基于DSP控制的正弦波和三角波发生器的设计毕业论文 精品文档格式.docx
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学号
指导教师(职称)
葛延津(教授)严海领(助教)
摘要
信号发生器发展到今天,在电子测试、电子设计、模拟仿真、通信工程中,扮演着一个相当重要的角色,有着相当广泛的应用,极大加快了电子测试与设计工作中的效率,在电子技术和信号仿真应用中已发挥了巨大的作用。
本文主要介绍了以TMS320VC5402DSP为主的信号发生器的设计情况。
这是一个以DSP为核心来实现信号发生器的系统,该系统具有结构简单灵活,抗干扰能力强、产生频率较高、应用广泛等特点。
该系统的组成核心TMS320VC5402DSP芯片是TI公司生产的16位定点处理芯片,它有运算速度快、具有可编程特性、接口灵活和外围电路丰富等特点。
选择该芯片作为设计信号发生器的核心芯片,能够提高信号发生器所产生信号的频率,使信号发生器有更加广泛的应用。
本设计的硬件部分是有该DSP芯片和D/A转换芯片TLC7528组成,DSP芯片用于产生各种波形,D/A转换芯片用于把数字信号转换为模拟信号。
在以上硬件的基础上,通过软件编程来实现三角波、正弦波等波形。
关键词:
DSP;
D/A转换器;
信号发生器;
波形
Abstract
Signalgeneratortotoday,intheelectronictesting,electronicdesign,simulation,communicationsengineering,playsaveryimportantrole,hasaverywiderangeofapplications,greatlyacceleratetheefficiencyoftheelectronictestanddesignworkintheelectronicstechnologyandsignalsimulationapplicationshasplayedahugerole.ThispaperdescribesthedesigntoTMS320VC5402DSP-basedsignalgenerator.ThisisacoreDSPsignalgeneratorsystem,thesystemstructureissimpleandflexible,anti-interferenceability,resultinginahigherfrequency,widelyusedfeatures.
TheSystemiscomprisedcoreTMS320VC5402DSPchipisproducedbyTI16-bitfixed-pointprocessingchip,computingspeed,programmablefeatures,flexibleinterfaceandperipheralcircuitsrichfeatures.Selectthechiptochipasthecoreofthedesignofthesignalgenerator,itispossibletoimprovethesignalgeneratortoproducethesignalfrequency,thesignalgeneratorhasabroaderapplication.ThedesignofthehardwarepartiscomposedoftheDSPchipandtheD/AconverterchipTLC7528DSPchipforgeneratingvariouswaveforms,D/Aconverterchipusedtoconvertdigitalsignalstoanalogsignals.Onthebasisoftheabovehardware,bysoftwareprogrammingtoachievethewaveformofthetriangularwave,sinewave,etc..
Keywords:
DSP;
D/Aconverter;
signalgenerator;
waveform
第一章绪论
1.1选题的背景
信号发生器,主要作为激励信号或仿真信号,广泛应用于电子设计、生物医疗、环保、机械运动、新型材料等各个领域。
随着技术的进步,各领域对信号发生器的要求也越来越高,最早的信号发生器多是用模拟电路设计的,这使信号发生器的性能受到了很多的限制,随着大规模集成电路的应用,信号发生器也开始数字化,但是大部分都用硬件设计很少有用软件来设计,由于用硬件设计的电路存在波形质量差,控制难,可调范围小,电路复杂和体积大等缺点,所以一旦工作需求功能有增加,则电路复杂程度会大大增加。
1.2选题的目的及意义
波形发生器是信号源的一种,它是具有信号源所具有的特点,更因它高的性能优势而倍受人们青睐。
信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号,然后用其它仪表测量感兴趣的参数。
可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中,它不是测量仪器,而是根据使用者的要求,作为激励源,仿真各种测试信号,提供给被测电路,以满足测量或各种实际需要。
目前我国已经开始研制任意波形发生器,并取得了可喜的成果。
但总的来说,我国任意波形发生器还没有形成真正的产业,任意波形发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距,因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。
第二章整体方案
本设计所设计的信号发生器正是针对以上缺点,利用DSP芯片采用程序设计的方法来产生信号,由于DSP芯片具有小巧灵活、控制方便、成本低、易于产品化、抗干扰能力、,适应范围广、运算速度快,控制加灵活等特点,所以,该设计所设计的信号发生器能够达到更高的频率,控制改变波形也更加灵活。
本文第三章主要介绍了硬件电路的组成和主要芯片的使用方法,硬件电路是由TMS320VC5402DSP芯片和D/A转换芯片TLC7528组成,通过ICETEK-5100USBV2.0A连接PC机和DSP芯片。
第四章则主要介绍了软件编程和软件的调试方法,我们使用C语言来进行软件编程,通过C5000对软件程序进行调试,以得到所需要波形。
由于本人水平有限,设计中难免出现不妥或错误,恳请各位老师、同学给予批评指正。
第三章硬件系统设计
3.1系统的组成及实现功能
本次设计所设计的信号发生器是采用TI公司生产的DSP芯片TMS320VC5402和D/A转换芯片TLC7528组成,其中DSP芯片TMS320VC5402是系统的核心。
整个系统设计简单灵活,功能却很强大,通过软件编程可实现以下功能:
1)能产生正弦波、三角波等常用波形。
2)产生的各种波形可以改变相位、频率和幅度。
3.2硬件系统设计思想
本系统是以TMS320VC5402这个DSP芯片为核心,通过DSP芯片产生各种的波形,通过D/A转换芯片实现把数字信号转换为模拟信号。
整个硬件系统所要做的就是正确连接DSP芯片和D/A转换芯片,确保芯片正常工作,整个系统能正常运行。
3.3硬件电路方案及电路原理
这个硬件方案是由TMS320VC5402数字信号处理芯片和TLC7528D/A转换芯片所组成的,其核心部分就是TMS320VC5402数字信号处理芯片,它的作用是接受PC机传来的各种数据,然后再对接收到的数据进行加工和运。
DSP芯片是通过使用ICETEK—5100.USB2.0作为连接PC机与DSP芯片的工具,当DSP对数据进行计算以后,它就把得到的数据输出到D/A转换器TLC7528,D/A转换器对接收到的离散的数字信号进行运算,把数字信号转换为连续的模拟信号,然后通过示波器把模拟波形输出到示波器上。
这就是整个硬件方案的工作原理。
整个硬件方案围绕DSP和D/A转换器展开,这个硬件方案可以产生正弦波、三角波等常见波形。
这些波形的输出频率、幅度等值可以通过控制DSP的输入程序来控制,也就是说,这些波形的频率、幅度是可以调节的。
近年来,由于DSP技术的飞速发展,其运算速度有了很大的提高,由于本方案选择了DSP作为产生信号源的芯片,所以,相对于运算速度较慢的单片机来说,DSP产生的信号源频率可以达到更高。
基于TMS320VC5402的信号发生器的硬件方案如下图所示:
图3.1信号发生器硬件方案
3.4相关电路介绍
下面介绍一下本次设计中用到的电路和芯片,其中包括电源电路,晶振电路,TMS320VC5402DSP芯片,D/A转换芯片TLC7528。
3.4.1核心电路芯片TMS320VC5402
TMS320VC5402数字信号处理器是TI公司为实现低功耗,高速实时信号处理而专门设计的16位定点数字信号处理器,采用改进的哈佛结构,具有高度的操作灵活性和运行速度,适用于远程通信等实时嵌入式应用的需要。
广泛应用于电子测试、电子设计、模拟仿真、通信工程中。
TMS320VC5402具有的主要优点如下:
(1)围绕一组程序总线、三组数据总线和四组地址总线而建立的改进哈佛结构,提高了系统的多功能性和操作的灵活性。
该结构采用双存储空间,程序存储器和数据存储器分开,有各自独立的程序总线和数据总线,可独立编址和独立访问,可对程序和数据进行独立传输,使取指令操作、执行指令操作、数据吞吐并行完成,大大提高了数据处理能力和指令的执行速度,非常适合于实时的数字信号处理。
(2)具有高度的并行性和专用硬件逻辑的CPU设计,提高了芯片的性能。
(3)具有完善的寻址方式和高度专业化指令系统,更适用于快速算法的实现和高级语言编程的优化。
(4)模块化结构设计,使派生器件得到了更快的发展。
(5)采用先进的IC制造工艺,降低了芯片的功耗,提高了芯片的性能。
(6)采用先进的静态设计技术,进一步降低了功耗,使芯片具有更强的应用能力。
TMS320VC5402主要有中央处理器CPU,特殊功能寄存器,数据存储器RAM,程序存储器ROM,I/O接口功能,串行口,主机通信接口HPI,定时器,中断系统等组成。
各部分功能如下:
(1)中央处理器(CPU)
它是DSP芯片的核心,它有以下特点:
(a)采用多总线结构,通过一组程序总线、三组数据总线和四组地址总线来实现。
(b)40位算术逻辑运算单元ALU,包括一个40位的桶形移位寄存器和两个独立的40位累加器。
(c)17×
17位并行乘法器,与40位专用加法器相连,可用于进行非流水线的单周期乘法—累加运算。
(d)配有两个地址生成器,包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器运算单元。
(2)数据存储器RAM
(a)双寻址RAM:
在一个指令周期内,可对其进行两次存取操作,一次读出和一次写入;
(3)程序存储器ROM
TMS320VC5402的程序存储器可由ROM和RAM配置而成,程序空间可以定义在ROM上,也可以定义在ROM上。
当需要高速运行程序时,可以将片外ROM中的程序调入到片内RAM中,以提高程序运行速度。
降低对外部ROM的要求,增强系统整体抗干扰性能。
(4)I/O口
TMS320VC5402芯片只有两个通用I/O引脚BIO和XF,BIO主要用来监测外部设备工作状态,而XF用来发信号给外部设备。
另外,芯片还配有主机接口HPI,同步