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