DSP课程设计.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,基于DSP的正弦波信号发生器的设计,报告人：蒋 辉,学 号：11041179,专 业：信号与信息处理,内容提要,课题背景,正弦波信号发生器实现方法比较,正弦波信号发生的数字实现,方案选择,设计原理,硬件设计,软件设计,编程思想,仿真与调试,课题背景,信号发生器作为一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和通信系统等领域，能为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。而正弦波信号发生器是信号源中最常见的一种，在这些信号发生器中，又以低频正弦波信号发生器最为常用。,课题背景,然而,，,目前常用的信号发生器大都是由模拟电路构成,当这种,模拟信号发生器,用于,低频输出,时,，,由于需要较大的RC值,，,导致参数准确度难以保证,，,且造成体积和功耗偏大,，,而,数字式波形发生器,，,因其输出幅值稳定、输出频率连续可调的优点,，,已逐渐取代了模拟电路信号发生器。,并且,由于其运算速度高,，,系统集成度强的优势,，,可以设计基于DSP的正弦信号发生器,，,该发生器实时性强、可扩展性好、波形精度高、可调节频率和幅度、稳定性好、用途广泛,，,鉴于此,，,本课题提出了一种基于TMS320C5402的正弦信号发生器的设计方法。,正弦波信号发生器实现方法比较,传统的模拟信号源：,组成,：,运放和阻容元件,（如：电阻、电容、二极管、三级管、CMOS管等）,。,优点：,电路简单、成本低、输出频率和相位连续可调,。,缺点：,波形精度低、稳定性差、谐波成分较大且不易与微机接口,。,数字振荡器：,组成：,计数器、只读存储器、,D/A,转换器和滤波器四部分。,缺点：,速度,不够快，,实时性,不够强，,可扩展性,差,，波形精度,不够高,且用,较多硬件,等。,正弦波信号发生器实现方法比较,基于,DSP,的,正弦波信号发生器：,组成：,DSP,处理芯片、,D/A,转换器等。,优点：,该发生器实时性强、可扩展性好、波形精度高、可调节频率和幅度、稳定性好、,与计算机接口,方便,、,用途广泛,。,鉴于此,，,本课题提出了一种基于TMS320C5402的正弦信号发生器的设计方法。,正弦波信号发生的数字实现,方案选择,查表法：,5402的片内ROM中存有256字的正弦及余弦数据表，可以通过程序直接调用该表中的数据，由D/A回放出正弦波。通过MATLAB模拟仿真,，,自己生成正弦数据表，不但可以解决频率单一的问题，并改善系统的兼容性。虽然该方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。,但此方法局限于对精度要求不高的场合，如果要求精度高，表就很大，相应的存储器容量也要增大。,正弦波信号发生的数字实现,方案选择,采样回放法,：,通过对已有的标准正弦信号源进行采样得到数据后直接回放或进行变频变幅处理后回放。该方法的关键在于合理设计高性能的硬件电路，尽量避免信号处理过程中的波形失真，来确保采样数据,的,精准性。同时在数字域处理时，数据的回归点数必须满足,Nyquist,定理，以免频谱混叠情况德尔发生。,该方法,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。,正弦波信号发生的数字实现,方案选择,泰勒级数展开法：,这是一种比查表法更为有效的方法，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值。与查表法相比，该方法需要的存储单元很少，具有稳定性好，算法简单，精度高，易于编程等优点，而且展开的级数越多，失真度就越小。,因此，本课题选择泰勒级数展开法产生正弦波,设计原理,在高等数学中，正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式为：,本课题采用了泰勒级数展开法。一个角度为的正弦和余弦函数，可以展开成泰勒级数，取其前5项,(,前五项进行计算就可使误差在万分之一以内,),进行近似得,:,设计原理,式中：为的弧度值，,(,f,s,是采样频率；f是所要发生的信号频率）,由上面两个式子可推导出递推公式，即：,由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时，不仅需要已知,cos(x),，而且还需要,sin(n-1)x,、,sin(n-2)x,和,cos(n-2)x,。,硬件设计,总体框图,该正弦信号发生器的硬件结构主要由TMS320C5402芯片,D/A转换器(TLC320AD50C,该芯片由一对16bit同步串行转换通道组成,在A/D之后有一个抽取滤波器,在D/A之前有一个插值滤波器),独立键盘等几部分组成。,DAC与DSP的连接,：,DAC,可以与TMS320C5402DSP的,McBSP,无,缝串,行连接进行数据采集、存储和处理。,SCLK输出时钟,M/S,主从模式选择(H为高电平,为主机模式),DIN串行输入,DOUT串行输出,FS帧同步信号输出,对应DSP的各相应引脚,.,硬件设计,独立键盘的设计,本信号发生器采用,独立键盘,作为人机接口部分，即各个按键相互独立，按下相应的按键，就能输出对应幅度和频率的正弦波。,每个按键各接一根I/O接口线，每根I/O接口线上的按键都不影响其它的I/O接口线。因此，可以通过检测I/O的电平状态判断出哪个键按下。这4个独立按键分别接HD0 HD3口，并且使用4个1K欧姆的上拉电阻接VCC,当没有按下键时，对应的I/O接口线输入为高电平，当按下键时，对应的I/O 接口线输入为低电平，则请求中断INT1。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。,软件系统采用,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,。,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。,软件设计,软件设计,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,中断程序流图,如下：,中断1的入口地址,关中断,调用sin.cos程序计算045值,s,in2a=2sina*cosa求090的sin值,(,间隔为1,),重复得到0359正弦值,发送给DAC循环输出,返回中断,根据不同的按键值设置相应的信号参数,编程思想,正弦波的波形可以看为由无数点组成，这些点与轴的每一个角度值相对应，那么我们可以利用,DSP处理器处理大量重复计算,的优势来计算轴每一点对应的y轴的值,(,在x轴取360个点来进行逼近,),，由于程序的编制采用小数形式，其弧度大于1的正弦值得不到，这就对正弦波的产生造成了障碍。可由于正弦波的特殊的,对称形式,给程序的编制找到了出口。sin,(pi/4),的弧度0.78541，即,0-pi/4,之间的任意正弦、余弦值可以利用汇编程序得到,又可以利用公式：,，,得到,0-pi/2,之间的正弦值。而,0-pi/2,的正弦曲线与,pi/2-pi,的正弦曲线,在,x=,pi/2,这条轴,偶,对称,，那么就可以得到,pi/2-pi,的正弦值，而,0-pi,的正弦曲线与,pi-2pi,的正弦曲线,在x=pi,这条轴,奇,对称,。这样,0-2pi,的正弦值也得到了。一个周期内完整的正弦波就得到了。,正弦波产生的流程图如下：,仿真与调试,输出结果显示，在CCS集成环境中实现正弦波能够起到防止干扰的作用，也大大地减小了波形的线性失真。同时我们也能从中看出CCS能够精确地对各个角度进行计算得出相应的正弦值，频率和幅度易于调节，波形也较为稳定，抗干扰能力强。最重要的是这种方案简单可行，新颖实用，具有很高的实践和推广简直。,The End！,thanks for appreciation！,