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基于DSP正弦信号发生器设计方案解析
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2017-10-30
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摘要：提出了一种基于TMS320C5402实现正弦信号发生器的设计原理与方法，介绍了所设计的正弦信号发生器硬件电路结构和软件程序流程图。结合DSP硬件特性，通过使用泰勒级数展开法得到设定参数的正弦波形输出，达到设计目的。该信号发生器弥补了通常信号发生器模式固定，波形不可编程的缺点，其具有实时性强，波形精度高，可方便调节频率和幅度、稳定性好等优点。
关键词：数字信号处理器；信号发生器；多通道缓冲串行口；独立键盘
随着计算机技术的飞速发展，对信号发生器波形的要求越来越高。目前，常用信号发生器大部分是由模拟电路构成，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。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，各方面均优于模拟信号发生器和数字信号发生器。因此，本文提出了一种基于TMS320C5402的正弦信号发生器的设计方法。
1 系统硬件设计
1．1 系统硬件框图
该正弦信号发生器的硬件结构框图如图1所示，主要由TMS320C5402芯片，D／A转换器，独立键盘等几部分组成。
1．2 TMS320C5402简介
TMS320C5402芯片采用先进的修正哈佛结构，片内有8条总线、在片存储器和在片外围电路等硬件，同时还有高度专业化的指令系统，具有功耗小、高度并行等优点。此外，其支持C语言和汇编语言混合编程，高效的流水线操作和灵活的寻址方式使其适合高速实时信号处理。
1．3 数模转换部分设计
McBSP（Multi-channel Buffered Serial）即多通道缓冲串口，包括一个数据通道和一个控制通道。数据通道通过DX引脚发送数据、DR引脚接收数据。控制通道完成的任务包括内部时钟的产生、帧同步信号的产生、对这些信号的控制以及多通路的选择等。此外还负责产生中断信号送往CPU，产生同步事件信号通知DMA控制器。控制信息则是通过控制通道以时钟和帧同步信号的形式传送。
数模转换芯片采用TLC320AD50C，其是TI公司出品的一块将A／D和D／A转换功能集成在一起的接口芯片，采用∑-△技术在低系统成本下实现高精度的A／D和D／A转换。该芯片由一对16 bit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。
TLC320AD50C可以与TMS320C5402 DSP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。McBSP和D／A芯片的硬件电路连接如图2所示。
1．4 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。
关键词：数字信号处理器；信号发生器；多通道缓冲串行口；独立键盘
随着计算机技术的飞速发展，对信号发生器波形的要求越来越高。目前，常用信号发生器大部分是由模拟电路构成，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。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，各方面均优于模拟信号发生器和数字信号发生器。因此，本文提出了一种基于TMS320C5402的正弦信号发生器的设计方法。
1 系统硬件设计
1．1 系统硬件框图
该正弦信号发生器的硬件结构框图如图1所示，主要由TMS320C5402芯片，D／A转换器，独立键盘等几部分组成。
1．2 TMS320C5402简介
TMS320C5402芯片采用先进的修正哈佛结构，片内有8条总线、在片存储器和在片外围电路等硬件，同时还有高度专业化的指令系统，具有功耗小、高度并行等优点。此外，其支持C语言和汇编语言混合编程，高效的流水线操作和灵活的寻址方式使其适合高速实时信号处理。
1．3 数模转换部分设计
McBSP（Multi-channel Buffered Serial）即多通道缓冲串口，包括一个数据通道和一个控制通道。数据通道通过DX引脚发送数据、DR引脚接收数据。控制通道完成的任务包括内部时钟的产生、帧同步信号的产生、对这些信号的控制以及多通路的选择等。此外还负责产生中断信号送往CPU，产生同步事件信号通知DMA控制器。控制信息则是通过控制通道以时钟和帧同步信号的形式传送。
数模转换芯片采用TLC320AD50C，其是TI公司出品的一块将A／D和D／A转换功能集成在一起的接口芯片，采用∑-△技术在低系统成本下实现高精度的A／D和D／A转换。该芯片由一对16 bit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。
TLC320AD50C可以与TMS320C5402 DSP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。McBSP和D／A芯片的硬件电路连接如图2所示。
1．4 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。
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