基于DSP控制的正弦波和三角波发生器的设计毕业论文

宁夏理工学院毕业论文毕业设计题目名称 基于DSP控制的正弦波和三角波发生器的设计学院电气信息工程学院专业/班级自动化09102学生学号指导教师（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TMS320VC5402 DSP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TMS320VC5402 DSP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- 32 - Abstract Signal generator to today, in the electronic testing, electronic design, simulation, communications engineering, plays a very important role, has a very wide range of applications, greatly accelerate the efficiency of the electronic test and design work in the electronics technology and signal simulation applications has played a huge role. This paper describes the design to TMS320VC5402 DSP-based signal generator. This is a core DSP signal generator system, the system structure is simple and flexible, anti-interference ability, resulting in a higher frequency, widely used features. The System is comprised core TMS320VC5402 DSP chip is produced by TI 16-bit fixed-point processing chip, computing speed, programmable features, flexible interface and peripheral circuits rich features. Select the chip to chip as the core of the design of the signal generator, it is possible to improve the signal generator to produce the signal frequency, the signal generator has a broader application. The design of the hardware part is composed of the DSP chip and the D / A converter chip TLC7528 DSP chip for generating various waveforms, D / A converter chip used to convert digital signals to analog signals. On the basis of the above hardware, by software programming to achieve the waveform of the triangular wave, sine wave, etc.Keywords: DSP; D / A converter; signal generator; waveform- 32 - 目 录第一章 绪论- 1 -1.1选题的背景- 1 -1.2选题的目的及意义- 1 -第二章 整体方案- 2 -第三章 硬件系统设计- 3 -3.1 系统的组成及实现功能- 3 -3.2 硬件系统设计思想- 3 -3.3 硬件电路方案及电路原理设计- 3 -3.4 相关电路介绍- 4 -3.4.1 核心电路芯片TMS320VC5402- 4 -3.4.2 D/A 转换器TLC7528- 10 -3.4.3 电源电路和晶振电路- 14 -第四章 软件系统设计- 17 -4.1 ICETEK5100.USB2.0说明- 17 -4.2 三角波的设计方案- 18 - 4.3 正弦波的设计方案- 21 - 4.4 软件系统- 25 -第五章 总结展望- 28 -结束语- 29 -致 谢- 30 -参考文献- 31 -附 录- 32 -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TMS320VC5402 DSP芯片和D/A转换芯片TLC7528组成，通过ICETEK-5100USB V2.0A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TLC7528 D/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ICETEK5100.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