基于dsp的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　2011屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題目： 基于DSP的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) </p><p>　　作 者 姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p

2、>　　系 (院)： 機(jī)械與電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息工程 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱：

3、 </p><p>　　2012年 3 月 9 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　闡述了基于TMS320V5402 DSP(以下簡(jiǎn)稱C5402) 芯片實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法和原理。首先介紹了實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器的幾種算法及信號(hào)生成原理，接著闡述了系統(tǒng)的軟件和硬件的設(shè)計(jì)。該信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生

4、任意波形，且信號(hào)的幅度和頻率可以由DSP程序控制。具有易于修改，靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)?？朔送ǔＰ盘?hào)發(fā)生器模式固定，波形不可編程的不足。該發(fā)生器滿足信號(hào)發(fā)生器的小型化，低成本和方便使用發(fā)展趨勢(shì)的需要，充分利用DSP信片的優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)設(shè)計(jì)的硬件部分有該DSP芯片和D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC7528組成，DSP芯片用于產(chǎn)生各種波形，D/A轉(zhuǎn)換芯片用于把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。在以上硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)三角波，方波和正弦波等波形。</p&

5、gt;<p>　　關(guān)鍵詞:數(shù)字信號(hào)處理器；信號(hào)發(fā)生器；D/A轉(zhuǎn)換器；波形</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This paper expounds the design of signal generator based on TMS320VC5402DSP. First，several algorithms of

6、 signal generator reality and the principle of signal generation is introduced. Next，the hardware and the software design is discussed in paper .This signal generator can generate several waveforms，not only the voltage a

7、nd the frequency of the signal are both controlled by DSP programs，but also it can be easily modified，more flexible and many other advantages. Therefore it improved the shortco</p><p>　　Key words: digital si

8、gnal processing; signal generator; D/A conversion; wave</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　1 正弦信號(hào)生成算法的簡(jiǎn)介2</p><p>　　1.1 采樣回放

9、法2</p><p>　　1.2 查表法2</p><p>　　1.3 查表結(jié)合插值法2</p><p>　　1.4 泰勒展開法3</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想4</p><p>　　2.2 系統(tǒng)相關(guān)電路的介紹4

10、</p><p>　　2.2.1 DSP芯片的特點(diǎn)及使用說明4</p><p>　　2.2.2 D/A 轉(zhuǎn)換器TLC7528 使用說明7</p><p>　　2.2.3 電源電路和晶振電路使用說明9</p><p>　　2.3 DSP芯片與D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路10</p><p>　　3 系統(tǒng)的軟件設(shè)

11、計(jì)12</p><p>　　3.1 基于泰勒展開實(shí)現(xiàn)正弦波12</p><p>　　3.2基于MATLAB語言實(shí)現(xiàn)正弦波13</p><p>　　3.2.1 如何用MATLAB產(chǎn)生數(shù)據(jù)序列13</p><p>　　3.3基于C語言實(shí)現(xiàn)正弦波14</p><p>　　4 軟件調(diào)試系統(tǒng)使用說明及實(shí)驗(yàn)結(jié)

12、果17</p><p><b>　　結(jié)論19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　附錄一21</b></p><p><b>　　致 謝22</b></p><p>&l

13、t;b>　　緒論</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器在現(xiàn)代工程中的應(yīng)用非常廣泛。在實(shí)際中常產(chǎn)生一些特殊波形，用于仿真實(shí)際信號(hào)的波形，以監(jiān)測(cè)和調(diào)試測(cè)量裝置。然而目前市場(chǎng)上的信號(hào)發(fā)生器的價(jià)格昂貴，體積比較大而且波形的可編程靈活性小，不能滿足實(shí)際的需要。隨著電子技術(shù)和科技的快速發(fā)展，DSP具有快速，編程方便，精度高，穩(wěn)定行好，接口方便，集成度高的特點(diǎn)。為了充分利用其優(yōu)點(diǎn)，需要一個(gè)合理的，方便使用的

14、系統(tǒng)來滿足市場(chǎng)發(fā)展的需要。</p><p>　　DSP(digital signal processing) 即數(shù)字信號(hào)處理器，它是在模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行的高速實(shí)時(shí)處理器[1]，自從20世紀(jì)70年代以來以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和快速實(shí)現(xiàn)個(gè)種數(shù)字信號(hào)處理算法的突出優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域，例如：通信，雷達(dá)，聲納，儀器儀表， 醫(yī)療設(shè)備，家用電器等，同時(shí)它也推動(dòng)了其他各個(gè)科學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新[2]。</p&

15、gt;<p>　　因?yàn)檎也ㄊ侨魏尾ㄐ螛?gòu)成的基本單元，所以本文在此以正弦波為例，介紹了基于DSP正弦波信號(hào)發(fā)生的算法(查表法、內(nèi)插法)和構(gòu)成，在此DSP芯片采用的是TMS320VC5402，它是TI公司對(duì)消費(fèi)類電子推出的一款定點(diǎn)DSP ，其具有性價(jià)比高，處理速度快接口豐富等特點(diǎn)。產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的設(shè)定頻率和幅度的正弦波[3]；可以為科研和實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)。也介紹了對(duì)MATL AB仿真的運(yùn)用[4]。本文設(shè)計(jì)的這種信號(hào)發(fā)生器比以前的

16、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器具有速度更快且實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)單。</p><p>　　1 正弦信號(hào)生成算法的簡(jiǎn)介</p><p>　　本章以正弦信號(hào)為例，介紹了正弦信號(hào)產(chǎn)生的幾種常見的算法，包括采樣法、查表法、插值法，泰勒展開法等</p><p>　　1.1 采樣回放法</p><p>　　該方法很容易實(shí)現(xiàn)，只要對(duì)已有的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波信號(hào)源進(jìn)行采樣，得到數(shù)據(jù)后

17、直接回放或進(jìn)行變頻處理后放回。該方法關(guān)鍵在于采樣高性能的A/D、D/A、芯片并合理設(shè)計(jì)硬件電路，使信號(hào)處理過程中保證波形良好，以保證采樣數(shù)據(jù)的精確性。進(jìn)行數(shù)字變頻及變幅處理時(shí)，要清楚數(shù)據(jù)的格式并保證回放數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)滿足奈斯特定理，防止頻譜混迭。</p><p><b>　　1.2 查表法</b></p><p>　　查表是比較普遍地方法，首先自己生成正弦數(shù)據(jù)表，再進(jìn)行

18、查表、D/A轉(zhuǎn)換后，得到所需的波形。優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，調(diào)頻調(diào)相較放回法容易，避免了數(shù)據(jù)的單一，增加了精度。如果存儲(chǔ)的空間足夠大，那么就可以通過制作較大的查找表來得到較高的精度。如建立一個(gè)100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的正弦數(shù)據(jù)表，具體過程如下，采用查表法來實(shí)現(xiàn)對(duì)某一正弦波的頻率及幅值的設(shè)定，在程序里要建立一張正弦查找表。根據(jù)分析及計(jì)算的到每周期最多向D/A送多少個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，假設(shè)送100個(gè)數(shù)據(jù)，因此建立一張有100個(gè)數(shù)據(jù)的正弦查表。對(duì)于頻率為f的正弦波來說

19、，若每周期取100點(diǎn)數(shù)據(jù)，則取樣間隔就為(1/f)/100=1/(100f)，則對(duì)幅值為1的正弦波如下式：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　n=0，1，2，……，99</p><p>　　這里采用MATLAB軟件來產(chǎn)生一個(gè)100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的正弦波數(shù)據(jù)文件，之后將其添加到CCS工程中進(jìn)行編譯，連接，調(diào)試直接至成功

20、[5]。</p><p>　　如何運(yùn)用MATLAB程序來產(chǎn)生sin100.dat的數(shù)據(jù)文件將在第三章有介紹，請(qǐng)作為參考。</p><p>　　1.3 查表結(jié)合插值法</p><p>　　查表結(jié)合插值法是在查表的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)得到的[6]。發(fā)生相同性能正弦波，查表法結(jié)合插值法的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小于單純查表法的表格長(zhǎng)度，從而克服了查表法中占用大量?jī)?nèi)存資源的缺點(diǎn)，節(jié)約了存儲(chǔ)空

21、間。查表法結(jié)合插值法的表格如表1-1所示。先將一個(gè)周期的單位正弦波分成N等份，并計(jì)算所有離散點(diǎn)的幅值，</p><p>　　之后將這些幅值依次排列存入數(shù)據(jù)區(qū)，從而構(gòu)成一張表格。</p><p>　　表1-1 查表法結(jié)合插值法的表格格式</p><p>　　查表法結(jié)合插值法產(chǎn)生的正弦波形方法是通過在兩個(gè)表項(xiàng)之間插入若干個(gè)值來實(shí)現(xiàn)的，插入值的大小決定于相鄰的兩個(gè)表項(xiàng)值

22、和插入點(diǎn)的位置。考慮到DSP處理速度，一般采用線性插值。</p><p>　　每一個(gè)插值根據(jù)下式得到：</p><p>　　sin[360(I+D)/N]=sin(360I/N)+D{sin[360(I+1/N] -sin(360I/N) } （1-2）</p><p>　　其中，D是一個(gè)介于0到1之間的小數(shù)，表示插值點(diǎn)離左邊表項(xiàng)點(diǎn)的相對(duì)位置；N是表格的

23、長(zhǎng)度；sin(360I/N)和sin[360(I+1)/ N]是相鄰的兩個(gè)表項(xiàng)值。</p><p>　　1.4 泰勒展開法</p><p>　　查表法是使用比較普遍的方法，但需要的存儲(chǔ)器容量很大。泰勒級(jí)數(shù)展開法需要的存儲(chǔ)單元少，其優(yōu)點(diǎn)是處理速度快，調(diào)頻調(diào)相容易，精度高，但具有穩(wěn)定性好，算法簡(jiǎn)單，易于編程等優(yōu)點(diǎn)；而且展開的級(jí)數(shù)越多，失真度就越小。一個(gè)角度為θ的正弦和余弦函數(shù)采用，可以展開成

24、泰勒級(jí)數(shù)，取其前5項(xiàng)進(jìn)行近似得。 </p><p>　　下面式中：x為θ的弧度值，x=2πf／fs(fs是采樣頻率；f是所要發(fā)生的信號(hào)頻率)。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　所設(shè)計(jì)的基于DSP的信號(hào)發(fā)生器是采用TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320VC5402和D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC7528組成，其中DSP芯片TMS320VC5402是系

25、統(tǒng)的核心。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示（詳細(xì)原理圖見附錄1）。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活，功能卻很強(qiáng)大，通過軟件編程可實(shí)現(xiàn)以下功能：</p><p>　　能產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波、方波等常用波形。</p><p>　　產(chǎn)生的各種波形可以改變相位、頻率和幅度。</p><p>　　圖2-1 硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想&l

26、t;/p><p>　　本系統(tǒng)是以TMS320VC5402這個(gè)DSP芯片為核心，通過DSP芯片產(chǎn)生各種的波形，通過D/A轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。整個(gè)硬件系統(tǒng)所要做的就是正確連接DSP芯片和D/A轉(zhuǎn)換芯片，確保芯片正常工作，整個(gè)系統(tǒng)能正常運(yùn)行。D/A把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬信號(hào)，然后通過示波器把模擬波形輸出到示波器上。這就是整個(gè)硬件方案的工作原理。整個(gè)硬件方案圍繞DSP和D/A轉(zhuǎn)換器展開，這個(gè)硬件方案可以

27、產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波、三角波等常見波形。這些波形的輸出頻率、幅度等值可以通過控制DSP的輸入程序來控制，也就是說，這些波形的頻率、幅度是可以調(diào)節(jié)的。近年來，由于DSP技術(shù)的飛速發(fā)展，其運(yùn)算速度有了很大的提高，由于本方案選擇了DSP作為產(chǎn)生信號(hào)源的芯片，所以相對(duì)于運(yùn)算速度較慢的單片機(jī)來說，DSP產(chǎn)生的信號(hào)源頻率可以達(dá)到更高。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)相關(guān)電路的介紹</p><p&g

28、t;　　2.2.1 DSP芯片的特點(diǎn)及使用說明</p><p>　　本文采用的DSP芯片是C5402，該芯片是TI公司推出的低功耗16bit，點(diǎn)DSP芯片，哈佛結(jié)構(gòu)，支持流水線操作，運(yùn)算速度可達(dá)100MI/S(兆指令/秒)，指令周期為10ns；TMS320VC5402片內(nèi)的16K雙訪問RAM可以保證系統(tǒng)算法程序在片內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行。IM的程序擴(kuò)展空間也可足夠的保存算法處理的中間數(shù)據(jù)。包括此外，C5402既支持軟件中斷

29、，也支持硬件中斷。</p><p>　　TMS320VC5402主要有中央處理器CPU，特殊功能寄存器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，程序存儲(chǔ)器ROM，I/O接口功能，串行口，主機(jī)通信接口HPI，定時(shí)器，中斷系統(tǒng)等10部分組成[1,7]。</p><p><b>　　各部分功能如下：</b></p><p>　　(1) 中央處理器（CPU）</p&g

30、t;<p>　　它是DSP芯片的核心，它有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(a) 采用多總線結(jié)構(gòu)，通過一組程序總線、三組數(shù)據(jù)總線和四組地址總線來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(b) 40位算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU，包括一個(gè)40位的桶形移位寄存器和兩個(gè)獨(dú)立的40位累加器。</p><p>　　(c) 17×17位并行乘法器，與40位專用加法器相連，

31、可用于進(jìn)行非流水線的單周期乘法—累加運(yùn)算。</p><p>　　(d) 比較、選擇、存儲(chǔ)單元，可用于Viterbi譯碼器的加法－比較－選擇運(yùn)算。</p><p>　　(e) 指數(shù)編碼器，是一個(gè)支持單周期指令EXP的專用硬件?？梢栽谝粋€(gè)周期內(nèi)計(jì)算40位累加器數(shù)值的指數(shù)。</p><p>　　(f) 配有兩個(gè)地址生成器，包括8個(gè)輔助寄存器和2個(gè)輔助寄存器運(yùn)算單元。<

32、;/p><p>　　(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM</p><p>　　TMS320VC5402有兩種片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：</p><p>　　(a) 雙尋址RAM：在一個(gè)指令周期內(nèi)，可對(duì)其進(jìn)行兩次存取操作，一次讀出和一次寫入；</p><p>　　(b) 雙尋址RAM：在一個(gè)指令周期內(nèi)，只能進(jìn)行一次存取操作。</p><p>　　(

33、3) 程序存儲(chǔ)器ROM</p><p>　　TMS320VC5402的程序存儲(chǔ)器可由ROM和RAM配置而成，程序空間可以定義在ROM上，也可以定義在ROM上。當(dāng)需要高速運(yùn)行程序時(shí)，可以將片外ROM中的程序調(diào)入到片內(nèi)RAM中，以提高程序運(yùn)行速度。降低對(duì)外部ROM的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)整體抗干擾性能。</p><p><b>　　(4) I/O口</b></p>

34、<p>　　TMS320VC5402芯片只有兩個(gè)通用I/O引腳BIO和XF，BIO主要用來監(jiān)測(cè)外部設(shè)備工作狀態(tài)，而XF用來發(fā)信號(hào)給外部設(shè)備。 </p><p>　　另外，芯片還配有主機(jī)接口HPI，同步串行口和64K字的I/O空間，HPI和串行口通過控制，用做通用I/O口使用。而64K字I/O空間可通過外加緩沖器或</p><p>　　鎖存電路，配合外部I/O讀寫控制時(shí)序構(gòu)成片外外

35、設(shè)的控制電路。</p><p><b>　　(5) 定時(shí)器</b></p><p>　　定時(shí)器是一個(gè)軟件可編程計(jì)數(shù)器，用來產(chǎn)生定時(shí)中斷。定時(shí)器主要由定時(shí)寄存器TM，定時(shí)周期寄存器PRD，定時(shí)控制寄存器TCR及相應(yīng)的邏輯控制電路組成。其中寄存器TIM、PRD和TCR都是存儲(chǔ)映象寄存器，它們?cè)跀?shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的地址分別為0024H、0025H和0026H。TIM是一個(gè)減1寄存

36、器。PRD用來存放定時(shí)時(shí)間常數(shù)。TCR中包含定時(shí)器的控制位和狀態(tài)位。</p><p><b>　　(6) 中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　TMS320VC5402的中斷系統(tǒng)具有硬件中斷和軟件中斷。 </p><p>　　硬件中斷：由外圍設(shè)備引起的中斷分為片外外設(shè)所引起的中斷和片內(nèi)外設(shè)所引起的中斷。</p><p>

37、　　軟件中斷：有程序指令I(lǐng)NTR、TRAP和RESET所引起的中斷。中斷管理優(yōu)先級(jí)為11—16個(gè)固定級(jí)，有4種工作方式。</p><p>　　TMS320VC5402中斷系統(tǒng)設(shè)置有兩個(gè)中斷寄存器，分別為中斷標(biāo)志寄存器和中斷屏蔽寄存器。</p><p>　　中斷標(biāo)志寄存器：是一個(gè)存儲(chǔ)映象寄存器，當(dāng)一個(gè)中斷出現(xiàn)時(shí)，IFR中相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置1，直到CPU識(shí)別該中斷為止。

38、 </p><p>　　中斷屏蔽寄存器：也是一個(gè)存儲(chǔ)映象的CPU寄存器，主要用于屏蔽外部和內(nèi)部的硬件中斷。如果狀態(tài)寄存器ST1中的INTM=0，IMR寄存器中的某位置1，就能開放相應(yīng)的中斷。由于RS和NMI都不包含在IMR中，因此IMR對(duì)這兩個(gè)中斷不能進(jìn)行屏蔽。</p><p><b>　　(7) 指令系統(tǒng)</

39、b></p><p>　　支持單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)；支持存儲(chǔ)器塊傳送指令；支持32位長(zhǎng)操作數(shù)指令；具有支持2操作數(shù)或3操作數(shù)的讀指令；具有能并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令；支持條件存儲(chǔ)指令及中斷快速返回指令。</p><p><b>　　(8) 片外圍電路</b></p><p>　　具有軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器；設(shè)有可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電

40、路；帶有內(nèi)部震蕩器或外部時(shí)鐘源的片內(nèi)鎖相環(huán)發(fā)生器；支持全雙工操作的串行口，可進(jìn)行8位或16位串行通信。分為：?jiǎn)瓮ǖ劳酱锌赟P、帶緩沖器多通道同步串行口BSP、并行帶緩沖器多通道同步串行口MCBSP及時(shí)分多通道帶緩沖器串行口TMD；帶4位預(yù)定標(biāo)器的16位可編程定時(shí)器；設(shè)有與主機(jī)通信的并行接口HPI；具有外部總線判斷控制，以斷開外部的數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號(hào)；數(shù)據(jù)總線具有總線保持器的特性。</p><p>　

41、　(9) 主機(jī)接口HPI</p><p>　　HPI是一個(gè)與主機(jī)通信的并行接口，主要用于DSP與其他總線或CPU進(jìn)行通信，信息可通過TMS320VC5402的片內(nèi)存儲(chǔ)器與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。不同型號(hào)的器件配置不同的HPI口，可分為8位標(biāo)準(zhǔn)HPI口、8位增強(qiáng)型HPI接口和16位增強(qiáng)型HPI接口。</p><p>　　其框圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2—2

42、 HPI接口框圖</p><p>　　2.2.2 D/A 轉(zhuǎn)換器TLC7528 使用說明</p><p>　　TLC7528C 是雙路、8 位數(shù)字－模擬轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部具有各自單獨(dú)的數(shù)據(jù)鎖存器，其特性包括兩DAC 非常精密的一致性，數(shù)據(jù)通過公共8 位輸入口轉(zhuǎn)送至兩DAC 數(shù)據(jù)鎖存器的任意一個(gè)。控制輸入端DACA/DACB 決定哪一個(gè)DAC 被裝載。器件的裝載周期與隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的寫周期類似，

43、能方便地與大多數(shù)通用微處理器總線或端口相接口。 器件的工作電壓5V 至15V，功耗小于15mW（典型值）。2 或4 象限的乘法功能使該器件成為許多微處理器的增益設(shè)置和信號(hào)控制的良好選擇。它可工作于電壓模式，與電流輸出相比較，更適合于電壓輸出。 TLC7528C 的工作溫度范圍從0℃至70℃。TLC7528C的工作特點(diǎn)如下：</p><p>　　(a)易于微處理器接口；</p><p>　　

44、(b)片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存；</p><p>　　(c)在每一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)具有單調(diào)性；</p><p>　　(d)適合于包括TMS320借口的數(shù)字信號(hào)應(yīng)用的快速控制信號(hào)；</p><p><b>　　(e)價(jià)格便宜。</b></p><p><b>　　(1)結(jié)構(gòu)框圖：</b></p>

45、<p>　　TLC7528的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示：</p><p>　　圖2—3 TLC7528的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　(2) TLC7528 的引腳描述：</p><p>　　表2—1 TLC7528的引腳定義</p><p>　　(3) TLC7528的工作原理：</p><p>　　TLC75

46、28包括兩個(gè)相同的8位乘法D/A轉(zhuǎn)換器DACA和DACB。每一個(gè)DAC由反相R-2R梯形網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)以及數(shù)據(jù)鎖存器組成。二進(jìn)制加權(quán)電流在DAC輸出與AGND之間切換，于是在每一個(gè)梯形網(wǎng)絡(luò)分支中保持恒定電流，與開關(guān)狀態(tài)無關(guān)。大多數(shù)僅需要加上外部運(yùn)算放大器和電壓基準(zhǔn)。</p><p>　　TLC7528通過數(shù)據(jù)總線、CS、WR以及DACA與DACB等控制信號(hào)與微處理器接口。當(dāng)CS與WR均為低電平時(shí)TLC7528模擬

47、輸出對(duì)DB0～DB7數(shù)據(jù)總線輸入端的活動(dòng)做出響應(yīng)。在此方式下，輸入鎖存器是透明的，輸入數(shù)據(jù)直接影響模擬輸出。當(dāng)CS與WR信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，DB0～DB7輸入端上的數(shù)據(jù)被鎖存，直到CS與WR信號(hào)再次變?yōu)榈碗娖綍r(shí)為止。CS為高電平時(shí)，不管WR的信號(hào)為何種狀態(tài)，數(shù)據(jù)輸入被禁止。</p><p>　　當(dāng)用5V電源電壓工作時(shí)，此器件的數(shù)字輸入提供TTL兼容，此器件可以用在5V～15V范圍內(nèi)任何電源電壓工作，但是，電源電壓工

48、作在5V以上時(shí)，輸入邏輯電平與TTL不兼容。</p><p>　　2.2.3 電源電路和晶振電路使用說明</p><p>　　一個(gè)完整的DSP系統(tǒng)通常是由DSP芯片和其他相應(yīng)的外圍芯片組成的，下面介紹本次設(shè)計(jì)中用到的電源電路、復(fù)位電路和晶振電路。</p><p>　　(1)電源電路使用說明</p><p>　　TMS320VC5402 DSP

49、芯片采用低電壓設(shè)計(jì)，并且采用雙電源供電，即內(nèi)核電源CVDD和I/O電源DVDD。I/O電源采用3.3V電源供電，而內(nèi)核電源采用1.6V供電，降低內(nèi)核電源的目的是為了降低功耗。由于TMS320VC5402 DSP芯片采用雙電源供電，使用時(shí)需要考慮它們的加電次序。在理想情況下，DSP芯片上的兩個(gè)電源應(yīng)該同時(shí)加電，但在有些場(chǎng)合很難做到。若不能做到同時(shí)加電，應(yīng)先對(duì)DVDD加電，然后再對(duì)CVDD加電，同時(shí)要求DVDD電壓不超過CVDD電壓2V。這

50、個(gè)加電次序主要依賴于芯片內(nèi)部靜電保護(hù)電路。內(nèi)部保護(hù)電路如圖2—4所示：</p><p>　　圖2—4 內(nèi)部靜電保護(hù)電路圖</p><p>　　從圖中可以看出，DVDD電壓不超過CVDD電壓2V，即用4個(gè)二極管降壓，而CVDD電壓不超過DVDD電壓0.5 V，即一個(gè)二極管降壓，否則有可能損壞芯片。</p><p>　　下圖2-5是產(chǎn)生3.3V的電源電路圖</p&

51、gt;<p>　　圖2—5 產(chǎn)生3.3V的電源電路</p><p>　　這個(gè)是產(chǎn)生3.3V電壓的電路圖，考慮大部分?jǐn)?shù)字系統(tǒng)使用的電源是5V，圖中VCC采用5V電壓。通過電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.3V電壓。</p><p><b>　　(2)晶振電路說明</b></p><p>　　振蕩器是用來將直流電源能量轉(zhuǎn)換為一定波形的交變振蕩信號(hào)能量

52、的轉(zhuǎn)換電路。利用石英晶體的壓電效應(yīng)可以做成晶體諧振器。石英晶振的固有頻率十分穩(wěn)定，它的溫度系數(shù)（溫度變化1°C所引起的固有頻率相對(duì)變化量）在10-6以下。另外，石英晶振的振動(dòng)具有多諧性，即除了基頻振動(dòng)以外，還可利用其泛音振動(dòng)。前者稱基頻晶體，后者稱泛音晶體。在工作頻率較高的晶體振蕩器中，多采用泛音晶體振蕩電路。在泛音晶振電路中，為了保證振蕩器能準(zhǔn)確地振蕩在所需要的奇次泛音上，不但必須有效的抑制掉基頻和低次泛音上的寄生振蕩，而且

53、必須正確的調(diào)節(jié)電路的環(huán)路增益，使其在工作泛音頻率上略大于1，滿足起振條件。而在更高的泛音頻率上都小于1，不滿足起振條件。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)所用的晶振電路如圖2—6所示：</p><p>　　圖2—6 晶振電路圖</p><p>　　2.3 DSP芯片與D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路</p><p>　　本文采用的是TMS320VC540

54、2DSP和TLC7528,則兩芯片的接口電路如下圖2-7所示：</p><p>　　圖2—7 接口電路圖</p><p><b>　　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件是建立在具體的硬件基礎(chǔ)上的，根據(jù)系統(tǒng)功能要求可靠的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。好的軟件設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮微控制器的運(yùn)算和邏輯控制功能，從而提高儀器的精度和使

55、用的方便性。該軟件設(shè)計(jì)是基于CCS開發(fā)環(huán)境的。CCS是TI公司推出的為開發(fā)TMS320系列DSP軟件的集成開發(fā)環(huán)境，是目前使用最為廣泛的DSP開發(fā)軟件之一。它提供了環(huán)境配置、源文件編譯、編譯連接、程序調(diào)試、跟蹤分析等環(huán)節(jié)，并把軟、硬件開發(fā)工具集成在一起，使程序的編寫、匯編、程序的軟硬件仿真和調(diào)試等開發(fā)工作在統(tǒng)一的環(huán)境中進(jìn)行，從而加速軟件開發(fā)進(jìn)程。本文采用了與硬件開發(fā)板相結(jié)合的在線編程模式，通過CCS軟件平臺(tái)上應(yīng)用C語言及MATLAB語言

56、來實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)發(fā)生裝置[8,9,10]。</p><p>　　3.1 基于泰勒展開實(shí)現(xiàn)正弦波</p><p>　　正弦波的波形可以也看作由無數(shù)點(diǎn)組成，則整個(gè)系統(tǒng)軟件由主程序和基于泰勒展開法的SIN子程序組成，相應(yīng)的軟件流程圖如圖3-1和圖3-2所示：</p><p>　　圖3-1 主流程圖 圖3-2 子流程圖</p

57、><p>　　程序中，N值為產(chǎn)生正弦信號(hào)一個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)，產(chǎn)生的正弦信號(hào)頻率與N數(shù)值大小及D／A轉(zhuǎn)換頻率f有關(guān)，產(chǎn)生正弦波信號(hào)頻率F的計(jì)算公式為：</p><p><b>　　F=f/N</b></p><p>　　因此，選擇每個(gè)正弦周期中的樣點(diǎn)數(shù)，改變每個(gè)采樣點(diǎn)之間的延遲，即通過調(diào)節(jié)N值產(chǎn)生不同頻率的波形，同時(shí)也可以利用軟件改變輸出的離散波形值乘

58、以相應(yīng)的縮放因子A，從而調(diào)節(jié)波形的幅度。</p><p>　　基于MATLAB語言實(shí)現(xiàn)正弦波</p><p>　　正弦波的波形可以看作由無數(shù)點(diǎn)組成，這些點(diǎn)與x軸的每一個(gè)角度值相對(duì)應(yīng)，利用MATLAB語言來計(jì)算x軸每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的y的值(在x軸取N個(gè)點(diǎn)進(jìn)行逼近)。其系統(tǒng)程序流程圖如下圖3-3所示：</p><p>　　對(duì)如何用MATLAB語言取得數(shù)據(jù)文件，本文后面將有介紹

59、。</p><p>　　圖3-3 系統(tǒng)程序流程圖</p><p>　　3.2.1 如何用MATLAB產(chǎn)生數(shù)據(jù)序列</p><p>　　MATLAB用兩個(gè)參數(shù)量x和n表示有限長(zhǎng)序列x(n)，x是x(n)樣值向量，n是位置向量（相當(dāng)于圖形表示方法中的橫坐標(biāo)n），n與x長(zhǎng)度相等，向量n的第m個(gè)元素n(m)表示樣值x(m)的位置。位置向量n一般都是單位增向量，產(chǎn)生語句為：

60、n=ns:nf；其中ns表示數(shù)據(jù)序列的起始點(diǎn)，nf表示數(shù)據(jù)序列的終止點(diǎn)。這樣將有限長(zhǎng)序列x(n)記為{x(n);n=ns;nf}。</p><p>　　例如，x(n)={-0.0000，-0.5878，-0.9511，-0.9511，-0.5878，0.0000，0.5878，0.9511，0.9511，0.5878，0.0000}，相應(yīng)的n= -5，-4，-3，…，5，所以序列x(n)的MATLAB表示如下：&

61、lt;/p><p><b>　　n=-5:5；</b></p><p>　　x=[-0.0000，-0.5878，-0.9511，-0.9511，-0.5878，0.0000，0.5878，0.9511，0.9511，0.5878，0.0000]</p><p>　　這里x(n)的11個(gè)樣值是正弦波序列的采樣值，即</p><p

62、>　　x(n)=sin(pin/5) n=-5，-4，…，0，…，4，5</p><p>　　所以，也可以用計(jì)算的方法產(chǎn)生序列向量：</p><p>　　n=-5:5； x=sin(pi*n/5)；</p><p>　　所以1.1節(jié)中的(1-1)式可以利用下面一段MATLAB程序來產(chǎn)生sin100.dat的數(shù)據(jù)文件。</p><p

63、>　　sine=sin([0:99]’ *2*pi/200)；%生成正弦數(shù)據(jù)</p><p>　　save sin100.dat sine-ascii %輸出數(shù)據(jù)文件sin100.dat </p><p>　　基于C語言實(shí)現(xiàn)正弦波</p><p>　　產(chǎn)生正弦波的流程圖如下圖3-4：</p><p>　　圖3-4正弦波的流程圖&

64、lt;/p><p>　　該流程圖的C語言編寫程序如下：</p><p>　　ioport unsigned int port1000，port1001，port1002； </p><p>　　#define DAC0 port1000</p><p>　　#define DAC1 port1001</p><p>　　

65、#define LDAC port1002</p><p>　　int COSN[289]={219， 128，131，134，137， 141，144，147， 150，</p><p>　　219，153，156，159， 162，165， 168， 171， 174，</p><p>　　219， 177， 180，183， 186， 188， 191， 19

66、4， 197，</p><p>　　219， 199， 202，204， 207， 209， 212， 214， 216，</p><p>　　219， 218， 221， 223， 225， 227， 229， 231， 233，</p><p>　　219， 234， 236， 238， 239， 241， 242， 244， 245，</p>&

67、lt;p>　　219， 246，247， 248， 249， 250， 251， 252， 253，</p><p>　　219， 253， 254， 255， 255， 255， 255， 255， 255，</p><p>　　219， 255， 255， 255， 255， 255， 255， 254， 253，</p><p>　　219， 253，

68、 252， 251，250， 249， 248， 247，246，</p><p>　　219， 245， 244， 242，241， 239，238， 236， 234，</p><p>　　219， 233， 231， 229， 227，225， 222， 221， 218，</p><p>　　219， 216， 214， 212， 209， 207，204

69、， 202， 199，</p><p>　　219， 197，194，191，188，186，183，180，177，</p><p>　　219，174， 171， 168，165，162，159， 156， 153，</p><p>　　219， 150， 147， 144，141， 137， 134， 131， 128，</p><p>

70、;　　219， 128，124，121， 120， 114， 113， 111， 108，</p><p>　　219，105， 102，99， 96，93， 90， 87，85，81，</p><p>　　219， 78， 76，72，69，67，64，61， 58，</p><p>　　219， 56，53，51，48， 46， 13， 41， 39，</

71、p><p>　　219， 37， 34， 32， 30，28，26，24，22，</p><p>　　219， 21， 19，17， 16，14， 13， 11， 10，</p><p>　　219， 9， 8，7，6，5，4， 3， 2， </p><p>　　219， 2， 1， 0， 0， 0， 0， 0， 0，</p>&l

72、t;p>　　219， 0，0， 0， 0， 0， 0， 1， 2，</p><p>　　219， 2，3，4， 5， 6，7，8，9，</p><p>　　219，10， 11， 13， 14， 16， 17， 19， 21，</p><p>　　219， 22， 24， 26， 28， 30， 32， 34， 37，</p><p>

73、　　219， 39，41， 43， 46，48， 51， 53，56，</p><p>　　219， 58， 61， 64， 67， 69， 72， 76，78，</p><p>　　219，81，85，87， 90， 93， 96， 99， 102，</p><p>　　219， 105， 108， 111， 114， 118， 121， 124， 128， &l

74、t;/p><p><b>　　}；</b></p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned int uDA0，uDA1，i；</p><p><b>　　for(；；)

75、</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uDA0=0；</b></p><p><b>　　uDA1=0；</b></p><p>　　for(i=0；i<=289；i++)</p><p><

76、;b>　　{</b></p><p>　　DAC0=uDA0；</p><p>　　DAC1=uDA1；</p><p>　　LDAC=0x1f；</p><p>　　uDA0=COSN[i]； </p><p>　　uDA1=COSN[i]； </p><p>&

77、lt;b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　軟件調(diào)試系統(tǒng)使用說明及實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　CCS是一種針對(duì)TMS320系列DSP芯片的集成開發(fā)環(huán)境，在Windows操作系統(tǒng)下，采用圖形接口界面

78、，提供環(huán)境配置、源文件編輯、程序調(diào)試、跟蹤和分析等工具，可以幫助用戶在一個(gè)軟件環(huán)境下完成編輯、編譯、連接、調(diào)試和數(shù)據(jù)分析等工作。CCS有兩種工作模式，即軟件仿真器和硬件在線編程，軟件仿真器模式可以脫離DSP芯片，在PC機(jī)上模擬DSP的指令集和工作機(jī)制，主要用于前期算法實(shí)現(xiàn)和調(diào)試。硬件在線編程可以實(shí)時(shí)運(yùn)行在DSP芯片上，與硬件開發(fā)板相結(jié)合進(jìn)行在線編程和調(diào)試應(yīng)用程序。</p><p>　　將程序裝載到DSP目標(biāo)芯片中

79、，波形實(shí)現(xiàn)結(jié)果可以在CCS圖形顯示界面直觀地表示出來(見圖4-1)或者用示波器觀察輸出結(jié)果如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-1 圖形觀察窗口</p><p>　　圖4-2 示波器觀察波形</p><p>　　輸出結(jié)果顯示，在CCS圖形觀察窗口得到了頻率穩(wěn)定，信號(hào)干擾小，波形失真度較小的正弦信號(hào)；利用示波器也可觀察到波形較好，穩(wěn)定的正弦信號(hào)。 <

80、/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文從理論上介紹了信號(hào)發(fā)生器的電路，信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是首先要確定了信號(hào)的算法。文中介紹的信號(hào)發(fā)生器是以TMS320VC5402 DSP芯片和TLC7528為硬件平臺(tái)；結(jié)合軟件的靈活運(yùn)用，可產(chǎn)生幾種常見的波形，如：三角波、鋸齒波、方波、正弦波等信號(hào)。因?yàn)檎倚盘?hào)是信號(hào)組成的基本單元，所以本文的信號(hào)發(fā)生器以正弦

81、信號(hào)為例，第一章中介紹了正弦信號(hào)的幾種常見的算法并做了簡(jiǎn)要的比較。信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)中，硬件的結(jié)構(gòu)和軟件的編程的設(shè)計(jì)都非常重要，文中給出了詳細(xì)的介紹。 隨著科技發(fā)展趨勢(shì)的需要，信號(hào)發(fā)生器的使用也日趨方便靈活。本文設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器利用了DSP芯片的快速，編程方便，精度高，穩(wěn)定行好，接口方便，集成度高的優(yōu)點(diǎn)，可產(chǎn)生產(chǎn)生干擾性小波形失真度較小的正弦信號(hào)；利用示波器也可觀察到較穩(wěn)定的正弦信號(hào)。它比傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器具有一定的獨(dú)到之處。其使用

82、方便，而且還有許多可拓展的功能，故其適用面更加寬廣。鑒于DSP有效的性價(jià)比，且利用DSP作為主控，制器來提高傳統(tǒng)產(chǎn)品的性能已大勢(shì)所趨，因此本設(shè)計(jì)的應(yīng)用對(duì)提高工程及教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平具有一定的意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1].喬瑞萍，崔濤，張芳娟. TMS320VC54x DSP原理及應(yīng)用，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20

83、06.</p><p>　　[2].劉建科，王艷芬，王勝利. 基于DSP信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，制造與設(shè)計(jì)，2005（5）：125-128.</p><p>　　[3] 劉丹，周又玲. 用DSP實(shí)現(xiàn)幅度和頻率可調(diào)的正弦波，信息技術(shù).2003年，第27卷：74-76.</p><p>　　[4].Vinay K Ingle，John G Proakis. 數(shù)字信號(hào)處理

84、及其MATLAB實(shí)現(xiàn)（ 陳懷琛，王朝英，高西全，譯）. 北京：電子工業(yè)出版社，1998.</p><p>　　[5].李真芳，蘇濤，黃小宇. DSP程序開發(fā)—MATLAB調(diào)試及直接目標(biāo)代碼生成.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.</p><p>　　[6]王樹青. 先進(jìn)控制技術(shù)及應(yīng)用.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　[7]TMS320C5

85、4x DSP Reference Set: CPU and peripherals (literature number SPRU131) [M]. Texas Instruments Inc, 1997.</p><p>　　[8]. 高西全，丁玉美. 數(shù)字信號(hào)處理.西安： 西安電子科技大學(xué)出版社，2008（3）：5-6.</p><p>　　[9]. 譚浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì)（第二版）.北

86、京：清華大學(xué)出版社，1999.12.</p><p>　　[10]李哲英. DSP基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20001.8.</p><p><b>　　附錄一</b></p><p><b>　　原理圖</b></p><p><b>　　致 謝</b&

87、gt;</p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，有不少老師與同學(xué)給予我支持和幫助，在此表示衷心感謝！特別感謝溫艷老師對(duì)我的精心指導(dǎo)，溫老師有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，給我們進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的指導(dǎo)。老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。由于我們經(jīng)驗(yàn)不足和時(shí)間緊迫，我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程遇到了好多的疑難問題，這個(gè)過程中溫老師給我們提供了好多的指導(dǎo)和幫助，用他自己的豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)幫我們解決了問題，同時(shí)我們也從

88、他那里學(xué)習(xí)到了好多的知識(shí)，為今后我們走上社會(huì)工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。還要感謝院領(lǐng)導(dǎo)和計(jì)算機(jī)房的老師給我們創(chuàng)造了良好的條件，以及其他幫助我的老師和同學(xué)。再次對(duì)他們表示衷心感謝！</p><p>　　隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的即將結(jié)束，我將踏入社會(huì)，走向自己的工作崗位，擁有新的生活和工作環(huán)境，大學(xué)四年的時(shí)間里我學(xué)會(huì)了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，學(xué)會(huì)了如何獨(dú)立生活和如何與人相處，在此，向母校的老師和幫助我的同學(xué)表示衷心感謝！</p&g