正弦波发生器

1、DSP课程大论文目录第1章 绪论21.1概述21.2 正弦波发生器的研究现状21.3 本文研究的意义2第2章 正弦波发生器的基本理论32.1总体方案设计32.2设计原理3第3章 系统的硬件设计43.1硬件组成43.2控制器部分4第4章 系统的软件设计64.1流程图64.2 正弦信号发生器程序清单7第5章 系统调试115.1 仿真与调试115.2 仿真结果11结论13参考文献14第1章 绪论1.1概述数字信号处理(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。信号处理技术直用于转换或产生模拟或数字信号。其中应用的最频繁的领域就

2、是信号的滤波。此外，从数字通信、语音、音频和生物医学信号处理到检测仪器仪表和机器人技术等许多领域中，都广泛地应用了数字信号处理技术。数字信号处理己经发展成为一项成熟的技术，并且在许多应用领域逐步代替了传统的模拟信号处理系统。而本文中基于DSP技术设计的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。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

3、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。1.2 正弦波发生器的研究现状正弦波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。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。1.3 本文研究的意义1、 通过研究掌握DSP的软硬件开发过程2、 学会运用汇编语言进行程序设计3、 学会用CCS仿真模拟DSP芯片，通过CCS软件平台上应用C54X汇编语言来实现正弦信号发生装置。 第2章 正弦波发

4、生器的基本理论2.1总体方案设计基于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。用泰勒级数展开法实现正弦波信号。设置波形时域观察窗口，得到其滤波前后波形变化图；设置频域观察窗口，得到其滤波前后频谱变化图。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2.1所示。开始结束初始化dsp及外设调用子程序计算N各SIN值保存缓冲区 图2.1软件流程图2.2设计原理

5、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, 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, 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。本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。第3章 系统的硬件设计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

6、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。TMS320LF247 PGE功能键驱动器LED显示74LS07电源转换电路输出三相正弦波图3.1 基于DSP的信号发生器系统框图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（GP

7、IO）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。SPWM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（EVA和EVB）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

8、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17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TMS320LF2407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。缓冲电路的作用是对PWM口输出的数字量进行缓冲，并将电压拉高到5V左右，以供后级模拟电路滤波使用。这一部分电路由两个芯

9、片组成。一片用三态缓冲器，由于PWM口的输出为3.3V的TTL电平，这样，在设计时就应当选用输入具有5V的TTL输入，CMOS输出电平的转换芯片（如TI公司的74HCT04）；另一片则可选用TOSHIBA公司出品的光电耦合器6N137；输出端连接的5V精密稳压电源可选用BURR-BROWN公司生产的REF02型精密稳压电源，以输出5V电压。 系统中的减法电路的主要作用是把0-10V直流脉动信号的转换成-5+5V的正弦交流信号，并使其电压增益为1。设计使可利用差分式电路来实现其功能，为了简化电路，可以选用较为常用的AD公司的AD524，并将AD524接成电压跟随器的形式，同时适当的选取电阻以满足

10、要求，此外，为了使产生的正弦波信号具有2-5mA的驱动能力，可选用AD624来构成末级的信号放大电路。AD624是高精度低噪声仪用放大器，若外接一只增益电阻，即可得到1-1000之间的任意增益值，其误差小于1%。由于AD624的建立时间只有15s，所以它非常适宜在高速数据采集系统中使用。第4章 系统的软件设计4.1流程图本系统软件可以按照模块化设计思想来编写，包括主程序、常数计算程序、占空比计算程序和相应的一些功能子程序，主程序用于调用各功能子程序、初始化变量、查询键盘、判断显示数据是否需要刷新、同时判断一个脉冲是否完成发送等工作，具体方案见图4.1所示的流程图。刷新，奇次显示频率，偶次显示幅

11、值主程序中的循环子程序开始返回是否到20ms？是否到0.1s？脉冲发出标志寄存器=1？清脉冲发出标志寄存器，调计算占空比程序是否在延时程序中调用本程序YNNNYYN图4.1 主程序流程图在程序中，应在第N-1个脉冲周期里计算占空比，并在第N个脉冲周期里输出波形，这就要求在设计时要在一个脉冲周期内完成计算，如果选用20MHz的晶振，那么，在一倍频下，执行一条执行只需50ns，若输出400Hz的正弦波，即每一个周期（即2.5ms）要输出200个脉冲，这样，也就是说，一个脉冲需要12.5s（相当于12500/50=250条指令）。而执行一个占空比的计算程序只需要几十条指令，这种算法从软件开销上考虑是

12、可以实现的。4.2 正弦信号发生器程序清单14;This function generates the sine wave of angle using the Taylor series expansion;sin(theta)=x(1-x2/2*3(1-x2/4*5(1-x2/6*7(1-x2/8*9);cos(theta)=1-x2/2*3(1-x2/4*5(1-x2/6*7(1-x2/8*9);sin(2*theta)=2*sin(theta)*cos(theta) .title sin.asm .mmregs .def _c_int00 .ref sinx,d_xs,d_sinx,c

13、osx,d_xc,d_cosxsin_x: .usect sin_x,360STACK: .usect STACK,10k_theta .set 286PA0 .set 0_c_int00 .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,*AR

14、6+ MAR *AR1+0loop1: 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,bkloop4: PORTW *AR6+0%,PA0 B loop4sinx: .def d_xs,d_sinx .datatable_s .word 01c7h .word 030bh .wo

15、rd 0666h .word 1556hd_coef_s .usect coef_s,4d_xs .usect sin_vars,1d_squr_xs .usect sin_vars,1d_temp_s .usect sin_vars,1d_sinx .usect sin_vars,1c_l_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 #c_l_s,AR4 ST #7FFFh,c_l_s SQUR *AR2

16、+,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 RETcosx: .def d_xc,d_cosxd_coef_c .usect coef_c,4 .datatable_c .word 0249h .word 0444h

17、 .word 0aabh .word 4000hd_xc .usect cos_vars,1d_squr_xc .usect cos_vars,1d_temp_c .usect cos_vars,1d_cosx .usect cos_vars,1c_l_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_l_c,AR4 ST #7FFFh,c_l_c SQUR *AR2+,A ST A,*AR2 |LD *A

18、R4,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 .endMEMORY PAGE 0: EPROM: org=0E000h, len=1000h VECS: org=0FF80h, len=0080h PAGE 1: SPRAM: org=0060h, len=002

19、0h DARAM1: org=0080h, len=0010h DARAM2: org=0090h, len=0010h DARAM3: org=0200h, len=0200hSECTIONS .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 PA

20、GE 0 .title sin_v.asm .ref _c_int00 .sect .vectors B _c_int00 .end第5章 系统调试5.1 仿真与调试CCS工程项目的调试。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 ProjectNew，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 ProjectAdd Files to Project，将 sine.asm文件自动添加到 ProjectSource 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 ProjectBuild，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 FileLoad Program 载入编译链接好的可执sine.out5、运行程序：选择 DebugRun运行，可以通过查看内存表等方法，看到运行的结果。5.2 仿真结果