发布于：2007/6/8 8:57:53 | 478 次阅读
摘 要：介绍了TMS320C5402实现正弦信号发生器的设计原理和实现方法。该信号发生器所产生的正弦波波形清晰、稳定性好，调频、调幅功能均由软件实现。
电子技术、机械、电声、水声及生物等领域可能经常要用到正弦波，而一般它都由数字集成电路或分立元件构成的信号发生器产生，这里介绍一种用DSP实现的正弦信号发生器，其调幅、调频功能均由软件实现，而且有较好的可扩展性、稳定性，与计算机接口方便。
1硬件设计
这是一个以TMS320C5402为DSP系统，硬件电路框图如下：
发生波形时，DSP通过接口电路实现对波形参数的控制，产生高的正弦波，经模数转换后输出。
1.1DSP
DSP芯片采用的是TI公司性价比良好的TSM320C5402［１］。它采用修正的增强型哈佛结构，程序和数据分开存放，内部具有8组高度并行总线，一组程序总线、3组数据总线和4组地址总线，从而保证完成并行指令操作。40位算术逻辑单元ALU以及17位×17位并行乘法器与40位专用加法器相连，可用于非流水线式单周期乘法/累加运算。双地址生成器，包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术运算单元RARU，使得周期定点指令的执行时间达到100MIPS。
片上集成有192K存储空间：64K字程序空间、64K数据空间、64K字I/O空间，它具有23条外部程序地址线，可寻址1M字的外部程序空间，因此增设了额外的存储映射程序技术扩展寄存器XPC，以及6条扩展程序空间寻址指令，整个程序空间分成16页。同时可寻址64K外部数据空间、64K外部I/O空间。RAM包括两种类型，一是只可以寻址的SARAM，二是可以两次寻址的DARAM。此外，还有数据存储器0页映射的25个特殊功能寄存器。
IEEE1149.1标准扫描逻辑电路(JTAG)用于仿真和测试，它提供对所连设备边界扫描。同时，它也能用来测试引脚到引脚的连续性，以及完成对C5402芯片的外围器件的操作测试。IEEE1149.1标准扫描逻辑电路与能访问片内所有资源的内部扫描电路相连，因而C5402芯片能用其与专用仿真引脚来完成在线仿真。
1.2D/A
由于信号发生器的要求高，数模转换部分采用了AD767。它是12位的并行数字接口苡片。该芯片在单片内包括了输入锁存和高稳定的电压参考源。电压参考源具有低噪声、小温度漂移、高稳定度等优点，锁存脉冲宽度位40ns；转换器用12位高速双极性电流调整开关和激光调整薄膜电阻网络来提供高；整个工作温度区域内具有±1/2LSB线性误差。
2软件设计
2.1基本算法
产生正弦波的方法很多，这里采用的是泰勒级数法，与查表法和查表结合插值法相比，该法具有节约存储空间，高等优点，而且展开的级数越多，失真度就越小。但因其运算量较大，所以适用于对速度要济南市不严格的场合。
一个角度为θ的正弦和余弦函数，都可以展开成泰勒级数，取其前五项进行近似：
式中：x为θ的弦度值，x=f×2π/fs(fs是采样频率，f是所要发生的信号频率)。
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轴每一点对应的y值，然后通过D/A转换即可输出连续的正弦模拟信号。
调频可以通过调节x值来进行，调幅时可将输出的离散波形值乘以相应的缩放因子。
2.2软件流程图
整个系统软件是由主程序和调频、调幅的子程序组成。
由于实验采用的是小数形式，所以得不到弧度大于1的正弦值。但由于正弦信号的特殊对称形式，完全可以实现正弦波的完整输出。
π/4的弧度为0.7854<1，即0～π/4之间的任意正弦、余弦值均可以得到，又可利用公式sin2α=2sinαcosα得到0～π/2之间的正弦值，而0～π/2的正弦曲线与π/2～π的正弦曲线关于x=π/2左右对称，于是得到π/2～π的正弦值0～π的正弦曲线的相反数通过x=π又与π～2π的曲线左右对称。这样，一个周期内完整正弦波就得到了。
3结束语
用DSP设计的正弦信号发生器电路简单，调节方便，误差在万分之一以内，产生的波形失真度较小，而且还有进一步拓展功能，如产生三角波信号、方波信号、直流信号、调制信号等，从而使其能应用到更加广泛的领域中。
参考文献
［1］郑红，吴冠编著.TMS320C54XDSP应用系统设计［M］.北京航空航天大学出版社，2002.
［2］陈杰美，古天祥编著.电子仪表［M］.国防工业出版社，1986.
［3］汪安民编著.TMS320C54XXDSP实用技术［M］.清华出版社.2002
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