基于DSP正弦信号发生器设计.pdf

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本文提出了一种基于TMS320C5402的正弦信号发生器的设计方法。
Oeek电子工程网 没有按下键时,对应的I/0接口线输入为高电平,当按下键时,对应的 I/0接口线输入为低电平,则请求中断INT1。而在读键时,每一个键的状态通 过读入键值的高低电平来反应。在中断服务程序中通过执行判键程序,判断是哪 个键按下,从而设置对应的幅度和频率,执行产生正弦波形的程序。 独立式键盘的电路配置灵活、软件简单。但每个按键要占用1根I/0接I 线,在按键较多吋,Ⅰ/0接凵线浪费较大。故在按键数量不多吋采用这种方法, 本系统采用4个独立按键,而DSP芯片有足够的Ⅰ/0接口可供使用,设计时可 以充分利用这一特点来连接硬件,至于对按键时抖动的消除可在软件中完成。使 用中断,可提高CPU的效率,实现资源共享和并行处理,同时也可以在芯片运行 过程中对突发故障做出及时发现和处理。 2系统软件设计 2.1正弦波形产生原理 常见产生正弦波的方法有6种:(1)采样回放法;(2)实时计算法;(3 查表法;(4)查表结合插值法;(5)数值迭代法;(6)泰勒级数展开法 采样回放法容易实现,但系统的扩展性差,且并没有充分利用DSP的数据计 算处理能力。实时计算法需要花费较多时间,只能产生较低频率的正弦波,而且 存在计算精度与计算时问的矛盾。查表法的精度受表的大小影响较大,表越大精 度越高,但是存储量也越大。査表结合插值法亦称混合法,用它产生的正弦波达 不到理想的精度。数值迭代法较难编写岀清晰的程序来。泰勒级数展开法是一种 有效的方法,与查表法和查表结合插值法相比,该方法需要的存储单元很少,而 且精度更高。一个角度为的正弦和余弦函数,展开成5项泰勒级数如下 1-X g-9 1(上2(-) 式中,x为θ的弦度值,正弦波的波形可以看成是由无数个点组成,这些 点与x轴的每个角度值相对应,利用DSP可大量重复计算的优势来计算出x轴每 点对应的y值,然后通过D/A转换即可输出连续的正弦模拟信号 2.2变频调幅的方法 (1)16位定时模块。 Oeek电子工程网 C5402DSP芯片片内定时器是一个软件可编程的计数器,它包括以下3个16 位存储器映射寄存器:定时寄存器TIM,定时器周期寄存器PRD和定时控制寄存 器TCR。片内定时器中,4位的预定标计数器PSC和16位定时计数器TM组成 个20位的计数器,定时器每个CPI时钟周期减1,每次计数器减到0将产生定 时器中断(TINT),同时PSC和TIM重新载入预设的值。定时器中断TINT的速 率可由式(3)计算。 TINTrate-ixux t x(TDDR+1) X(PRD+1) (2)变频调幅实现方法。 调幅的实现相对简单,只需在所有采样值前乘以一个调幅因子A1就可得到 相应的弦波幅值A。而调频的实现必须依赖于C5402芯片内的16位定时器。 DSP芯片不断向D/A芯片送出采样值,然后经模数转换后可在示波器上观察到 连续的正弦波形。先预设要产生的正弦信号频率为f,根据正弦波生成原理可知, 向D/A送出采样值的闩隔,即向D/A送值的周期T1-T/N(N为采样点数), 那么向D/A送值的频率为f1N×f,即向D/A送值的频率是期待产生的正弦波 信号频率的N倍。 因此,为了能够调节产生正弦信号的频率,实际上改变向D/A芯片送值的 频率即可。而改变向D/A芯片送值的频率就得用到C5402芯片内的16位定时器。 根据式(3)将需要的频率值换算成PRD内的初值和TDR的初值,并将该初值分 别置入PRD和TDDR。 2.3软件设计 软件系统釆用模块化结构设计,主要包括DSP主程序,中断程序和键盘驱动 程序。DSP系统的主程序流程图如图4所示。先对系统进行检测、配置 McBsp端 口等,开启中断调用键盘驱动程序读取键值并处理,进入中断后根据相应的键值 设置相应的信号参数,并通过D/A转换,产生不同幅度、频率的正弦波 Oeek电子工程网 (开始) 复位控测 系统初始化 配置 MCBSP端口 开中断 调用键盘驱动程序 健值读取及处理 屮断处理 4主程序流程图 中断程序流程图如图5所示。首先根据键盘的按键值选择口设置好的正弦波 的幅度与频率,然后按以下步骤执行:(1)计算0°~45°的正弦和余弦值; (2)利用正弦函数倍角公式sin2x=2 SInX CosX,计算0°~90°的正弦值;(3) 通过复制,获得0~359°的正弦值:(4)将0°~359°的正弦值重复输出,便 可以得到正弦波。 中断的入口地址 关中断 根据不同的按键值 设置相应的信号參数 计算0°-90° 调用子程序 cas日和sin日 计算91°-179 计算180°-359° 发送给DAC循环输出 返国中断 图5中断序流图 Oeek电子工程网 在CCS开发环境下编程,通过仿真器将程序下载到DSP芯片中,选择不同的 按键产生相应的中断,即可在示波器中观察到相应的正弦波形。所产生的波形具 有精度高,幅值稳定的特点,同时具有较强的实时性和灵活性。 3结束语 DSP芯片具有的特殊软硬件结构和指令系统,使其能高速处理各种数字信号 处理算法。基丁此设计的正弦信号发生器具有速度高、精度高的特点。同时该系 统依靠简的外部硬件电路设计和合理的软件程序设计,能够产生幅度和频率可 调的高稳定度正弦波。而且该系统的可扩展性良好,只需要在屮断服务程序屮改 变送往D/A芯片中的采样值,而不改动任何硬件电路,就可以实三角波、方 波乃至更复杂波形的输出。鉴于DSP不断提高的性价比,故在传统产品中采用 DSP作为主控制器已成为一种趋势。

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