引言順應(yīng)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的發(fā)展，信號(hào)是運(yùn)載系統(tǒng)消息的工具，是消息的載體?；贒SP的信號(hào)發(fā)生器的概念體現(xiàn)在數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換技術(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)通信信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展、進(jìn)步，信號(hào)的正確傳輸顯得日益突出。對(duì)于簡(jiǎn)單的配置信號(hào)發(fā)生器，靈活的控制，輸出信號(hào)的穩(wěn)定性和高的精度。另外一個(gè)儀器體積小，性價(jià)比高，在日常學(xué)習(xí)生活中有著非常廣泛的應(yīng)用。軟件是模塊化設(shè)計(jì)，使邏輯編程變得更加簡(jiǎn)潔，易懂，易學(xué)。DSP所確立的高速處理器重要性我們可想而知是相對(duì)穩(wěn)定的，而且中國(guó)現(xiàn)在的市場(chǎng)已經(jīng)是以數(shù)字信息技術(shù)為中心。與以往的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器相比，具有更快的速度、更實(shí)用、更方便。廣泛應(yīng)用于科研和生產(chǎn)實(shí)踐中。DSP(digitalsignalprocessing)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]，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)。生成系統(tǒng)的需要來(lái)設(shè)置頻率和正弦波的振幅[3];一切依據(jù)來(lái)自于科學(xué)。也介紹了對(duì)MATLAB仿真的運(yùn)用[4]。本次研究的信號(hào)發(fā)生器相對(duì)于原來(lái)的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器其發(fā)展速度和實(shí)用性更強(qiáng)。1正弦波信號(hào)生成算法本次設(shè)計(jì)以正弦波信號(hào)生成算法有很多，下面幾項(xiàng)為常見(jiàn)的幾種算法1.1采樣回放法采樣回放法是一種極簡(jiǎn)單獲取方法，我們采樣的現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號(hào)源，播放之前獲得的數(shù)據(jù)。此方法進(jìn)行關(guān)鍵問(wèn)題在于采樣高性能的A/D、D/A芯片并規(guī)范的設(shè)計(jì)規(guī)劃出系統(tǒng)所需要的硬件控制電路，使信號(hào)分析得來(lái)的波形能夠保持良好，才可保證采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)處理數(shù)字頻率和振幅，以及數(shù)據(jù)的格式，以確保清晰的重放數(shù)據(jù)點(diǎn)滿足奈奎斯特定理，頻率，以防止混疊1.2查表法查表法是屬于企業(yè)普遍地方法，最開(kāi)始可以生成的是正弦變化數(shù)據(jù)表，然后進(jìn)行查找表格、D/A轉(zhuǎn)換，得出我們期望的波形。它的優(yōu)點(diǎn)是放回時(shí)其處理速度、頻率調(diào)制方法是較好的，以避免單個(gè)數(shù)據(jù)，提高它的精準(zhǔn)度。如果我們采用的存儲(chǔ)的空間很大的話，我們可以自己去設(shè)計(jì)一個(gè)較大查找表實(shí)現(xiàn)所需要的高精度。現(xiàn)在我們構(gòu)建一個(gè)正弦數(shù)據(jù)表為200個(gè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如下，使用查找表去設(shè)定一個(gè)正弦波實(shí)現(xiàn)的頻率與幅值，然后根據(jù)所需要的數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)正弦查找表。結(jié)合實(shí)際情況分析每周期最多送出的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，這里舉個(gè)例子:假定我們送出了200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，就需要建立一張有200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的正弦查找表。如果每個(gè)周期的正弦波頻率取為f，則每周期200個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，得出取樣間隔就是(1/f）/200=1(200f),幅值取1時(shí)的正弦波如下式：sinnw=sin(2πf.n/200f)=sin(nπ/100)（1-1）n=0，1，2，……，199這里采用MATLAB軟件來(lái)產(chǎn)生一個(gè)200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[5]。1.3查表結(jié)合插值法查表結(jié)合插值法是在查表的基礎(chǔ)上進(jìn)行加以分析改進(jìn)企業(yè)得到的[6]。我們做一個(gè)產(chǎn)生相同性能的正弦波，相對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的表查找表的長(zhǎng)度的內(nèi)插查找表的組合長(zhǎng)度小得多，因此克服的查找表的缺點(diǎn)在內(nèi)存密集型，這樣內(nèi)存空間等夠得到節(jié)省。查表結(jié)合插值法的表格表如下表1-1。對(duì)企業(yè)進(jìn)行規(guī)劃的話，將一個(gè)經(jīng)濟(jì)周期的單位正弦波劃分成為N等份，然后對(duì)企業(yè)進(jìn)行離散點(diǎn)幅值有次序的排列存進(jìn)該數(shù)據(jù)區(qū)，最后獲得一個(gè)完整的表格表1-1查表法結(jié)合插值法的表格格式序號(hào)（I）度數(shù)函數(shù)值012…N-2N-10×360°/N1×360°/N2×360°/N…N-2×360°/NN-1×360°/Nsin(0°/N)sin(360°/N)sin(720°/N)…sin[(N-2)360°/N]sin[(N-1)360°/N]將兩表項(xiàng)之間插入若干個(gè)值去實(shí)現(xiàn)查表結(jié)合插值法產(chǎn)生的正弦波形，其插入值的大小由插入點(diǎn)的位置和相鄰兩表項(xiàng)值。其采用線性插值法，原因是由于DSP處理速度相對(duì)較快。每一個(gè)插值根據(jù)下式得到：sin[360(I+D)/N]=sin(360I/N)+D{sin[360(I+1/N]-sin(360I/N)}（1-2）式中，D是介于0到1之間的一個(gè)小數(shù)，它表示為插值點(diǎn)相對(duì)左邊表項(xiàng)點(diǎn)的相對(duì)位置；N是表格長(zhǎng)度；相鄰兩個(gè)表項(xiàng)值為sin(360I/N)和sin[360(I+1)/N]。2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)要做好硬件設(shè)計(jì)就需要將dsp芯片和D/A芯片連接起來(lái)做一個(gè)我們要使用的芯片，其核心為dsp芯片，構(gòu)成的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，后面再結(jié)合軟件編程便實(shí)現(xiàn)如下功能：可以產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波、方波等。對(duì)于產(chǎn)生的波形可以改變相位，頻率和振幅。圖2-1硬件結(jié)構(gòu)圖2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想dsp芯片產(chǎn)生所得的波形，可以通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，該系統(tǒng)核心為TMS320VC5402型dsp芯片。注意，如果要使得整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，必須正確連接dsp芯片和D/A轉(zhuǎn)換芯片，為了保證芯片的正常操作。D/A轉(zhuǎn)換器可以進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后我們的模擬信號(hào)輸出波形將在示波器上輸出顯示出來(lái)。這就是硬件解決方案所需要做的問(wèn)題。在整個(gè)方案里面，DSP硬件和d/A轉(zhuǎn)換器，以啟動(dòng)該程序可以生成一個(gè)通用的硬件方波，正弦波，三角波，鋸齒波。這些波形的輸出信號(hào)頻率、幅度都可以進(jìn)行控制DSP的輸入系統(tǒng)程序來(lái)控制。近年來(lái)，dsp技術(shù)突飛猛進(jìn)，其運(yùn)算速度有著很大的提升。2.2系統(tǒng)相關(guān)電路的介紹2.2.1DSP芯片的特點(diǎn)及使用說(shuō)明Dsp芯片支持流水線操作，它的運(yùn)算速度可達(dá)值和指令周期分別是100MI/S(兆指令/秒)，是10ns；系統(tǒng)算法程序片內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行可由dsp芯片C5402片內(nèi)的16k雙訪問(wèn)RAM去實(shí)現(xiàn)。這里保存算法處理的中間數(shù)據(jù)使用IM程序擴(kuò)展空間是足夠的。Dsp芯片TMS320VC5402的組成部分包括了中央處理器CPU，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，程序存儲(chǔ)器ROM，I/O接口功能，定時(shí)器，中斷系統(tǒng)，主機(jī)接口HPI等[1],[7]。主要功能如下：(1)中央處理器（CPU）DSP芯片的核心就是它的中央處理器，中央處理器的幾個(gè)特點(diǎn)如下：(a)總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這里的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)一組程序總線，三組數(shù)據(jù)總線和四組地址總線來(lái)完成。(b)中央處理器配有兩個(gè)地址生成器，包括輔助寄存器8個(gè)和輔助寄存器運(yùn)算單元兩個(gè)。(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMDsp芯片C5402有兩種片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：(a)雙尋址RAM：表示周期為一個(gè)指令周期內(nèi)，可以對(duì)它進(jìn)行尋址操作讀入和讀出兩次存取操作；(3)程序存儲(chǔ)器ROMTMS320VC5402的程序存儲(chǔ)器可由ROM、RAM配置而成，程序空間定義在ROM和RAM上均可實(shí)現(xiàn)。當(dāng)我們需要高速運(yùn)行程序的時(shí)候，就選擇把片外ROM的程序調(diào)入片內(nèi)RAM中，這樣就加速了程序的運(yùn)行。(4)I/O口我們用到的TMS320VC5402芯片的兩個(gè)通用引腳是BIO和XF,BIO的功能是檢測(cè)外部設(shè)備工作狀態(tài)，XF的顯性功能是用于發(fā)信號(hào)給外部設(shè)備。(5)定時(shí)器定時(shí)器即為用于產(chǎn)生定時(shí)中斷，從而編程計(jì)數(shù)器定時(shí)器。定時(shí)器的構(gòu)成包括PRM(定時(shí)周期寄存器)、TM(定時(shí)寄存器)、TCR(定時(shí)控制寄存器)及相應(yīng)的邏輯控制電路組成。(6)中斷系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)使用的TMS320VC5402的中斷系統(tǒng)分為軟件中斷和硬件中斷。軟件中斷：程序指令觸發(fā)為軟件中斷，包括：INTR、TRAP、RESET。硬件中斷：硬件中斷主要包括企業(yè)外部中斷和內(nèi)部控制中斷。(7)主機(jī)接口HPI主機(jī)接口HPI是一個(gè)連接主機(jī)通信的并行接口，其實(shí)用性是用于dsp與其他總線或cpu進(jìn)行通信，信息的數(shù)據(jù)交換可以通過(guò)TMS320VC5402的片內(nèi)存儲(chǔ)器與主機(jī)進(jìn)行。圖2—2HPI接口框圖2.2.2D/A轉(zhuǎn)換器TLC7528使用說(shuō)明TLC7528是內(nèi)部具有它們單獨(dú)的數(shù)據(jù)鎖存器的雙路、8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，主要特性包括兩DAC十分精密的一致性，數(shù)據(jù)通過(guò)公共8位輸入口轉(zhuǎn)送至兩DAC數(shù)據(jù)鎖存器中任意一個(gè)。TLC7528C的工作特點(diǎn)如下：(a)能完成片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存；(b)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)微處理器接口；(c)使用過(guò)程中每一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)具有單調(diào)性；(1)結(jié)構(gòu)框圖：TLC7528的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示：3TLC7528的結(jié)構(gòu)框圖圖2—3TLC7528的結(jié)構(gòu)框圖TLC7528的引腳描述：表2—1TLC7528的引腳定義引腳名稱描述引腳名稱描述1AGND模擬地11OUTB通道2輸出2OUTA通道1輸出12RFTB通道2反饋電壓3RFBA通道1反饋電壓13REFB通道2參考電壓4REFA通道1參考電壓14VDD驅(qū)動(dòng)電壓5DGND數(shù)字地15WR讀寫選通6A/B通道1，2選通16CS片選7DB7數(shù)據(jù)位717DB0數(shù)據(jù)位08DB6數(shù)據(jù)位618DB1數(shù)據(jù)位19DB5數(shù)據(jù)位519DB2數(shù)據(jù)位210DB4數(shù)據(jù)位420DB3數(shù)據(jù)位3(3)TLC7528的工作原理：TLC7528的工作原理是一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器，其特點(diǎn)豐富，能夠完成片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存器的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)控制輸入和輸出，它的工作電源為5-15V，功率消耗也較低，小于15Mw,其功能特點(diǎn)是加權(quán)電流在DAC和AGND之間切換，可適用于高通濾波器，在編程狀態(tài)可以運(yùn)用。在完成時(shí)設(shè)計(jì)電路必須考慮TLC7528的工作原理，和他所適用的范圍2.2.3電源電路和晶振電路使用說(shuō)明對(duì)應(yīng)于DSP芯片和其他外圍芯片完整的DSP系統(tǒng)中，以下描述中所需要的電路設(shè)計(jì)，復(fù)位電路和晶體振蕩電路使用的功率。(1)電源電路如何使用TMS320VC5402DSP芯片所需要提供的電源電路，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)也很合理，對(duì)保護(hù)dsp芯片起到很大的作用，供電過(guò)程中，內(nèi)部電路連接將降低電流得而輸入，一般確保在5V以下，為了能夠輸出穩(wěn)定的電壓，要使電路工作可靠性強(qiáng)，使用效果好所以選用了DSP芯片VC5402。過(guò)程中需要考慮到芯片的內(nèi)部靜電保護(hù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)上電順序..內(nèi)部保護(hù)電路如圖2—4所示：圖2—4內(nèi)部靜電保護(hù)電路圖從上面的內(nèi)部保護(hù)電路可以看到，CVDD電壓相對(duì)較低于DVDD電壓2V，即用考慮了用4個(gè)二極管降壓，然而CVDD電壓不超過(guò)DVDD電壓0.5V，即是使用一個(gè)二極管降壓，否則就會(huì)導(dǎo)致芯片會(huì)被損壞。產(chǎn)生3.3V的電源電路圖如下2-5所示圖2—5產(chǎn)生3.3V的電源電路通常的數(shù)字系統(tǒng)使用的電源是5V，而這里電路圖所產(chǎn)生的電源為3.3V，圖中VCC使用電源是5V，通過(guò)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生3.3V電壓。2.3DSP芯片與D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路基于dsp信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，本次采用的芯片是TMS320VC5402DSP和TLC7528,將兩芯片連接如下圖2-7所示的接口電路：圖2—7接口電路圖3系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分系同的軟件設(shè)計(jì)依賴于執(zhí)行的硬件系統(tǒng)，必須在硬件的基礎(chǔ)上才能完成軟件的支撐，軟件部分可以進(jìn)行編譯，仿真修改。通過(guò)仿真器提前去驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)的我們期望的波形圖，如果達(dá)到合理波形，再到示波器上進(jìn)一步監(jiān)測(cè)。確保我們后期做實(shí)物的時(shí)候，不要浪費(fèi)原材料。軟件部分，對(duì)系統(tǒng)的組成和邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，本次設(shè)計(jì)以MATLAB語(yǔ)言和實(shí)現(xiàn)仿真為重點(diǎn)討論，而在MATLAB中需要設(shè)計(jì)模型框圖，在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)圖形生成代碼，在現(xiàn)在的技術(shù)層面，MATLAB是非常成熟的，而且實(shí)用性也很好，下面講述模塊的詳細(xì)過(guò)程3.1基于MATLAB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)正弦波我們要在MATLAB下實(shí)現(xiàn)正弦波，可以建立一個(gè)系統(tǒng)流程圖，通過(guò)MATLAB語(yǔ)言可以計(jì)算出每一個(gè)期望值，要在硬件的基礎(chǔ)上完成波形仿真，首先在這上面試運(yùn)行，包括程序語(yǔ)言的編寫，MATLAB坐標(biāo)值的X與Y一一對(duì)應(yīng)，我們選定一個(gè)采樣頻率，可生成不同頻率的正弦波程序，其實(shí)現(xiàn)的過(guò)程為生成正弦波的頻率，采樣頻率，采樣點(diǎn)數(shù)，時(shí)間序列最后完成畫圖對(duì)如何用MATLAB語(yǔ)言取得數(shù)據(jù)文件，本文后面將有介紹。開(kāi)機(jī)上電開(kāi)機(jī)上電數(shù)據(jù)文件載入到RAMDSP初始化AD轉(zhuǎn)換發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束圖3-3系統(tǒng)程序流程圖3.1.1如何用MATLAB產(chǎn)生數(shù)據(jù)序列在MATLAB中表示有限長(zhǎng)序列X(n)。通過(guò)信號(hào)頻率Hz，采樣頻率，采樣點(diǎn)數(shù)和采樣時(shí)間s，fs值越大，出現(xiàn)的波形失真就越小。最后進(jìn)行信號(hào)采樣。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：n=-5:5；x=[-0.0000，-0.5878，-0.9511，-0.9511，-0.5878，0.0000，0.5878，0.9511，0.9511，0.5878，0.0000]這里x(n)的11個(gè)樣值是正弦波序列的采樣值，即x(n)=sin(pin/5)n=-5，-4，…，0，…，4，5所以，也可以用計(jì)算的方法可以產(chǎn)生時(shí)間序列向量：n=-5:5；x=sin(pi*n/5)；所以1.1節(jié)中的(1-1)式可以使用下面MATLAB程序內(nèi)容來(lái)生成sin100.dat的數(shù)據(jù)文件。sine=sin([0:99]’*2*pi/200)；%生成正弦數(shù)據(jù)savesin100.datsine-ascii%輸出數(shù)據(jù)文件sin100.dat4軟件調(diào)試系統(tǒng)使用說(shuō)明及實(shí)驗(yàn)結(jié)果CCS調(diào)試完成最終的軟件調(diào)試并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在我們完成編譯后，下載程序并驚醒功能調(diào)試，整個(gè)實(shí)現(xiàn)過(guò)程為單步調(diào)試、運(yùn)行到光標(biāo)處、運(yùn)行到斷電處、停止，最后全速運(yùn)行。這里我們要學(xué)習(xí)的是如何添加斷點(diǎn)與如何取消，斷點(diǎn)添加則是在代碼前雙擊即可，哪行出錯(cuò)就修改哪行；對(duì)于取消則是在剛剛設(shè)計(jì)的那個(gè)位