НИЛ «Цифровой обработки сигналов»

-------В лаборатории ведется разработка устройств цифровой обработки сигналов (ЦОС) на цифровых сигнальных процессорах (ЦСП) и программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).

КОЛЛЕКТИВ:

-------Лаборатория достаточно молодая и состав лаборатории это молодой кандидат наук, аспирант, магистр и магистранты. В коллектив входят:

• Василевский В.В., руководитель лаборатории, ведущий специалист по ЦСП;
• Панюшкин В.А., магистр, разработчик устройств на ЦСП;
• Пузырев П.И., аспирант, разработчик устройств на ЦСП;
• Кобза М.В., магистрант, разработчик устройств на ПЛИС;
• Шилигин Г.В., магистрант, разработчик устройств на ПЛИС.

НАРАБОТКИ:

• Специализированный вычислитель

-------Основным элементом цифровой радиостанции, построенной по технологии SDR, является специализированный вычислитель. Специализированный вычислитель – это специализированное модульное устройство, предназначенное для аналого-цифрового преобразования сигналов и дальнейшей цифровой обработки. За рубежом выпускается огромное количество специализированных вычислителей для программно-конфигурируемых систем связи, в то время как отечественные аналоги отсутствуют, что сказывается негативным образом как на развитие гражданской радиосвязи, так и обеспечение национальной безопасности.

• Три независимых каналов приема с полосой пропускания 50 МГц;
• Разрядность АЦП - 16-бит;
• Цифровой понижающий преобразователь (ЦПП) GC4016 – четырехканальный ,16 бит;
• Высокопроизводительный цифровой сигнальный процессор (ЦСП) TMS320C6416;
• Поддерживаемые интерфейсы:  RS-232, JTAG, 16 разрядный параллельный порт вывода, SPI;
• Двухканальный 12 разрядный ЦАП;
• Встроенный высокостабильный тактовый генератор с низкими фазовыми шумами;
• Встроенный аудиокодек.

-------Для реализации цифрового приемника с низкоскоростным речевым кодеком (4800бит/с ACELP) была разработана схема электрическая принципиальная.

Модуляторы:

• J3Е (ОБП: ВБП, НБП), НЗЕ (ОБП с полной несущей) модулятор с подавлением боковой полосы не хуже -70 дБ
• FЗЕ (ЧМ) модулятор
• F1В/F1D (ЧТ) модулятор
• АЗЕ (АМ) модулятор
•  QРSК, DQPSK, OQPSK, pi/4-DQPSK модуляторы
• 16-QАМ модулятор
• GMSK модулятор

Демодуляторы:

• J3Е (ОБП: ВБП, НБП) демодулятор
• FЗЕ (ЧМ) демодулятор
• F1В/F1D (ЧТ) демодулятор
• АЗЕ (АМ) демодулятор
• QPSK, DQPSK, OQPSK, pi/4-DQPSK демодуляторы
• GMSK демодулятор

• Разработан алгоритм символьной синхронизации для сигналов с фазовой манипуляцией с составлением математической модели в системе MATLAB,  включающая:

• Интерполятор Фэрроу 3-го порядка, аппроксимирующий кубический интерполятор Лагранжа;
• Схему оценки тактового рассогласования методом Гарднера;
• Пропорционально-интегрирующий петлевой фильтр;
• Тактовый генератор с числовым управлением.

• Разработана модель когерентного BPSK приемника в системе MATLAB включающая:

• Фильтр основной селекции с характеристикой «корень из приподнятого косинуса»;
• Схему АРУ;
• ФАПЧ на основе петли Костаса;
• Схема символьной синхронизации.

• Фильтр основной селекции с характеристикой «корень из приподнятого косинуса»;
• Схему АРУ;
• Схема символьной синхронизации;
• Дифференциальный декодер.

• Разработан макет когерентного BPSK приемника с обработкой сигнала на ПК.

• Разработан макет некогерентного pi/4-DQPSK приемника с обработкой сигнала модулем ЦОС ADP64Z1PCI:

-------В модуле ЦОС  ADP64Z1PCI реализовано следующее:

• Некогерентный pi/4-DQPSK приемник на основе модели, описанной в пункте 4;
• Интерфейс передачи данных на ПК в потоковом режиме.

• Разработан макет когерентного DBPSK приемника с обработкой сигнала модулем ЦОС ADP64Z1PCI.

-------В модуле ЦОС  ADP64Z1PCI реализовано следующее:

• Когерентный DBPSK приемник на основе модели, описанной в пункте 3;
• Буферизация с очередью, введенная с целью устранения влияния на работоспособность разницы в тактовых частотах приемника и передатчика;
• Интерфейс передачи данных на ПК в потоковом режиме.

• Разработаны программы для цифровых сигнальных процессоров Texas Instruments:

• Разработаны программы для ЭВМ:

МАТЕРИАЛЬНАЯ БАЗА ЛАБОРАТОРИИ:

-------В распоряжении сотрудников самое современное оборудование от известнейших мировых производителей, на которое затрачены миллионы рублей. Оборудование активно используется и зачастую играет ключевую роль в разработке новых устройств.


   

Аппаратные средства:

-------Инструментальный комплект Spartan-3E Starter Kit предназначен в первую очередь для практического изучения методов проектирования цифровых устройств с аппаратной реализацией и разработки встраиваемых микропроцессорных систем на основе ПЛИС семейств FPGA фирмы Xilinx. Уникальные функциональные возможности, технические характеристики и конструктивное исполнение инструментального модуля,  входящего в этот комплект, позволяют не только выполнять отладку проектов, реализуемых на основе ПЛИС семейства Spartan-3E, но и использовать его в качестве промышленного серийного варианта разрабатываемого устройства. Рассматриваемый модуль можно рекомендовать в целом ряде случаев для аппаратной реализации проектируемой системы с целью выполнения жестких требований, предъявляемых ко времени ее разработки. Применение серийно выпускаемого модуля позволяет минимизировать время создания как опытных образцов, так и окончательного варианта разрабатываемого устройства или системы за счет исключения этапов проектирования и изготовления печатной платы и монтажа компонентов. Архитектура инструментального модуля Xilinx Spartan-3E Starter Board позволяет использовать его для реализации автономных систем управления, сбора и обработки информации, цифровой обработки сигналов, встраиваемых устройств с различными компьютерными интерфейсами. Кроме того, данный модуль можно рекомендовать для применения в учебных лабораториях вузов для изучения современных методов проектирования цифровых устройств, микропроцессорных систем с различной архитектурой, а также устройств цифровой обработки сигналов. Ресурсы инструментального модуля Xilinx Spartan-3E Starter Board позволяют реализовать проекты встраиваемых микропроцессорных систем, выполняемых на основе как 8-разрядных ядер семейства PicoBlaze, так и 32-разрядных ядер семейства Microblaze. Несколько типовых проектов, специально разработанных для рассматриваемого инструментального комплекта, наглядно демонстрируют не только возможности отладочной платы, но и представляют возможные варианты конфигурации встраиваемых систем, создаваемых на базе этих микропроцессорных ядер.

-------Инструментальный модуль Xilinx Spartan-3E Starter Board характеризуется следующими отличительными особенностями:

• Используемые микросхемы Xilinx: XC3S500E-4FG320C Spartan-3E, XC2C64A-5VQ44C CoolRunner-II и ППЗУ Platform Flash XCF04S-VO20C;
• Синхронизация: 50МГц кварцевый генератор синхроимпульсов;
• Память: 128Мбит флэш-память с параллельным интерфейсом; 16Мбит флэш-память SPI, 64Мб DDR SDRAM;
• Коннекторы и интерфейсы: порт Ethernet 10/100 Phy, JTAG USB-порт, два последовательных порта RS-232 на 9 контактов, порт типа PS/2 для подключения мыши или клавиатуры, преобразователь углового положения в код с кнопочным выключателем, 4 ползунковых переключателя, 8 независимых светодиодов вывода, 4 разъёма с быстрым и надежным соединением контактов (momentary-contact connection ports), разъёмы расширения на 100 контактов типа hirose и 3 разъёма расширения на 6 контактов.
• Дисплей: ЖКИ с двумя строками по 16 символов.

Программное обеспечение:

-------ISE WebPack – пакет программного обеспечения, поддерживающий ПЛИС фирмы Xilinx.

-------Quartus® II – пакет программного обеспечения, поддерживающий ПЛИС фирмы Altera.

-------Max plus + II – пакет программного обеспечения, поддерживающий микросхемы ранних семейств фирмы Altera.

-------Пакет программных средств ModelSim™ корпорации Model Technology (одного из подразделений компании Mentor Graphics) в настоящее время является самой распространенной системой HDL-моделирования. Это обусловлено целым рядом уникальных характеристик этого пакета. Цель настоящей публикации — ознакомить разработчиков цифровых устройств с возможностями системы моделирования ModelSim и ее графическим интерфейсом.

-------Отладочный комплект TMS320C6455 DSP Starter Kit (DSK), разработанный совместно с компанией Spectrum Digital, является платформой, созданной для ускорения разработки высокопроизводительный приложений, основанных на семействе TMS320C64x компании TI. В этом комплекте используется одноядерный цифровой сигнальный процессор с самой высокой производительностью в данной области, работающий на частоте 1.2 ГГц. Отладочный комплект TMS320C6455 DSP Starter Kit  использует интерфейс Serial RapidIO (sRIO) и представляет собой полную, простую в обращении мультипроцессорную систему разработки. Интерфейс sRIO позволяет объединить TMS320C6455 с другими устройствами, например ПЛИС, коммутаторами sRIO и встроенными процессорами, оснащенными интерфейсом sRIO.

    Отличительные особенности:

• Поддержка встроенного JTAG XDS510 через US;
• 128 Мб оперативной памяти и 8 Мб флеш-памят;
• Коннекторы EMIF(32 бит) и McBSP;
• Коннектор HPI/PC;
• Высококачественный 24-битный стерео коде;
• Порт расширения для дополнительных модуле;
• Встроенный стандартный интерфейс JTAG IEEE (14-pin;
• Встроенный JTAG интерфейс высокой плотности (60- pin;
• Напряжение питания +5.

-------Отладочный комплект TMS320C6416 DSP Starter Kit (DSK), разработанный совместно с компанией Spectrum Digital, является недорогой платформой, созданной для уменьшения времени разработки высокопроизводительный приложений, разработанных для  семейства процессоров TMS320C64xх компании TI. Этот отладочный комплект использует интерфейс USB для полной функциональности режима plug-and-play.
комплект C6416 DSK использует обмен данными в режиме реального времени (RTDX) для лучшей связи между приемником и передатчиком.

Отличительные особенности:

• Цифровой сигнальный процессор TMS3206416 DSP, работающий на частоте 1ГГ;
• Встроенный контроллер USB JTAG c технологией plug-and-play;
• Кодек TLV320AIC23;
• На плате расположена память 2М х 64 SDRAM;
• 512 килобайт Flash памяти;
• 3 разъема расширения: интерфейс памяти, периферийный интерфейс и интерфейс Host Port;
• Коннектор JTAG IEEE 1149.1 для внутрисхемного эмулятора;
• Четыре аудиоразъема 3.5 мм (микрофон, линейный вход, динамик, линейный выход);
• 4 светодиода, задаваемые пользователем;
• 4-позиционный переключатель, назначаемый пользователем;
• Напряжение питания - +5В, источник питания прилагается;
• Размеры: 210х115 мм. толщина 0,062", 6 слоев.

-------Отладочный комплект TMDSDSK5509-0E предназначен для разработки и отладки приложений оптимизации управления электропитанием на базе цифрового сигнального процессора фирмы TEXAS INSTRUMENTS TMS320C5509A.
-------Комплект предоставляет новые возможности, такие как анализ энергопотребления по технологиям фирмы NATIONAL INSTRUMENTS и коммуникации с ПК посредством USB интерфейса и функцию «plug-and-play». комплект TMDSDSK5509-0E позволяет разработчику получить более высокую пропускную способность с обменом данными в режиме реального времени. Также есть возможность подключать дополнительные модули для расширения функционала: конвертеры данных, макетные платы разработчика, новые интерфейсы ввода-вывода и много других периферийных устройств, совместимых с комплектом, как от фирмы TEXAS INSTRUMENTS, так и от других производителей средств разработки.
-------Опция анализа потребляемой мощности дает возможность разработчику создать систему, способную автономно оценивать токи линий ввода-вывода и энергопотребление целевого устройства, отлаживая, таким образом, любую систему: от портативных сетевых до высокоскоростных беспроводных приложений с целью максимизации ее КПД.

Отличительные особенности:

• Встроенный USB JTAG-контроллер с драйверами “plug and play”;
• Возможность подключения внешнего эмулятора через JTAG IEEE 1149.1;
• Высококачественный стерео кодек (24-разрядный);
• 4 разъёма 3.5mm Jack для микрофона, линейного входа, линейного выхода и выхода на наушники;
•  Встроенная 8Мб SDRAM;
• Встроенная Flash ROM 512Kслов;
• Порты расширения для дополнительных модулей;
• Универсальный источник напряжения +5В.

-------Оценочный комплект TMS320VC5505 DSP Evaluation Module (EVM) является недорогой платформой cо множеством характеристик, созданной для ускорения оценки последних сигнальных процессоров с низким энергопотреблением семейства С55х, TMS320VC5504 и  TMS320VC5505 компании Texas Instruments. И опытные инженеры, и новички могут начать разрабатывать инновационные проекты с помощью полного пакета  программного обеспечения Code Composer Studio™ IDE и eXpressDSP™ Software.

Отличительные особенности:

• Цифровой сигнальный процессор с фиксированной точкой низкого энергопотребления TMS320C5505;
• Встроенный JTAG-эмулятор для обеспечения функциональности plug-and-play с помощью USB кабеля А->miniB и совместимость с интерфейсом внешнего JTAG-эмулятора;
• 32-битный программируемый малопотребляющий стерео кодек TLV320AIC3254;
• Цветной LCD OLED дисплей (128х128 пикселей);
•  2 линейных входа, линейный выход, выход на наушники и вход для микрофона;
• EEPROM для интерфейсов SPI и I2C;
• Высокоскоростной порт USB 2.0;
• Слот MMC/SD, коннектор CE-ATA, интерфейс RS232;
• 10 кнопок, конфигурируемых пользователем;
• Коннекторы для аналоговых внешних интерфейсных аппаратных средств;
• 2 коннектора расширения для карт памяти;
• Разъем для внешнего генератора;
• Держатель батареек (для 2 ААА);
• Поворотный переключатель;
• Универсальный источник напряжения +5В.

-------Модуль TMDXMDKEK1258 Electrocardiogram (ECG) Analog Front End (AFE) является частью комплекта по разработкам для нужд медицины в области устройств ЭКГ.
-------Весь комплект состоит из модуля ECG AFE, процессорной платы (оценочный модуль С5505) и сборника примеров кода (разработанных специально для С5505) для вспомогательных приложений и приложений для применения модуля в  устройствах ЭКГ.  Медицинский комплект ECG MDK предоставляет полный тракт обработки сигнала и позволяет разработчику быстро разработать всю систему ЭКГ для ее оценки и производства.

-------Code Composer Studio — интегрированная среда разработки для создания кода для DSP и/или ARM процессоров семейства TMS320, и других процессоров, таких как MSP430, выпускаемых Texas Instruments. Code Composer Studio включает операционную систему реального времени DSP/BIOS. Также в состав пордукта входят симуляторы и поддрежка JTAG-ориентированной отладки.

-------MATLAB — пакет прикладных программ для решения задач технических вычислений и одноимённый язык программирования, используемый в этом пакете. Язык MATLAB является высокоуровневым интерпретируемым языком программирования, включающим основанные на матрицах структуры данных, широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования.