳定性。
4.3时钟电路设计
虽然S3C2410可以使用外部晶振或外部时钟输入作为系统时钟，但DeviceARM2410核心板采用了12MHz外部晶振，所以将S3C24210的OM2、OM3引脚接为低电平，将外部时钟输入引脚EXTCLK接为高电平（3.3V），电路晶振原理图如图4-5所示。
通过S3C2410内部的锁相环，可以将时钟倍频至203MHz，作为处理器的主时钟（FCLK）。
S3C2410具有一个独立时钟源，独立电源供电的RTC，所以还要在XT0rtc、XT1rtc引脚接上32768Hz石英晶振。
图4-5时钟电路
4.4LCD驱动电路设计
驱动电路
MagicARM2410实验箱上配置的是一块8英寸640
480TFT液晶屏（型号为LQ080V3DG010），由于采用5V电源供电，它的
最小值为2.3V，所以直接使用S3C2410的控制口线与它相连，不需要加电平转换电路。
具体电路图
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