基于dsp的正弦波信号发生器课程设计

目录

第1章绪论 (1)

1 DSP简介 (1)

第2章总体方案的分析和设计 (2)

2.1 总体方案设计 (2)

2.2正弦波信号发生器 (2)

第3章硬件设计 (3)

3.1硬件组成 (3)

3.2控制器部分 (4)

3.4人机接口部分 (5)

第4章软件设计 (6)

4.1流程图 (6)

4.2 正弦信号发生器程序清单 (7)

第5章总结 (12)

参考文献 (12)

第1章绪论

1 DSP简介

数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。

图一是数字信号处理系统的简化框图。此系统先将模拟信号转换为数字信号，经数字信号处理后，再转换成模拟信号输出。其中抗混叠滤波器的作用是将输入信号x (t)中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱的混叠。随后，信号经采样和A/D 转换后，变成数字信号x(n)。数字信号处理器对x(n)进行处理，得到输出数字信号y (n),经D/A转换器变成模拟信号。此信号经低通滤波器，滤除不需要的高频分量，最后输出平滑的模拟信号y(t)。

图1.1数字信号处理系统简化框图

数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。

第2章 总体方案的分析和设计

2.1 总体方案设计

1.基于DSP 的特点，本设计采用TMS320C54X 系列的DSP 作为正弦信号发生器的核心控制芯片。

2.用泰勒级数展开法实现正弦波信号。

3.设置波形时域观察窗口，得到其滤波前后波形变化图；

4.设置频域观察窗口，得到其滤波前后频谱变化图。

2.2正弦波信号发生器

正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。

通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。 查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。 泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。 本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。

产生正弦波的算法正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式：

取泰勒级数的前5项，得近似计算式：

-+-+-=!9!7!5!3)sin(9

753x x x x x x

-+-+-=!

8!6!4!21)cos(8

642x x x x x ))))

((((9

81761541321 !9!7!5!3)sin(2

2229

753⨯-⨯-⨯-⨯-=+

-+-=x x x x x x x x x x x

递推公式：

sin(nx ) = 2cos(x )sin[(n -1)x ]-sin[(n -2)x ] cos(nx ) = 2cos(x )sin[(n -1)x ]-cos[(n -2)x ]

由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时,需要已知cos(x )、sin(n -1)x 、sin(n-

2)x 和cos(n -2)x 。

第3章 硬件设计

3.1硬件组成

基于DSP 的信号发生器的硬件结构图如图3.1所示，它主要由DSP 主控制器，输出D/A 通道和人机界面等几个主要部分组成。

图3.1 基于DSP 的信号发生器系统框图

)))

(((87165143121 !8!6!4!21)cos(2

2228

642⨯-⨯-⨯--=+

-+-=x x x x x x x x x

3.2控制器部分

本系统采用TI公司的TMS320LF2407 DSP处理器，该器件具有外设集成度高，程序存储器容量大，A/D转换精度高，运算速度高，I/O口资源丰富等特点，芯片内部集成有32KB的FLASH程序存储器、2KB的数据/程序RAM，两个事件管理器模块（EVE和EVB）、16通道A/D转换器、看门狗定时器模块、16位的串行外设接口（SPI）模块、40个可单独编程或复用的通用输入输出引脚（GPIO）以及5个外部中断和系统监视模块。

TMS320LF2407芯片中的事件管理模块（EV）是一个非常重要的组成部分。SP WM波形的产生和输出就是由这一部分完成的，它由两个完全相同的模块（EV A和E VB）组成，每个模块都含有2个通用定时器、3个比较器、6至8个PWM发生器、3个捕获单元和2个正交脉冲编码电路（QEP）。由于TMS320LF2407有544字的双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）；而本系统的程序仅有几KB，且所用RAM也不多，因此不用考虑存储器的扩展问题，而对于TMS320LF2407的I /O扩展问题，由于TMS320LF2407器件有多达40个通用、双向的数字I/O（GPIO）引脚，且其中大多数的基本功能和一般I/O复用的引脚，而实际上，本系统只需要1 7路I/O信号，这样，就可以为系统剩余50%多的I/O资源，因此可以说，该方案既不算浪费系统资源，也为系统今后的升级留有余地。

3.3微输出D/A通道部分

本系统的输出通道部分主要负责实现波形的输出，此通道的入口为TMS320LF2 407的PWM8口，可输出SPWM等幅脉冲波形，出口为系统的输出端，这样，经过一系列的中间环节，便可将PWM脉冲波转化为交流正弦波形，从而实现正弦波的输出，其原理框图如图3.2所示。

图3.2 输出通道的原理结构

图3.2中的缓冲电路的作用是对PWM口输出的数字量进行缓冲，并将电压拉高