DSP的正弦波信号发生器.docVIP

第1章 绪论 1.1 DSP简介 数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用x(t)中高于折叠频率的分量滤除，以防止信号频谱的混叠。随后，信号经采样和A/D转换后，变成数字信号x(n)。数字信号处理器对x(n)进行处理，得到输出数字信号y(n),经D/A转换器变成模拟信号。此信号经低通滤波器，滤除不需要的高频分量，最后输出平滑的模拟信号y(t)。 图1.1 数字信号处理系统简化框图 数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。 1.2 课题来源 数字信号处理器(DSP)是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。DSP芯片以其独特的结构和快速实现各种数字信号处理算法的突出优点,发展十分迅速。目前,常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的。当这种模拟信号发生器用于低频信号输出时,往往需要的RC值很大,这样不但参数准确度难以保证,而且体积和功耗都很大。而由数字电路构成的低频信号发生器,虽然其低频性能好,但体积较大,价格较贵。而本文借助DSP运算速度高，系统集成度强的优势设计的这种信号发生器，比以前的数字式信号发生器具有速度更快，且实现更加简便DSP技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了巨大的变化，我们已经进入了高速发展的信息时代，DSP技术也成为当今科技的主流之一，被广泛地应用于生产的各个领域。对于本次设计，其目的在于： (1) 了解DSP及DSP控制器的发展过程及其特点。 (2) 较熟练地在硬件上掌握DSP及DSP硬件器的结构、各部件基本工作原理。 (3) 熟悉CCS集成开发环境，并能较熟练的对CCS的开发系统进行使用。 (4) 熟悉用C语言、汇编语言编程DSP源程序 (5) 学习DSP程序的调试及编写，及运用观察变量的方法查看程序的运行情况。DSP的特点，本设计采用TMS320C54X系列的DSP作为正弦信号发生器的核心控制芯片。 2.用泰勒级数展开法实现正弦波信号。 3.设置波形时域观察窗口，得到其滤波前后波形变化图； 4.设置频域观察窗口，得到其滤波前后频谱变化图。 2.2正弦波信号发生器 正弦波信号发生器已被广泛地应用于通信、仪器仪表和工业控制等领域的信号处理系统中。 通常有两种方法可以产生正弦波，分别为查表法和泰勒级数展开法。 查表法是通过查表的方式来实现正弦波，主要用于对精度要求不很高的场合。 泰勒级数展开法是根据泰勒展开式进行计算来实现正弦信号，它能精确地计算出一个角度的正弦和余弦值，且只需要较小的存储空间。 本次主要用泰勒级数展开法来实现正弦波信号。 产生正弦波的算法 正弦函数和余弦函数可以展开成泰勒级数，其表达式： 取泰勒级数的前5项，得近似计算式： 递推公式： sin(nx) = 2cos(x)sin[(n-1)x]-sin[(n-2)x] cos(nx) = 2cos(x)sin[(n-1)x]-cos[(n-2)x] 由递推公式可以看出，在计算正弦和余弦值时,需要已知cos(x)、sin(n-1)x、sin(n-2)xcos(n-2)x。DSP的特点，本设计采用TMS320C54X系列的DSP作为正弦信号发生器的核心控制芯片。 2.用泰勒级数展开法实现正弦波信号。 3.设置波形时域观察窗口，得到其滤波前后波形变化图； 4.设置频域观察窗口，得到其滤波前后频谱变化图。 第3章 硬件设计 3.1硬件组成 基于DSP的信号发生器的硬件结构图如图所示，它主要由DSP主控制器，输出D/A通道和人机界面等几个主要部分组成。 图3.1 基于DSP的信号发生器系统框图 3.2控制器部分 本系统采用TI公司的TMS320LF2407 DSP处理器，该器件具有外设集成度高，程序存储器容量大，A/D转换精度高，运算速度高，I/O口资源丰富等特点，芯片内部集成有32KB的FLASH程序存储器、2KB的数据/程序RAM，两个事件管理器模块（EVE和EVB）、16通道A/D转换器、看门狗定时器模块、16位的