基于DSP的函数发生器及数据采集系统Word格式.docx
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摘要
在21世纪的今天，信号发生器已经广泛地应用于雷达应用，通信系统的仿真与测试等国防、科研和工业领域。
而随着社会的不断进步和科研的不断深入，对信号发生器的波形可编程性、波形的精度与稳定性等性能提出了更高的要求。
基于DSP的信号发生器正是以其编程的高度灵活性，波形的高精度与高稳定性等特点而脱颖而出，具有极大的应用价值和广泛的应用前景。
该函数信号发生器主要由TMS320C5410和TLC320AD50C两大部分组成。
在DSP芯片上完成对波形的编程，通过多通道缓冲串口向TLC320AD50C（数模转换器）发送波形数据，通过TLC320AD50C的插值滤波等措施产生模拟波行输出。
该函数信号发生器的硬件设计中TMS3205410和TLC320AD50C的连接采用SPI协议，TLC320AD50C作为SPI主器件，提供帧同步和时钟信号，多通道缓冲串口作为SPI从器件。
通过软硬件的联合调试最终实现了方波、三角波、锯齿波和正弦波等波形的产生，并成功的实现了其波形的幅度和频率可调性。
关键词：
函数信号发生器，TMS3205410,TLC320AD50C,SPI协议
Abstract
Nowadaysinthe21stcentury,thesignalgeneratorhasbeenwidelyusedinnationaldefense,scientificresearchandindustrialfieldssuchasradarapplications,thesimulationandtestingofcommunicationsystems.Withthedevelopingofsocietyandthedeepeningofscientificresearch,thewaveformoftheprogrammableandtheaccuracyandstabilitypropertiessignalgeneratorisneededforhigherimprovedthanbefore.DSP-basedsignalgeneratorwhichisfamousforitshighlyflexibilityinitsprogramming,highly-precisionwaveformcharacteristicswithhighlystabilityandcometothefore,hasagreatvalueandextensiveapplicationprospectsinfuture.
Thesignalgeneratoriscomposedoftwomajorparts,theTMS320C5410andTLC320AD50C.ThewaveformisprogrammedontheDSPchips,thenthedataissentthroughMcBSPtoTLC320AD50C（DAC）,andwiththehelpoftheinterpolationfilteringoftheTLC320AD50C,theanalogwavelineoutputisformed.
Thesignalgeneratorhardwaredesign,theconnectionofTMS3205410andTLC320AD50CisbasedonSPIprotocol.TLC320AD50CisastheSPImasterdevice,providesframesynchronizationandclocksignals,McBSPisastheSPIfromthedevice.
ThegeneratedofwaveformssuchasSquarewave,trianglewave,sawtoothandsinewaveandsoonisfinallycometrue,andtheamplitudeandfrequencyadjustableissuccessfullyrealization,withthejointcommissioningofhardwareandsoftware.
Keywords:
signalgenerator,TMS3205410,TLC320AD50C,McBSP,SPIprotocol
目录
摘要I
AbstractII
第1章前言1
第2章发生器简介2
第3章总体设计方案3
3.1CPU单元4
3.2硬件电路设计7
3.3芯片简介7
3.4接口设计8
3.5程序设计9
第4章调试及仿真12
第5章设计总结14
参考文献15
附录16
第1章前言
在现在电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。
各种波形曲线均可以用三角函数方程来表示。
能够产生多种波形，如三角形，锯齿形，矩形波（含方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。
函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：
（1）用分立元件组成的函数发生器：
通常是单函数发生器且频率不高，其工作很不稳定，不易调试。
（2）可以由晶体管，运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。
早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300KHz，无法产生更高的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者相互影响。
（3）利用单片机集成芯片的函数信号发生器：
能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试，鉴于此，美国马克西姆公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了
（2）中芯片的缺点，可以达到更高的技术指标，是上述芯片望尘莫及的。
MAX038频率高，精度好，因此它被称为高频精密函数信号发生器IC。
在锁相环，压控振荡器，频率合成器，脉宽调制器等电路的设计，MAX038都是优选的器件。
（4）利用专用直接数字合成DDS芯片函数发生器：
能够产生任意波形并达到很高的频率。
但成本较高。
综合分析以上四种实现方法的性价比，我们决定采用单片集成芯片AX038来设计函数发生器。
频率越高、产生波形种类越多的发生器性能越好，但器件成本和技术要求也大大提高，因此在满足工作要求的前提下，性价比高的发生器是我们的首选。
MAX038芯片是一种高频精密的函数发生器，可产生三角波、锯齿波、正弦波、方波及脉冲波，且频率及占空比的控制可独立进行。
Lin管脚电流范围在10～400μA时电路获得最佳工作性能。
输出波形的选择由逻辑地址引脚A0和A1的组合来决定：
A1A0＝10或11时，输出正弦波；
A1A0＝00时，输出方波；
A1A0＝01时输出三角波。
波形切换可在0．3μs内完成，但输出波形有0．5μs的延迟时间。
输出频率由Lin引脚的电流、SOSC引脚的对地电容量和FADJ的电压来决定。
第2章发生器简介
信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。
函数发生器是使用最广的通用信号源，提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形，有的还同时具有调制和扫描功能。
函数波形发生器在设计上分为模拟式和数字合成式。
众所周知，数字合成式函数信号源（DDS）无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟式，其锁相环（PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动（phaseJitter）及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但数字式信号源中，数字电路与模拟电路之间的干扰始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器，如今市场上的大部分函数信号发生器均为DDS信号源。
任意波形发生器，是一种特殊的信号源，不仅具有一般信号源波形生成能力，而且可以仿真实际电路测试中需要的任意波形。
在我们实际的电路的运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种缺陷信号和瞬变信号，如果在设计之初没有考虑这些情况，有的将会产生灾难性后果。
任意波发生器可以帮您完成实验，仿真实际电路，对您的设计进行全面的测试。
由于任意波形发生往往依赖计算机通讯输出波形数据。
在计算机传输中，通过专用的波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真实验。
另外，内置一定数量的非易失性存储器，随机存取编辑波形，有利于参考对比，或通过随机接口通讯传输到计算机作更进一步分析与处理。
有些任意波形发生器有波形下载功能，在作一些麻烦费用高或风险性大的实验时，通过数字示波器等仪器把波形实时记录下来，然后通过计算机接口传输到信号源，直接下载到设计电路，更进一步实验验证。
由于模拟技术实现的信号发生器要求大量的硬件来做支撑，所以它的复杂度会随着波形的复杂度增加随之不成比例增加，同时由模拟电路构成的信号发生器不但参数的准确度你难以保证，而且体积和功耗都很大；
而由数字电路构成的信号发生器，体积较大，价格较贵；
加上人们对特殊信号需求的增加，对波形的精度、稳定性、幅度和频率的可调性要求的增加，单纯的模拟和数字电路构成的信号发生器已经难以满足这些要求，在这中情况下，基于DSP的信号发生器应运而生。
第3章总体设计方案
利用MATLAB或者C语言离线计算信号原始数据（根据一定的函数：
如通用三角波、方波、正弦波或任意波），将原始数据以头文件的形式或*.dat（16进制）文件读入给DSP，发出波形。
将该波形经自制放大器（跟随或放大）电路，再输入给实验箱A/D端子，可以进行数据采集，采集的数据可以存储成文件形式，再次利MATLAB或C语言进行谱分析等。
图3.1系统框图
DSP控制模块作用为将读入的波形数据传送给D/A转换器发出波形，并且通过A/D转换器对数据采集，将采集的数据存储成文件的形式。
D/A转换器作用是进行数模转换，A/D转换器的作用为进行模数转换。
整个实验采用EL-DSP-EXPII教学实验系统，EL-DSP-EXPII教学实验系统属于一种综合的教学实验系统，该系统采用双CPU设计，实现了DSP的多处理器协调工作。
两个DSP通过HPI口并行连接，CPU1可以通过HPI主机接口访问CPU2的存储空间。
该系统采用模块化分离式结构，使用灵活方便二次开发。
可根据自己的需求选用不同类型的CPU适配板，其公司所有CPU适配板是完全兼容的，用户在不需要改变任何配置情况下，更换CPU适配板即可作TI公司的不同类型的DSP的相关试验。
除此之外，在实验板上有丰富的外围扩展资源（数字、模拟信号发生器，数字量IO扩展，语音CODEC编解码、控制对象、人机接口等单元），可以完成DSP基础实验、算法实验、控制对象实验和编解码通信试验。
图3.2EL-DSP-EXPII教学实验系统功能框图
3.1CPU单元
CPU单元包括CPU1、CPU2两块CPU板，用户可根据需要选择不同种类的CPU板。
板上除CPU之外还包括以下单元：
3.1.1CPU模
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