基于DSP的正弦波信号发生器的设计与实现

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1、目录第1章绪论21DSP简介2第2章总体方案的分析和设计32.1总体方案设计32.2正弦波信号发生器3第3章硬件设计43.1硬件组成43.2控制器部分53.4人机接口部分6第4章软件设计74.1流程图74.2正弦信号发生器程序清单8第5章总结13参考文献13第1章绪论1DSP简介数字信号处理(DigitalSignalProcessing，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

2、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

3、的高频分量，最后输出平滑的模拟信号y(t)。抗混叠滤波器A/D数字信号处理器D/A低通滤波器x(n)y(n)x(t)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

4、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

5、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：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

6、、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。独立式四键功能键盘缓冲及电平转换电路段驱动器2*SN74LS07有源滤波电路DSP微控制器TMS320LF2407PGE四位LED减法电路位驱动器74LS07放大电路AD624输出三相正弦波ClockCircuit电源（自带复位功能）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

7、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。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

8、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