1 引言

傳統(tǒng)的雙通道抑制背景噪聲是利用兩個(gè)接收通道同時(shí)接收含有背景噪聲的目標(biāo)信號(hào)和背景噪聲信號(hào)，然后通過加法器或減法器盡可能抑制噪聲信號(hào)。這種方法雖然在一定程度上達(dá)到抑制背景噪聲的目的，但是，為了保證兩個(gè)通道所接收的信號(hào)具有較好的相關(guān)性，需在每次消噪之前對(duì)系統(tǒng)中的某些參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使用很不方便；此外，該方法雖然可以抑制背景噪聲中的固定干擾，但對(duì)隨機(jī)噪聲卻無能為力。由于采用模擬方式抑制背景噪聲，電路中采用的元件必然會(huì)給系統(tǒng)引人噪聲，當(dāng)目標(biāo)信號(hào)非常微弱時(shí)，元件引入的噪聲將嚴(yán)重影響目標(biāo)信號(hào)的提取，甚至淹沒目標(biāo)信號(hào)。 隨著數(shù)字信號(hào)處理器DSP的快速發(fā)展，DSP的處理能力和處理速度日益強(qiáng)大。針對(duì)微弱目標(biāo)信號(hào)提取過程中背景噪聲(包括隨機(jī)噪聲和固定干擾)的特點(diǎn)，通過選用合適的DSP處理器以及相應(yīng)的外圍電路，利用雙通道接收技術(shù)以及適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)處理算法，可有效抑制背景噪聲和干擾。

2 雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)

雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)利用兩個(gè)接收通道同時(shí)接收含有背景噪聲的目標(biāo)信號(hào)和背景噪聲信號(hào)，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再輸入高性能浮點(diǎn)DSP，通過適當(dāng)?shù)臄?shù)字信號(hào)處理算法抑制背景噪聲中的隨機(jī)噪聲和固定干擾，最終從相對(duì)強(qiáng)大的背景噪聲中提取出微弱的目標(biāo)信號(hào)。

雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)由A／D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理模塊、控制模塊和主控計(jì)算機(jī)等部分組成，如圖1所示。

2.1 TMS320C6713簡介

DSP作為雙通道數(shù)字去噪系統(tǒng)的核心元件，根據(jù)系統(tǒng)中數(shù)字信號(hào)處理特點(diǎn)，采用美國德州儀器公司(TI)的6713系列的TMS320C6713BGDP225。其主頻為225 MHz，主要特點(diǎn)如下：

DSP內(nèi)核采用超長指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)，8個(gè)功能單元共用32個(gè)32 bit通用寄存器，最多可在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)執(zhí)行8條32位指令，從而提高程序的執(zhí)行速度；

具有32 bit外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)，外部存儲(chǔ)器可尋址空間達(dá)52 MB。可與SDRAM、SBRAM實(shí)現(xiàn)無縫連接，用于大容量高速存儲(chǔ)。直接異步存儲(chǔ)器接口可與SRAM、EPROM連接，用于小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)；

具有16個(gè)獨(dú)立的EDMA傳輸通道，在CPU不干預(yù)的情況下，支持多路數(shù)據(jù)的獨(dú)立快速傳輸；

具有兩個(gè)支持全雙工通信的多通道緩沖串口McBSP。

2.2接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)中，主控計(jì)算機(jī)通過RS232串口將控制命令發(fā)送到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，DSP根據(jù)控制命令接收A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字濾波、數(shù)字累加、自適應(yīng)濾波等數(shù)字信號(hào)處理，最終將處理結(jié)果通過USB接口輸出到主控計(jì)算機(jī)。由此可見，DSP分別與A／D轉(zhuǎn)換器、USB以及RS232串口之間的接口設(shè)計(jì)在整個(gè)雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)中尤為重要。

2.2.1與A／D轉(zhuǎn)換器的接口實(shí)現(xiàn)

MD轉(zhuǎn)換器采用美國德州儀器公司(TI)的THS1206的12位A／D轉(zhuǎn)換器，采樣速率達(dá)6 MS／s，最多可支持4路模擬信號(hào)輸入，其內(nèi)部集成一個(gè)FIFO，這樣減少了A／D轉(zhuǎn)換器和DSP處理器之間的緩沖存儲(chǔ)器。THS1206 A／D轉(zhuǎn)換器同DSP的接口電路圖如圖2所示。

THS1206采樣前，TMS320C6713通過向THS1206的特殊寄存器(地址為0xA000 0000)寫入特殊的命令控制字實(shí)現(xiàn)對(duì)THS1206的復(fù)位、清零FIFO以及輸入通道設(shè)置等初始化操作。在完成設(shè)備初始化后，啟動(dòng)TMS320C6713的定時(shí)器Timer0，THS1206按照Timer0設(shè)定的時(shí)鐘開始采樣背景噪聲信號(hào)和包含背景噪聲的目標(biāo)信號(hào)。當(dāng)THS1206的FIFO為滿時(shí)，THS1206產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)觸發(fā)TMS320C6713的外部中斷EXT_INT7，從而啟動(dòng)TMS320C6713的第7個(gè)EDMA傳輸通道，將A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果傳輸?shù)絋MS320C6713的CPU中進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。

2.2.2與USB的接口實(shí)現(xiàn)

為避免系統(tǒng)工作時(shí)主控計(jì)算機(jī)的控制命令同DSP處理結(jié)果在傳輸過程中發(fā)生沖突，保證DSP處理結(jié)果的傳輸速率滿足系統(tǒng)要求，DSP與主控計(jì)算機(jī)之間采用基于USB2.0接口的數(shù)據(jù)傳輸，接口器件采用Cypress公司的CY7C68001，配以Cypress公司的CY37064P100 CPLD進(jìn)行邏輯控制，其接口原理圖如圖3所示。TMS320C6713和CY7C68001之間的地址信號(hào)定義如表1所示。

2.2.3與RS232串口的接口實(shí)現(xiàn)

利用TMS320C6713的多通道緩沖串口MoBSP，主控計(jì)算機(jī)的開始采樣、停止采樣、自檢等控制命令通過主控計(jì)算機(jī)的RS232接口傳送到TMS320C6713。由于McBSP和RS232的電平定義存在差異，因此，在TMS320C6713和主控計(jì)算機(jī)的RS232串口之間必須采用轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電平。系統(tǒng)中使用Maxim公司的MAX3160，其電路圖如圖4所示。圖中的TXD、RXD分別與McBSP0的DX、DR相連，實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

2.3軟件實(shí)現(xiàn)

TMS320C6713中運(yùn)行的軟件代碼包括DSP內(nèi)部存儲(chǔ)空間配置代碼、自動(dòng)加載配置代碼、EDMA傳輸初始化代碼、McBSP初始化代碼、A／D初始化代碼以及數(shù)字信號(hào)處理主程序代碼等。軟件使用C語言和匯編語言混合編寫，程序開發(fā)在CCS(CodeCompose Studio)開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行。通過CCS平臺(tái)和硬件系統(tǒng)進(jìn)行軟件開發(fā)和調(diào)試，待調(diào)試成功后將軟件代碼固化在TMS320C6713的ROM中，以便在DSP上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。

3結(jié)束語

雙通道數(shù)字去噪聲系統(tǒng)與傳統(tǒng)的模擬去噪聲系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，給出的硬件與軟件設(shè)計(jì)完全滿足系統(tǒng)的基本要求。在具體應(yīng)用中，還可根據(jù)需要通過采用高性能A／D轉(zhuǎn)換器、高性能的DSP以及先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理算法進(jìn)一步提高噪聲抑制的效果。