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基于DSP及SOPC的结构化、模块化设计方法
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2017-11-02
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O 引 言
数字信号发生器是在电子电路设计、自动控制系统和仪表测量校正调试中应用很多的一种信号发生装置和信号源。而正弦信号是一种频率成分最为单一的常见信号源，任何复杂信号（例如声音信号）都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的叠加，广泛地应用在电子技术试验、自动控制系统和通信、仪器仪表、控制等领域的信号处理系统中及其他机械、电声、水声及生物等科研领域。
目前，常用的信号发生器绝大部分由模拟电路或数字电路构成，体积和功耗都很大，价格也比较贵。随着微电子技术和计算机技术的发展，以DSP微处理器及DSP软硬件开发系统（例如集成开发环境CCS）及配套产品为内容已形成了庞大并极具前途的高新技术产业，而可编程逻辑器件、SOPC等新技术的应用迅速渗透到电子、信息、通信等领域。这里分别借助DSP芯片运算速度高，功耗低，实时分析的优势以及SOPC技术灵活的可配置性、较高的可靠性、硬件升级容易等优点设计了正弦信号发生器，并对各自设计过程及优缺点进行了对比。
1 基于DSP设计正弦信号发生器
1．1 正弦波产生原理
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）。
1．2 硬件设计
系统硬件主要由微机、DSP芯片、数／模转换模块组成。其中，DSP芯片采用的是TI公司性价比良好的TMS320VC5402。它有一组程序总线和三组数据总线、高度并行性的算术逻辑单元ALU、专用硬件逻辑片内存储器、增强型HPI口和高达100 MHz的CPU频率。它可以在一个周期里完成两个读和一个写操作，并且具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。
数字信号发生器是在电子电路设计、自动控制系统和仪表测量校正调试中应用很多的一种信号发生装置和信号源。而正弦信号是一种频率成分最为单一的常见信号源，任何复杂信号（例如声音信号）都可以通过傅里叶变换分解为许多频率不同、幅度不等的正弦信号的叠加，广泛地应用在电子技术试验、自动控制系统和通信、仪器仪表、控制等领域的信号处理系统中及其他机械、电声、水声及生物等科研领域。
目前，常用的信号发生器绝大部分由模拟电路或数字电路构成，体积和功耗都很大，价格也比较贵。随着微电子技术和计算机技术的发展，以DSP微处理器及DSP软硬件开发系统（例如集成开发环境CCS）及配套产品为内容已形成了庞大并极具前途的高新技术产业，而可编程逻辑器件、SOPC等新技术的应用迅速渗透到电子、信息、通信等领域。这里分别借助DSP芯片运算速度高，功耗低，实时分析的优势以及SOPC技术灵活的可配置性、较高的可靠性、硬件升级容易等优点设计了正弦信号发生器，并对各自设计过程及优缺点进行了对比。
1 基于DSP设计正弦信号发生器
1．1 正弦波产生原理
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）。
1．2 硬件设计
系统硬件主要由微机、DSP芯片、数／模转换模块组成。其中，DSP芯片采用的是TI公司性价比良好的TMS320VC5402。它有一组程序总线和三组数据总线、高度并行性的算术逻辑单元ALU、专用硬件逻辑片内存储器、增强型HPI口和高达100 MHz的CPU频率。它可以在一个周期里完成两个读和一个写操作，并且具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。
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Nbq
2018-06-21
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