正弦波信号发生器的DSP设计

1、 科技经济市场正弦信号发生器能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号,特别是低频正弦信号发生器在科学研究及生产实践中均有着广泛应用。目前,常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的。当这种模拟信号发生器用于低频信号输出时,往往需要的RC值很大,这样不但参数准确度难以保证,而且体积和功耗都很大。而由数字电路构成的低频信号发生器,虽然其低频性能好,但体积较大,价格较贵。而借助DSP芯片的运算速度高,系统集成度强的优势设计的这种信号发生器,比以前的任意一种信号发生器速度更快,且实现更加简便。1正弦波信号的产生方式1.1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

2、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,以免频谱混迭情况的发生。1.2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M ATLAB模拟仿真自己生成的正弦数据表,不但可以解决频率单一的问题,还可以增加精度,并改善系统的兼容性。1.3泰勒级数展开法任一角度的正弦及余弦波都可以展开成泰勒级数,取前五项的近似公式为:其中:为角度值,为其对应的弧度值。通过变换的值,且利用弧度与频率之间的关系很容易实现变频处

3、理。1.4数字正弦振荡器数字正弦波振荡器的系统函数可表示为:对应的是在单位圆上有复共轭极点的二阶振荡器,共扼极点为:P1,2=e±j0,其离散时域脉冲单位冲击响应响应:h(n=A sin(n+10·u(n实际应用中对于给定的冲激信号所产生的正弦信号对应的差分方程为:如果系统无阻尼且稳定,我们不对系统加入冲击信号,改变y(-2的起始值,从而使系统满足起始条件。这样系统差分方程变为:f s为采样频率,f0和A分别为正弦波的频率和幅度。这样y(-2就决定了正弦波的幅度。而数字频率振荡器产生正弦波的实质就是如何用程序实现上述的差分方程。2设计实例根据数字振荡器的原理,一个正弦波序列

4、可以通过递归法得到,系数a、b、k一旦确定后,就可得到期望频率的正弦序列。2.1设计任务利用TM S320VC5402设计产生一个频率为2kHz的正弦波信号发生器,并使用汇编语言完成源程序的编写。2.2设计方案为了得到正弦波序列的输出,可以采用定时中断的方法输出y(n,再经过D/A转换和滤波后输出连续的正弦波。设定采样频率为f s=40kHz,即通过定时器中断,每隔25us产生一个y(n,则递归的差分方程系数为:为了便于定点DSP处理,我们将所有系数除以2,然后用16位定点格式表示为:这便是产生2kHz正弦信号的三个系数。由前面的推导也可以看出,产生的正弦波频率只是一个相对值,只有给定了采样频

5、率,也就是确定了采样点之间的时间间隔后,才能最终决定模拟频率。为了得到精确的采样频率,我们用定时器产生25us时间间隔,获得40kHz的采样频率。定时器的初值计算由下式决定:f s=f C K/(TDDR+1(PRD+1式中f C K为DSP时钟频率,f s为采样频率。设定时其预分系数TDDR=0,则定时器周期寄存器初值PRD为:PRD=f C K/f s-1。本例中,f s=40kHz,f C K=100M Hz,则PRD=2499。2.3源程序设计程序设计首先进行初始化,初始化包括计算出y1和y2,定时器相关寄存器设置,然后开放定时器中断。初始化完成后,主程序循环等待定时器中断。当程序进入

6、定时器中断服务程序时,利用前面的y1和2,计算出新的yn,经过D/A转换后,得正弦波信号发生器的DSP设计姜颖韬(苏州工业职业技术学院,江苏苏州215104摘要:数字信号处理器(D SP是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。D SP芯片以其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点,发展十分迅速。本文介绍了正弦信号产生的典型算法,并结合数字振荡器原理,应用迭代法编程完成了TM S320V C5402D SP正弦波信号发生器的设计。关键词:D SP;正弦振荡;信号发生器作者简介:姜颖韬(1977-,男,江苏苏州人,工程师,在读研究生,研究方向:电子信息。技术平台趤趭2

7、010年第6期科技经济市场到一个正弦信号波形。作为一套完整的程序,还必须有中断向量表文件和内存定位文件。汇编语言源程序如下:SSBX FRCT;ST#INIT_A,AA;ST#INIT_B,BB;ST#INIT_C,CC;PSHD CC;POPD y2;LD AA,T;M PY y2,A;STH A,y1;STM#10h,TCR;STM#2499,PRD;STM#20h,TCR;LD#0,DP;SSBX INTM;LD#vector;AND#0FF80h,A;OR PM ST,A;STL M A,PM ST;RSBX INTM;-tint:LD BB,T;M PY y2,A;LTD y1;M

8、AC AA,A;STH A,1,y1;STH A,y0;NOPRETE.mmregs.ref_ret.ref_c_int00.ref_tint.global vector.sect"int_table"_;interrupte vector table!;_ Vector:rs b_c_int00nopnopnmi b_retnopnopsint17b_retnopnopsint18b_retnopnop sint19b_retnopnopsint20b_ret.word0,0sint21b_ret.word0,0sint22.word01000h.word0,0,0Sin

9、t23.word0FF80h.word0,0,0Sint24.word01000h.word0,0,0Sint25.word0FF80h.word0,0,0Sint26.word01000h.word0,0,0Sint27.word0FF80h.word0,0,0Sint28.word01000h.word0,0,0Sint29.word0FF80h.word0,0,0Sint30.word01000h.word0,0,0Int0b_retNopNopInt1b_retNopNopInt2b_retNopNopTint b_tintNopNopBrint b_retNopNopBxint0b_

10、retNopNopTrint b_retNopNopDmac1b_retNopNopInt3b_retNopNopHpintb_retNopNopQ26.word0FF80h技术平台趤趮2010年第6期科技经济市场.word0,0,0Q27.word01000h.word0,0,0Dmac4b_retNopNopDmac5b_retNopNopQ30.word0FF80h.word0,0,0Q31.word01000h.word0,0,0;_ End of interrupte vector table!;_ret reteM EM ORYPAGE0:VEC:orijin=1000h,leng

11、th=0FFhPROG:orijin=1100h,length=8000hPAGE1:DATA:orijin=080h,length=0807Fh3结束语基于DSP实现的信号发生器充分发挥了DSP器件的主要性能优势,相对传统的信号发生器,它编程灵活、操作简单,体积小巧,电路结构简单,使用方便,而且还有许多可扩展的功能,故其使用面更加宽。鉴于DSP具有较高的性价比,且利用DSP作为主控制器来提高传统产品的性能已成为大势所趋,因此,在高工程应用及教学实验中DSP控制系统具有重要的意义。作物的许多重要农艺性状如产量、品质和抗性等都是数量性状,由多个基因控制,表现为连续变异,且易受环境影响,相对于由单

12、基因控制的质量性状而言,其遗传基础更为复杂。鉴定和发掘控制数量性状的基因及其优异的等位变异,并使之快速应用于育种实践是新时期作物科学家和育种学家所面临的重大课题。经典的数量遗传学理论把控制数量性状的基因作为一个整体来研究,认为数量性状是由许多作用相等的微效基因共同影响,通过建立遗传模型和估算遗传方差、遗传力和选择响应等统计参数来描述和预测数量性状的遗传规律。许多经典的数量遗传学模型已经在育种实践中发挥了重要作用。然而,在“微效多基因”理论中,影响数量性状的具体基因永远不会被发现,数量性状变异的分子生物学机理更不会被阐明(M auricio, 2001。随着生物技术的发展和分析方法的改进,尤其是

13、分子标记技术的出现,人们对于数量性状的认识从“多基因”发展到了数量性状基因座(quantitative trait loci,QTL分析,从而对数量性状遗传机理的认识上升到了分子水平。开展全面系统的QTL定位,必须具备高密度的遗传连锁图和相应的统计分析方法、实验群体。20世纪80年代以来,发展的分子标记技术可以将控制某一数量性状的多个基因剖分开来,将它们一一定位于染色体上,并进行各基因的单个效应及互作效应的估计。这为深入研究数量性状的遗传规律及其操作创造了条件,提高了植物育种中目标数量性状优良基因型选择的可能性、准确性及预见性。作物的重要数量性状基因的发掘、定位及其在遗传育种中应用的流程如下图

14、1所示。1QTLs的初级定位控制数量性状的基因在基因组中的位置称为数量性状基因座(quantitative trait loci,QTL。利用分子标记进行遗传连锁分析,可以检测出QTL,并估算其效应大小,即QTL定位(QTL mapping。自1998年Paterson第一次应用RFLP连锁图谱在番茄中定位QTL以来,QTL定位研究已经在水稻、玉米、小麦、大豆、大麦、番茄和马铃薯等许多重要作物中展开,并且进展迅速。QTL分析的一般程序包括:(1选择在目标性状上差异明显的亲本进行杂交,建立分离群体;(2检测分离群体中个体或株系的标记基因型和表型性状值;(3通过统计分析找出与表型值相关的等位变异的

15、标记位点。目前使用的分离群体主要包括F2、BC、DH和RILs等。使用这类群体定位的QTL范围一般在10-30cM之间,并且QTL位置的置信区间一般都在10cM以上(阮成江等,2003,这一精度还不足以将数量性状确切分解成一个个孟德尔因子,因此称为QTL的初级定位(primary orcoarse QTL mapping。2QTLs的精细定位与图位克隆发现并分离隐藏在QTL中的优异等位基因,使之应用于作物品种改良和种质资源研究,是进行QTL分析的最终目的。植物基因组学原理和方法的建立为人们克隆QTL提供了有力手段。到目前为止,已经有18个植物的QTL被成功克隆(表1,其中大部分采用了图位克隆法。图位克隆的主要程序包括:(1使用初级分离群体对目标性状进行初级定位;(2在初级定位