基于DSP设计正弦信号发生器.doc

一． 设计目的
设计一个基于DSP的正弦信号发生器
二． 设计内容
利用基于CCS开发环境中的C54X汇编语言来实现正弦信号发生装置。
三．设计原理
一般情况，产生正弦波的方法有两种：查表法和泰勒级数展开法。查表法是使用比较普遍的方法，优点是处理速度快，调频调相容易，精度高，但需要的存储器容量很大。泰勒级数展开法需要的存储单元少，具有稳定性好，算法简单，易于编程等优点，而且展开的级数越多，失真度就越小。本文采用了泰勒级数展开法。一个角度为θ的正弦和余弦函数，可以展开成泰勒级数，取其前5项进行近似得：

式中：x为θ的弧度值，x=2πf／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作由无数点组成，这些点与x轴的每一个角度值相对应，可以利用DSP处理器处理大量重复计算的优势来计算x轴每一点对应的y的值(在x轴取N个点进行逼近)。整个系统软件由主程序和基于泰勒展开法的SIN子程序组成，相应的软件流程图如图。

四． 设计方案
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。
通过计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波，其步骤如下：
1. 利用sinx和cosx子程序，计算0°~45°（间隔为0.5°）的正弦和余弦值
2. 利用sin（2x)=2sin(x)cos(x)公式，计算0°~90°的正弦值（间隔为1°）
3. 通过复制，获得0°~359°的正弦值
4. 将0°~359°的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波
三． 软件操作
利用 CCS 集成开发环境，用户可以在一个开发环境下完成工程定义、程序 编辑、编译链接、调试和数据分析等工作环节。
1. 创建工程（project）文件
选择 Project→New，在“Project”文本框中键入将要创建的工程项目名，本例工程项目名为“sin”
2. 向工程中添加文件
选择 Project→Add Files to Project，将 sine.asm文件自动添加到 Project→Source 中。 用同样的方法 将 sine.cmd 文件添加到对应的目录中。
3. 构建工程，工程所需文件编辑完成后，可以对该工程进行编译链接，产生可执行文件， 为调试做准备。
选择 Project→Build，系统提示没有出错信息后，系统自动生成一个可执行文件，sine.out 文件。
4．载入可执行文件
选择 File→Load Program 载入编译链接好的可执行文件sine.out
5．运行程序
选择 Debug→Run运行，可以通过查看内存表等方法，看到程序运行的结果。
6．观察数据和图形
选择 View→Graph→Time/Frequence

调整输出图形参数

五． 源程序
正弦波源程序sin.asm
.title "sin.asm"
.mmregs
.def start
.def d_xs,d_sinx,d_xc,d_cosx,sinx,cosx
sin_x: .usect "sin_x",360
STACK: .usect "STACK",10
k_theta .set 286
PA0 .set 0
start:
.text
STM #STACK+10,SP
STM k_theta,AR0
STM 0,AR1
STM #sin_x,AR6
STM #90,BRC
RPTB loop1-1
LDM AR1,A
LD #d_xs,DP
STL A,@d_xs
STL A,@d_xc
CALL sinx
CALL cosx
LD #d_sinx,DP
LD @d_sinx,16,A
MPYA @d_cosx
STH B,1,*AR6+
MAR *AR1+0
loop1: STM #sin_x+89,AR7
STM #88,BRC
RPTB loop2-1
LD *AR7-,A
STL A,*AR6+
loop2: STM #179,BRC
STM #sin_x,AR7
RPTB loop3-1
LD *AR7+,A
NEG A
STL A,*AR6+
loop3: STM #sin_x,AR6
STM #1,AR0
STM #360,BK
loop4: PORTW *AR6+0%,PA0
B loop4
sinx:
.def d_xs,d_sinx
.data
table_s .word 01C7H
.word 030BH
.word 0666H
.word 1556H
d_coef_s .usect "coef_s",4
d_xs .usect "sin_vars",1
d_squr_xs .usect "sin_vars",1
d_temp_s .usect "sin_vars",1
d_sinx .usect "sin_vars",1
d_1_s .usect "sin_vars",1
.text
SSBX FRCT
STM #d_coef_s,AR5
RPT #3
MVPD #table_s,*AR5+
STM #d_coef_s,AR3
STM #d_xs,AR2
STM #d_1_s,AR4
ST #7FFFH,d_1_s
SQUR *AR2+,A
ST A,*AR2
||LD *AR4,B
MASR *AR2+,*AR3+,B,A
MPYA A
STH A,*AR2
MASR *AR2-,*AR3+,B,A
MPYA *AR2+
St B,*AR2
||LD *AR4,B
MASR *AR2-,*AR3+,B,A
MPYA *AR2+
ST B,*AR2
||LD *AR4,B
MASR *AR2-,*AR3+,B,A
MPYA d_xs
STH B,d_sinx
RET
cosx:
.def d_xc,d_cosx
d_coef_c .usect "coef_c", 4
.data
table_c .word 0249H
.word 0444H
.word 0AABH
.word 4000H
d_xc .usect "cos_vars",1
d_squr_xc .usect "cos_vars",1
d_temp_c .usect "cos_vars",1
d_cosx .usect "cos_vars",1
c_1_c .usect "cos_vars",1
.text
SSBX FRCT
STM #d_coef_c,AR5
RPT #3
MVPD #table_c,*AR5+
STM #d_coef_c,AR3
STM #d_xc,AR2
STM #c_1_c,AR4
ST #7FFFH,c_1_c
SQUR *AR2+,A
ST A,*AR2
||LD *AR4,B
MASR *AR2+,*AR3+,B,A
MPYA A
STH A,*AR2
MASR *AR2-,*AR3+,B,A
MPYA *AR2+
ST B,*AR2
||LD *AR4,B
MASR *AR2-,*AR3+,B,A
SFTA A,-1,A
NEG A
MPYA *AR2+
MAR *AR2+
RETD
ADD *AR4,16,B
STH B,*AR2
RET
.end
正弦波程序链接命令文件sin.cmd
-x.\Debug\vectors.obj
-x.\Debug\sin.obj
-o sin.out
-m sin.map
-e start
MEMORY
{
PAGE 0: EPROM: org=0E00H,len=1000H
VECS: org=0FF80H,len=0080H
PAGE 1: SPRAM: org=0060H, len=0020H
DARAM1: org=0080H, len=0010H
DARAM2: org=0090H, len=0010H
DARAM3: org=0200H, len=0200H
}

SECTIONS
{
.text :>EPROM PAGE 0
.data :>EPROM PAGE 0
STACK :>SPRAM PAGE 1
sin_vars :>DARAM1 PAGE 1
coef_s :>DARAM1 PAGE 1
cos_vars :>DARAM2 PAGE 1
coef_c :>DARAM2 PAGE 1
sin_x : align(512){} > DARAM3 PAGE 1
.vectors :>VECS PAGE 0
}

六． 实验结果及分析

将程序装载到DSP目标芯片中，波形实现结果可以在CCS图形显示界面直观地表示出来

输出结果显示，在CCS图形观察窗口得到了频率稳定，信号干扰小，波形失真度较小的正弦信号；
七． 设计总结心得
通过这次的课程设计使我进一步加深了对于DSP这门课程的学习以及对于平时所学内容的实际应用。在设计中发现问题和同学互相讨论研究增加了团队合作的能力。在输入程序时发现编程确实是要求很认真细心的，如果稍有差错就会导致整个程序的错误，也由此体现了DSP这门课程的严谨性。相信在以后的学习中一定会更好的应用所学内容的。