基于DSP正弦信號發生器設計

摘要：提出了一種基于TMS320C5402實現正弦信號發生器的設計原理與方法，介紹了所設計的正弦信號發生器硬件電路結構和軟件程序流程圖。結合DSP硬件特性，通過使用泰勒級數展開法得到設定參數的正弦波形輸出，達到設計目的。該信號發生器彌補了通常信號發生器模式固定，波形不可編程的缺點，其具有實時性強，波形精度高，可方便調節頻率和幅度、穩定性好等優點。
關鍵詞：數字信號處理器；信號發生器；多通道緩沖串行口；獨立鍵盤

隨著計算機技術的飛速發展，對信號發生器波形的要求越來越高。目前，常用信號發生器大部分是由模擬電路構成，當這種模擬信號發生器用于低頻輸出時，由于需要較大的RC值，導致參數準確度難以保證，且造成體積和功耗偏大，而數字式波形發生器，因其輸出幅值穩定、輸出頻率連續可調的優點，已逐漸取代了模擬電路信號發生器。由于其運算速度高，系統集成度強的優勢，可以設計基于DSP的正弦信號發生器，該發生器實時性強、可擴展性好、波形精度高、可調節頻率和幅度、穩定性好、用途廣泛，各方面均優于模擬信號發生器和數字信號發生器。因此，本文提出了一種基于TMS320C5402的正弦信號發生器的設計方法。

1 系統硬件設計
1．1 系統硬件框圖
該正弦信號發生器的硬件結構框圖如圖1所示，主要由TMS320C5402芯片，D／A轉換器，獨立鍵盤等幾部分組成。

1．2 TMS320C5402簡介
TMS320C5402芯片采用先進的修正哈佛結構，片內有8條總線、在片存儲器和在片外圍電路等硬件，同時還有高度專業化的指令系統，具有功耗小、高度并行等優點。此外，其支持C語言和匯編語言混合編程，高效的流水線操作和靈活的尋址方式使其適合高速實時信號處理。
1．3 數模轉換部分設計
McBSP(Multi-channel Buffered Serial)即多通道緩沖串口，包括一個數據通道和一個控制通道。數據通道通過DX引腳發送數據、DR引腳接收數據。控制通道完成的任務包括內部時鐘的產生、幀同步信號的產生、對這些信號的控制以及多通路的選擇等。此外還負責產生中斷信號送往CPU，產生同步事件信號通知DMA控制器。控制信息則是通過控制通道以時鐘和幀同步信號的形式傳送。
數模轉換芯片采用TLC320AD50C，其是TI公司出品的一塊將A／D和D／A轉換功能集成在一起的接口芯片，采用∑-△技術在低系統成本下實現高精度的A／D和D／A轉換。該芯片由一對16 bit同步串行轉換通道組成，在A／D之后有一個抽取濾波器，在D／A之前有一個插值濾波器。
TLC320AD50C可以與TMS320C5402 DSP的McBSP無縫串行連接進行數據采集、存儲和處理。SCLK輸出時鐘，M／S主從模式選擇(H為高電平，為主機模式)，DIN串行輸入，DOUT串行輸出，FS幀同步信號輸出，對應DSP的各相應引腳。McBSP和D／A芯片的硬件電路連接如圖2所示。